KR101901551B1 - Electrostatic chuck for semiconductor equipment - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrostatic chuck, installed between a base (B), a ring-shaped fixing block (P) installed on the edge of the base, and a focus ring (R) on the upper side of the fixing block (P) inside a chamber. The electrostatic chuck (100) comprises: an electrostatic chuck main body (10) installed between the base (B) and the fixing block (P); an insulating composite layer (20) formed on the upper side of the electrostatic chuck main body (10) and allowing a substrate (W) to be mounted on the insulating composite layer; a cooling flow path (30) embedded in the electrostatic chuck main body (10) and allowing cooling fluids to flow therein to control the temperature of the insulating composite layer (20); and a heater (40) formed on the upper side of the cooling flow path (30) in the electrostatic chuck (10) and controlling the temperature of the insulating composite layer (20) with the cooling flow path (30).

Description

반도체 제조설비용 정전척{Electrostatic chuck for semiconductor equipment}[0001] Electrostatic chuck for semiconductor equipment [0002]

본 발명은 반도체 제조설비용 정전척에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일한 표면 온도를 구현함과 동시에 내구성을 높인 반도체 제조설비용 정전척에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility, and more particularly, to an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility having a uniform surface temperature and enhanced durability.

일반적으로, 반도체 제조공정중 CVD(화학 기상 증착), 스퍼터링, 포토리소그래피, 에칭, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등의 공정에서는 웨이퍼나 글라스등의 기판을 정전력을 이용하여 위치고정하기 위하여 정전척(ESC, Electro Static Chuck)이 사용된다. Generally, in a semiconductor manufacturing process, in a process such as CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, photolithography, etching, ion implantation, and chemical mechanical polishing (CMP), a substrate such as a wafer or a glass is fixed Electrostatic Chuck (ESC) is used.

정전척은, 예를 들면 기판상에 증착된 금속, poly-Si,산화막등을 플라즈마 분위기 및 반응가스를 이용하여 에칭하는 공정에서 기판을 위치고정하는데, 이때 정전척은 플라즈마 발생용 전극으로도 사용하기 때문에 플라즈마 히팅에 의해 정전척의 온도가 상승하게 된다. In the electrostatic chuck, for example, a substrate is fixed in a process of etching a metal deposited on a substrate, a poly-Si, an oxide film, or the like by using a plasma atmosphere and a reactive gas. At this time, the electrostatic chuck is also used as an electrode for generating plasma The temperature of the electrostatic chuck is increased by plasma heating.

이를 좀더 상세히 설명하면, 에칭 공정에서 기판에 음(-)의 바이어스 전압이 인가되고, 이에 따라 기판상으로 입사되는 이온이 가속되어 물리적인 에칭 반응이 진행되는데, 이 과정에서 기판에 충동되는 이온의 운동에너지가 대부분 열에너지로 전환되어 기판의 온도는 물론, 기판과 접한 정척적의 온도를 상승시키는 것이다. More specifically, in the etching process, a negative bias voltage is applied to the substrate, and ions incident on the substrate are accelerated to perform a physical etching reaction. In this process, ions impinging on the substrate The kinetic energy is mostly converted to thermal energy to raise the temperature of the substrate as well as the temperature of the substrate in contact with the substrate.

한편 에칭공정중에 기판의 전체표면 온도가 불균일해지면 단위 시간당 식각률이 변화하게 되어 반도체칩의 수율이 저하되며, 따라서 수율의 저하를 방지하기 위하여 기판의 온도를 균일하게 하는 것은 매우 중요하다. 이를 위하여, 정전척의 내부에는 냉각수나 냉각가스가 흐르는 냉각유로를 형성하고, 냉각유로를 경유하는 냉각수나 냉각가스의 흐름을 제어함으로써 기판의 표면온도를 제어한다. On the other hand, if the temperature of the entire surface of the substrate becomes uneven during the etching process, the etching rate per unit time changes and the yield of the semiconductor chip decreases. Therefore, it is very important to uniformize the temperature of the substrate in order to prevent the yield from decreasing. To this end, a cooling passage through which cooling water or a cooling gas flows is formed inside the electrostatic chuck, and the surface temperature of the substrate is controlled by controlling the flow of cooling water or cooling gas passing through the cooling passage.

그런데 현실적으로 기판의 크기는 300mm 이상의 대구경을 이루기 때문에, 공정이 진행되는 동안에 정전척의 표면 온도가 현실적으로 불균일하게 되고, 이에 따라 기판에 열적 변동이 발생되어 기판 내에서 한계 치수의 산포 및 변동을 유발시켜 생산 수율의 저하로 이어졌다. However, since the size of the substrate realizes a large diameter of 300 mm or more, the surface temperature of the electrostatic chuck becomes uneven in reality during the process, thereby causing thermal fluctuation in the substrate, which causes scattering and variation of the critical dimension in the substrate Leading to a decrease in the yield.

또한 정전척은 높은 전압 및 고온 환경인 플라즈마 분위기 내에서 운영되기 때문에, 반복적으로 공정이 진행되는 과정에서 정전척의 표면이 손상되어 주기적 또는 비주기적으로 자주 교체하여야 하였다. In addition, since the electrostatic chuck is operated in a plasma atmosphere of a high voltage and high temperature environment, the surface of the electrostatic chuck is damaged during the repeated process, and it has to be frequently changed periodically or non-periodically.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 표면 온도를 보다 균일하게 제어할 수 있고, 열적 내구성을 증진시켜 표면이 손상되는 것을 최소화함으로써 교체 주기를 늘릴 수 있는 반도체 제조설비용 정전척을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility capable of controlling surface temperature more uniformly and increasing thermal durability, And to provide the above objects.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 정전척은, 챔버 내측에서 베이스(B)와, 상기 베이스(B)의 가장자리에 설치되는 링형태의 고정블럭(P)과, 상기 고정블럭(P) 상부측의 포커스링(R) 사이에 설치되는 정전척에 있어서, 상기 베이스(B) 및 고정블럭(P) 사이에 설치되는 정전척 몸체(10); 상기 정전척 몸체(10)의 상부측에 형성되어 기판(W)이 안착되는 절연복합층(20); 상기 정전척 몸체(10)에 내장되어 상기 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 냉각유체가 흐르는 냉각유로(30); 및 상기 정전척 몸체(10) 내부에서 상기 냉각유로(30)의 상부측인 형성되어 상기 냉각유로(30)와 함께 상기 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 히터(40);를 포함하고; 상기 절연복합층(20)은, 상기 정전척 몸체(10)의 상부면에 형성되는 인산 세라믹스 화합물로 된 제1절연층(21)과, 상기 제1절연층(21)의 상부면 내측에 적층되는 전극층(22)과, 상기 제1절연층(21)과 동일 재질로서 상기 전극층(22)이 내장되도록 상기 제1절연층(21)에 적층되는 제2절연층(23)과, 별도로 제작되어 상기 제2절연층(23)의 상부면에 접착되어 적층되는 것으로서 아노다이징 피막층이 형성된 제3절연층(24)을 포함하며; 상기 냉각유로(30)는, 상기 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점차로 커지는 단면을 가지는 다수의 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)를 포함하고; 상기 히터(40)는 상기 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)의 상부측에 형성되는 것으로서, 상기 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 가장리측으로 갈수록 발열용량이 점점 커지는 제1,2,3히터(40a)(40b)(40c)를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility according to the present invention comprises a base (B) at an inner side of a chamber, a stationary block (P) at the edge of the base (B) An electrostatic chuck installed between a focus ring (R) on an upper side of the fixed block (P), comprising: an electrostatic chuck body (10) installed between the base (B) and a fixed block (P); An insulating composite layer 20 formed on the upper side of the electrostatic chuck body 10 and on which the substrate W is placed; A cooling flow path (30) built in the electrostatic chuck body (10) and through which a cooling fluid for controlling the temperature of the insulating composite layer (20) flows; And a heater 40 formed on the upper side of the cooling channel 30 inside the electrostatic chuck body 10 to control the temperature of the insulating composite layer 20 together with the cooling channel 30 and; The insulating composite layer 20 includes a first insulating layer 21 made of a phosphate ceramic compound formed on the upper surface of the electrostatic chuck body 10 and a second insulating layer 21 formed on the upper surface of the first insulating layer 21, And a second insulating layer 23 laminated on the first insulating layer 21 so that the electrode layer 22 is formed of the same material as that of the first insulating layer 21 And a third insulating layer (24) laminated on the upper surface of the second insulating layer (23) and having an anodic coating layer formed thereon; The cooling channel 30 includes a plurality of first, second, and third cooling channels 30a, 30b, and 30c that gradually increase in size from the center to the edge of the electrostatic chuck body 10; The heater 40 is formed on the upper side of the first, second, and third cooling flow paths 30a, 30b, and 30c. The heater 40 has a heating capacity from the center of the electrostatic chuck body 10 toward the rearmost side And the first, second, and third heaters 40a, 40b, and 40c that gradually increase in size.

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본 발명에 있어서, 상기 전극층(22)은, 상기 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 직경이 커지는 다수개의 원주형태를 이루며, 각각의 원주는 상호 연결되는 구조를 가진다.In the present invention, the electrode layer 22 has a plurality of circumferential shapes having a larger diameter toward the edge from the center of the electrostatic chuck body 10, and the circumferences of the electrode layers 22 are mutually connected.

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본 발명에 있어서, 상기 정전척 몸체(10)는, 상기 베이스(B) 측으로 개방된 몸체결합홈(12)이 형성된 테두리블럭(11)과, 상기 몸체결합홈(12)의 천정면에 형성된 다수의 냉각유로홈(13)과, 상기 몸체결합홈(12)에 끼어져 상기 냉각유로홈(13)의 하부면을 폐쇄하는 결합블럭(14)을 포함한다.In the present invention, the electrostatic chuck body 10 includes a frame block 11 having a body coupling groove 12 opened to the base B side, and a plurality of And a coupling block 14 interposed between the body coupling grooves 12 to close the lower surface of the cooling channel grooves 13. [

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이와 같이, 본 발명에 따르면, 정전척 몸체 내에 설치되는 냉각유로 및 히터의 복합적인 제어에 의하여, 공정이 진행되는 동안에 정전척의 표면 온도를 균일하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 기판에 대한 열적 변동을 최소화할 수 있어 생산 수율의 저하되는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the surface temperature of the electrostatic chuck can be uniformly maintained during the process by the combined control of the cooling channel and the heater provided in the electrostatic chuck body, So that the production yield can be prevented from being lowered.

또한 제1,2,3절연층을 포함하는 절연복합층을 채용함으로써, 높은 전압 및 고온 환경인 플라즈마 분위기 내에서 반복적인 공정이 진행되는 과정에서도 정전척의 표면이 손상되는 것을 최소화할 수 있고, 이에 따라 공정을 멈추고 정전척을 자주 교체하여야 하는 노력을 줄일 수 있어 생산 수율이 저하되는 것을 더더욱 방지할 수 있다. Further, by employing the insulating composite layer including the first, second and third insulating layers, it is possible to minimize damage to the surface of the electrostatic chuck in the course of repetitive processes in a plasma atmosphere of high voltage and high temperature environment, Therefore, it is possible to reduce the effort required to stop the process and frequently replace the electrostatic chuck, thereby further reducing the production yield.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 정전척이 챔버의 서섭테에 설치된 것을 도시하기 위한 부분절제 사시도,
도 2는 도 1의 서섭테의 단면도를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1 및 도 2의 서셉터에서 정전척을 발췌하여 도시한 단면도,
도 4는 도 3의 정전척 몸체의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3의 절연복합층에 있어서, 제1,2절연층에 접합된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위하여 전극층이 다수개로 분리된 것을 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 5의 전극층의 형태를 설명하기 위한 정전척 몸체의 평면도,
도 7은 도 3의 정전척 몸체에 내장된 히터가 냉각유로에 대응되게 분리된 것을 설명하기 위한 도면.FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility according to the present invention installed in a standing surface of a chamber,
2 is a view for explaining a cross-sectional view of the surchant in Fig. 1,
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the electrostatic chuck in the susceptor of FIGS. 1 and 2,
FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the electrostatic chuck body of FIG. 3,
FIG. 5 is a view for explaining a plurality of electrode layers in the insulating composite layer of FIG. 3 in order to maintain a state of being bonded to the first and second insulating layers;
6 is a plan view of the electrostatic chuck body for explaining the shape of the electrode layer of FIG. 5,
Fig. 7 is a view for explaining that the heater built in the electrostatic chuck body of Fig. 3 is separated corresponding to the cooling flow passage. Fig.

이하, 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 정전척을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or corresponding parts throughout the following description, and redundant description thereof will be omitted.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as inclusive or possessive are intended to mean that a feature, or element, described in the specification is present, and does not preclude the possibility that one or more other features or elements may be added.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In the following embodiments, when a part of a film, an area, a component or the like is on or on another part, not only the case where the part is directly on the other part but also another film, area, And the like.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of explanation. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.If certain embodiments are otherwise feasible, the particular process sequence may be performed differently from the sequence described. For example, two processes that are described in succession may be performed substantially concurrently, and may be performed in the reverse order of the order described.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 정전척이 챔버의 서섭테에 설치된 것을 도시하기 위한 부분절제 사시도이고, 도 2는 도 1의 서섭테의 단면도를 설명하기 위한 도면이다. 또 도 3은 도 1 및 도 2의 서셉터에서 정전척을 발췌하여 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 정전척 몸체의 구성을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an electrostatic chuck for a semiconductor manufacturing facility according to the present invention installed in a surge tank of a chamber, and FIG. 2 is a view for explaining a sectional view of the surge tank of FIG. 3 is a sectional view showing the electrostatic chuck extracted from the susceptor of FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the electrostatic chuck body of FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조설비용 정전척(100)은, 챔버(미도시) 내측에서 베이스(B)와, 베이스(B)의 가장자리에 설치되는 링형태의 고정블럭(P)과, 고정블럭(P) 상부측의 포커스링(R) 사이에 설치된다. 이때 포커스링(R)은 후술할 기판(W)이 절연복합층(20)의 상부측에 정확이 위치되도록 가이드한다. 1 and 2, an electrostatic chuck 100 for a semiconductor manufacturing facility according to the present invention includes a base B in a chamber (not shown) and a ring- And the focus ring R on the fixed block P side. At this time, the focus ring R guides the substrate W to be described later accurately positioned on the upper side of the insulating composite layer 20.

이러한 정전척(100)은, 베이스(B) 및 고정블럭(P) 사이에 설치되는 정전척 몸체(10)와; 정전척 몸체(10)의 상부측에 형성되어 기판(W)이 안착되는 절연복합층(20)과; 정전척 몸체(10)에 내장되어 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 냉각유체가 흐르는 냉각유로(30)와; 정전척 몸체(10) 내부에서 냉각유로(30)의 상부측인 형성되어 냉각유로(30)와 함께 상기 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 히터(40);를 포함한다. The electrostatic chuck 100 includes an electrostatic chuck body 10 installed between the base B and the fixed block P; An insulating composite layer 20 formed on the upper side of the electrostatic chuck body 10 and on which the substrate W is placed; A cooling flow path (30) built in the electrostatic chuck body (10) and through which a cooling fluid for controlling the temperature of the insulating composite layer (20) flows; And a heater 40 formed inside the electrostatic chuck body 10 at an upper side of the cooling channel 30 to control the temperature of the insulating composite layer 20 together with the cooling channel 30. [

정전척 몸체(10)는 열전도율이 높은 알루미늄이 되거나, 금속과 세라믹을 혼합한 복합재료로 되거나, 세라믹 대신 탄소섬유가 사용될 수 있다. The electrostatic chuck body 10 may be made of aluminum having a high thermal conductivity, a composite material of metal and ceramic mixed, or a carbon fiber instead of a ceramic.

절연복합층(20)은 포커스링(R)의 내측으로 노출되어 기판(W)이 안착된다. 이러한 절연복합층(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 정전척 몸체(10)의 상부면에 형성되는 인산 세라믹스 화합물로 된 제1절연층(21)과, 제1절연층(21)의 상부면 내측에 적층되는 전극층(22)과, 제1절연층(21)과 동일 재질로서 전극층(22)이 내장되도록 제1절연층(21)에 적층되는 제2절연층(23)과, 제2절연층(23)의 상부면에 적층되는 것으로서 아노다이징 피막층이 형성된 제3절연층(24)을 포함한다. The insulating composite layer 20 is exposed to the inside of the focus ring R to seat the substrate W thereon. 3, the insulating composite layer 20 includes a first insulating layer 21 formed of a phosphoric acid ceramic compound formed on the upper surface of the electrostatic chuck body 10, a first insulating layer 21, A second insulating layer 23 laminated on the first insulating layer 21 so that the electrode layer 22 is formed of the same material as that of the first insulating layer 21; And a third insulating layer 24 formed on the upper surface of the second insulating layer 23 and having an anodized coating layer.

제1절연층(21)은, 정전척 몸체(10)의 상부면에 인산 세라믹스 화합물(메타인산알루미늄[Al(PO3)3], 오르토인산알루미늄[AlPO4], 그리고 인산 세라믹스화합물은 인산에 산화지르코늄, 산화이트리움, 탄화규소, 질화알루미늄의 합성에 의하여 생성된 금속인산염)을 코팅 도포함으로써 형성되며, 이때 코팅 조건은 섭씨 270 내지 330도에서 코팅한 후 상온에서 건조시켜 안전화된다. The first insulating layer 21 is formed by depositing a phosphoric acid ceramic compound (aluminum metaphosphate [Al (PO 3) 3], aluminum orthophosphate [AlPO 4], and phosphoric acid ceramics compound on the upper surface of the electrostatic chuck body 10, , Metal nitrate produced by the synthesis of aluminum nitrate, aluminum nitrate, aluminum nitrate, aluminum nitrate, aluminum nitrate, aluminum nitrate).

전극층(22)은, 제1절연층(21)의 표면에 별도의 마스크를 이용하여 전극패턴을 형성하고, 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag)와 같은 전도성 금속을 플라즈마 용사 코팅에 의해 형성된다.The electrode layer 22 may be formed by forming an electrode pattern on the surface of the first insulating layer 21 using a separate mask and then forming a conductive metal such as tungsten (W), copper (Cu) .

제2절연층(23)은 제1절연층(21)과 동일 재질인 인산 세라믹스 화합물을 플라즈마 용사 코팅하여 형성한다. The second insulating layer 23 is formed by plasma spray coating a phosphoric acid ceramics compound which is the same material as the first insulating layer 21.

제3절연층(24)은 아노다이징 피막층이 형성된 금속플레이트로서, 별로도 제작된 후 제2절연층(23)에 접착제에 의하여 접착시킨다. 이때 제2절연층(23)과 제3절연층(24) 사이에서 접착력을 증가시키기 위하여, 제2절연층(23)의 표면에 미세 가루를 용사처리하여 스크레치를 형성하고, 이 상태에서 제3절연층(24)과 제2절연층(23) 사이에 접착제를 도포하여 접착한다. The third insulating layer 24 is a metal plate having an anodizing film layer formed thereon, and then bonded to the second insulating layer 23 by an adhesive. At this time, in order to increase the adhesive force between the second insulating layer 23 and the third insulating layer 24, a fine powder is sprayed on the surface of the second insulating layer 23 to form a scratch. In this state, An adhesive is applied and adhered between the insulating layer 24 and the second insulating layer 23.

상기 절연복합층(20)의 구조에 의하여, 기판(W)을 위치고정하기 위한 정전력뿐만 아니라, 가혹한 플라즈마 분위기에서도 장기간 사용할 수 있는 내구성을 확보할 수 있다. By the structure of the insulating composite layer 20, not only the electrostatic force for fixing the position of the substrate W but also the durability that can be used for a long time in a severe plasma atmosphere can be ensured.

냉각유로(30)는 정전척 몸체(10)에 내장되어 냉각수나 냉각가스와 같은 냉각유체가 흐르는 유로를 형성하며, 유동하는 냉각유체에 의하여 정전척 몸체(10) 및 절연복합층(20)의 온도를 제어한다. The cooling channel 30 is built in the electrostatic chuck body 10 to form a flow path through which a cooling fluid such as cooling water or cooling gas flows and flows into the electrostatic chuck body 10 and the insulating composite layer 20 Temperature is controlled.

한편 냉각유로(30)는, 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점차로 커지는 단면을 가지는 다수의 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)를 포함한다.The cooling channel 30 includes a plurality of first, second, and third cooling channels 30a, 30b, and 30c that gradually increase in size from the center to the edge of the electrostatic chuck body 10.

정전척 몸체(10)의 중앙측과 가장자리측을 비교하여 보았을 때, 냉각유체 의하여 발생되는 냉열(흡열 에너지)은 정천척 본체(10)의 상부측으로 전도되기도 하지만 측부로도 전도된다. 따라서 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 발생되는 냉열은 정전척 몸체 중앙 상부측으로 대부분 전도되지만, 정전척 몸체(10)의 가장자리측에서 발생되는 냉열은 고정블럭(P) 측으로도 전도되기 때문에 가장자리 상부측으로는 상대적으로 적은 냉열이 전도된다. 따라서 정전척 몸체(10)의 중앙측과 가장자리측에서의 냉열에 의한 온도 분포는 불균일하고, 결과적으로 절연복합층(20)의 표면 온도 분포가 불균일해지는 것이다. When the center side and the edge side of the electrostatic chuck body 10 are compared with each other, the cold heat (endothermic energy) generated by the cooling fluid is conducted to the upper side of the main body 10, but is also conducted to the side. Therefore, since the cold heat generated at the center side of the electrostatic chuck body 10 is mostly conducted to the upper center side of the electrostatic chuck body 10, the cold heat generated at the edge side of the electrostatic chuck body 10 is conducted to the fixed block P side, And a relatively small amount of cold heat is conducted to the upper side. Accordingly, the temperature distribution due to the cold heat at the center side and the edge side of the electrostatic chuck body 10 is uneven, and as a result, the surface temperature distribution of the insulating composite layer 20 becomes uneven.

이러한 절연복합층(20)의 표면 온도 분포의 불균일을 방지하고자, 냉각유로(30)는 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 가장자리측으로 갈수록 단면이 커지는 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)를 포함하는 것이다. In order to prevent the unevenness of the surface temperature distribution of the insulating composite layer 20, the cooling passage 30 is divided into first, second, and third cooling flow paths 30a having a larger section from the center side to the edge side of the electrostatic chuck body 10, (30b) and (30c).

히터(40)는 정전척 몸체(10)에 내장되는 것으로서, 금속보호관에 발열체를 코일 모양으로 내장한 뒤 절연분말로 채워 전기 절연한 시즈히터로 된다. 이러한 히터(40)는 열효율이 좋고, 진동 및 충격 등과 같은 기계적 강도가 우수하며, 다양한 형태로 가공하기가 쉬워 설치가 용이한 장점이 있다.The heater 40 is embedded in the electrostatic chuck body 10, and a heating element is embedded in a metal protection tube in the form of a coil, and then filled with insulating powder to be electrically insulated. Such a heater 40 is advantageous in that it has good thermal efficiency, has excellent mechanical strength such as vibration and impact, and is easy to process in various forms.

상기 냉각유로(30)는 정전척 몸체(10)의 온도를 낮추고, 히터(40)는 정전척 몸체(10)의 온도를 높이며, 냉각유로(30)를 경유하는 냉각유체의 양이나 히터(40)로 인가되는 전류를 조절함으로서 정전척 몸체(10) 상부측의 절연복합층(20)의 온도를 제어한다. The cooling channel 30 lowers the temperature of the electrostatic chuck body 10 and the heater 40 increases the temperature of the electrostatic chuck body 10 and the amount of cooling fluid passing through the cooling channel 30 and the amount of cooling fluid 30 The temperature of the insulating composite layer 20 on the upper side of the electrostatic chuck body 10 is controlled.

도 4는 도 3의 정전척 몸체의 구성을 설명하기 위한 도면이다. Fig. 4 is a view for explaining the configuration of the electrostatic chuck body of Fig. 3;

도시된 바와 같이, 정전척 몸체(10)는, 베이스(B) 측으로 개방된 몸체결합홈(12)이 형성된 테두리블럭(11)과, 몸체결합홈(12)의 천정면에 형성된 다수의 냉각유로홈(13)과, 몸체결합홈(12)에 끼어져 냉각유로홈(13)의 하부면을 폐쇄하는 결합블럭(14)을 포함한다. The electrostatic chuck body 10 includes a frame block 11 having a body engaging groove 12 opened to the base B side and a plurality of cooling channels 14 formed on the ceiling face of the body engaging groove 12, A groove 13 and a coupling block 14 interposed in the body coupling groove 12 to close the lower surface of the cooling channel groove 13.

이때 결합블럭(14)이 몸체결합홈(12)에 끼어질 때 냉각유로홈(13)에서 냉각유체가 새어나오지 않도록 하기 위하여, 결합블럭(14)에는 다수의 냉각유로홈(13)에 각각 끼어지는 실링돌부(14a)가 형성된다.At this time, in order to prevent the cooling fluid from leaking out from the cooling channel grooves 13 when the coupling block 14 is caught in the body coupling groove 12, the coupling block 14 is provided with a plurality of cooling channel grooves 13 A sealing sealing portion 14a is formed.

상기 테두리블럭(11) 및 결합블럭(14)은 기계가공후 브레이징법에 의하여 완전히 접합되고, 이 과정에서 실링동부(14a)는 냉각유로홈(13) 각각의 내측에 끼어져 결합된다. The frame block 11 and the coupling block 14 are completely joined together by brazing after machining. In this process, the sealing earthed portion 14a is engaged with the inside of each of the cooling channel grooves 13.

도 5는 도 3의 절연복합층에 있어서, 제1,2절연층에 접합된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위하여 전극층이 다수개로 분리된 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 전극층의 형태를 설명하기 위한 정전척 몸체의 평면도이다. FIG. 5 is a view for explaining that a plurality of electrode layers are separated in order to maintain a state of being bonded to the first and second insulating layers in the insulating composite layer of FIG. 3. FIG. 6 is a cross- Fig. 2 is a plan view of the electrostatic chuck body for explaining the electrostatic chuck body.

절연복합층(20)의 내부의 제1,2절연층(21)(23) 사이에 형성되는 전극층(22)은 다수개로 분리된 형태를 가진다. 이때 절연복합층(20) 상에서 균일한 정전기력이 발생될 수 있도록 도 6에 도시된 바와 같이, 전극층(22)은 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 직경이 커지는 다수개의 원주형태를 이루며, 각각의 원주는 상호 연결되는 구조를 가진다. The electrode layer 22 formed between the first and second insulating layers 21 and 23 in the insulating composite layer 20 has a plurality of divided shapes. As shown in FIG. 6, the electrode layer 22 has a plurality of circumferential shapes having a larger diameter from the center to the edge of the electrostatic chuck body 10 so that a uniform electrostatic force can be generated on the insulating composite layer 20 at this time , Each of the circumferences has a structure that is interconnected.

상기 금속으로 이루어진 전극층(22)은, 세라믹스 화합물로 이루어진 제1,2절연층(21)(23)과 직접적으로 접촉되는 계면은 물리적 특성의 상이로 인하여 잘 접착되지 않는다. 따라서 절연복합층(20)이 고온이 되었을 때 제1,2절연층(21)(23) 내측에서의 전극층(22)의 열팽창 정도와, 가장자리측에서의 열팽창 정도가 다르고, 이에 따라 제1,2절연층(21)(23)과 전극층(22) 사이가 부분적으로 비접합된다. 따라서 정전척 몸체(10)로부터 전도되는 열은 부분 비접합된 전극층(22)에 의하여 복합절연층(20)의 포면으로 균일하게 전도되지 못하게 된다. The interface between the electrode layer 22 made of the metal and the first and second insulating layers 21 and 23 made of the ceramic compound is not adhered to each other due to a difference in physical properties. Therefore, when the insulating composite layer 20 is heated to a high temperature, the degree of thermal expansion of the electrode layer 22 inside the first and second insulating layers 21 and 23 differs from the degree of thermal expansion at the edge side, The layers 21 and 23 and the electrode layer 22 are partially unbonded. Accordingly, the heat conducted from the electrostatic chuck body 10 is not uniformly conducted to the surface of the composite insulation layer 20 by the partially unbonded electrode layer 22.

이러한 복합절연층(20)의 표면 온도 불균일을 방지하기 위하여, 전극층(22)은 다수개로 분리된 원주형태를 이루며, 이에 따라 제1,2절연층(21)(23)과 부분적으로 비접합되는 부분을 최소화하는 것이다. In order to prevent unevenness in the surface temperature of the composite insulation layer 20, the electrode layer 22 has a plurality of divided circumferential shapes, thereby partially unbonding the first and second insulation layers 21 and 23 To minimize the portion.

도 7은 도 3의 정전척 몸체에 내장된 히터가 냉각유로에 대응되게 분리된 것을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 7 is a view for explaining that the heater built in the electrostatic chuck body of FIG. 3 is separated corresponding to the cooling channel.

도시된 바와 같이, 히터(40)는, 정전척 몸체(10)의 내부에서, 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)의 상부측에 형성되는 제1,2,3히터(40a)(40b)(40c)를 포함한다. 이때 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c) 각각에 대응되는 제1,2,3히터(40a)(40b)(40c)의 발열용량은 중앙측에서 가장자리측으로 갈수록 점점 커진다.As shown in the figure, the heater 40 is disposed inside the electrostatic chuck body 10 and includes first, second, and third cooling channels 30a, 30b, and 30c formed on the upper sides of the first, And includes heaters 40a, 40b and 40c. At this time, the heat generating capacities of the first, second, and third heaters 40a, 40b, and 40c corresponding to the first, second, and third cooling flow paths 30a, 30b, and 30c gradually increase from the center toward the edge .

정전척 몸체(10)의 중앙측과 가장자리측을 비교하여 보았을 때, 히터에 의하여 발생된 열(가열 에너지)은 정천척 본체(10)의 상부측으로 전도되기도 하지만 측부로도 전도된다. 따라서 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 발생되는 열은 정전척 몸체 중앙 상부측으로 대부분 전도되지만, 정전척 몸체(10) 가장자리측에서 발생되는 열은 고정블럭(P) 측으로도 전도되기 때문에 가장자리 상부측으로 상대적으로 적은 열이 전도된다. 이에 따라 정전척 몸체(10)의 중앙측과 가장자리측에서의 열에 의한 온도 분포는 불균일하고, 결과적으로 절연복합층(20)의 표면 온도 분포가 불균일해지는 것이다. Heat (heat energy) generated by the heater is conducted to the upper side of the sash body 10, but is also conducted to the side, when the center side and the edge side of the electrostatic chuck body 10 are compared. Therefore, the heat generated at the center side of the electrostatic chuck body 10 is mostly conducted to the upper center side of the electrostatic chuck body, but the heat generated at the edge side of the electrostatic chuck body 10 is also conducted to the fixed block P side, A relatively small amount of heat is conducted. As a result, the temperature distribution due to heat at the center side and the edge side of the electrostatic chuck body 10 is uneven, and as a result, the surface temperature distribution of the insulating composite layer 20 becomes uneven.

이를 방지하고자, 히터(40)는 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 가장자리측으로 갈수록 발열용량이 점점 커지는 제1,2,3히터(40a)(40b)(40c)를 포함하는 것이다. To prevent this, the heater 40 includes first, second, and third heaters 40a, 40b, and 40c that gradually increase in heat capacity toward the edge side from the center side of the electrostatic chuck body 10.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 정전척 몸체(10) 내에 설치되는 냉각유로(30) 및 히터(40)의 복합적인 제어에 의하여, 공정이 진행되는 동안에 정전척의 표면 온도를 균일하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 기판에 대한 열적 변동을 최소화할 수 있어 생산 수율의 저하되는 것을 방지할 수 있다. As described above, according to the present invention, the surface temperature of the electrostatic chuck can be uniformly maintained during the process by the combined control of the cooling channel 30 and the heater 40 provided in the electrostatic chuck body 10 , Thereby minimizing the thermal fluctuation of the substrate, thereby preventing the production yield from being lowered.

또한 제1,2,3절연층(21)(23)(24)을 포함하는 절연복합층(20)을 채용함으로써, 높은 전압 및 고온 환경인 플라즈마 분위기 내에서 반복적인 공정이 진행되는 과정에서도 정전척의 표면이 손상되는 것을 최소화하여 정전척을 자주 교체하여야 하는 노력을 줄일 수 있다. Further, by employing the insulating composite layer 20 including the first, second, and third insulating layers 21, 23, and 24, even in the process of repeated processes in a plasma atmosphere having high voltage and high temperature environment, The damage to the surface of the chuck is minimized, thereby reducing the effort of frequently replacing the electrostatic chuck.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

B ... 베이스 P ... 고정블럭
R ... 포커스링 100 ... 정척천
10 ... 정전척 몸체 11 ... 테두리블럭
12 ... 몸체결합홈 13 ... 냉각유로홈
14 ... 결합블럭 14a ... 실링돌부
20 ... 절연복합층 21 ... 제1절연층
22 ... 전극층 23 ... 제2절연층
24 ... 제3절연층 30 ... 냉각유로
30a, 30b, 30c ... 제1,2,3냉각유로
40 ... 히터 40a, 40b, 40c ... 제1,2,3히터B ... base P ... fixed block
R ... Focus ring 100 ... Chungcheoncheon
10 ... electrostatic chuck body 11 ... rim block
12 ... body coupling groove 13 ... cooling channel groove
14 ... coupling block 14a ... sealing projection
20 ... insulation multiple layer 21 ... first insulation layer
22 ... electrode layer 23 ... second insulating layer
24 ... third insulation layer 30 ... cooling channel
30a, 30b, 30c, ...,
40 ... Heaters 40a, 40b, 40c ... First, second and third heaters

Claims (6)

챔버 내측에서 베이스(B)와, 상기 베이스(B)의 가장자리에 설치되는 링형태의 고정블럭(P)과, 상기 고정블럭(P) 상부측의 포커스링(R) 사이에 설치되는 정전척에 있어서,
상기 베이스(B) 및 고정블럭(P) 사이에 설치되는 정전척 몸체(10);
상기 정전척 몸체(10)의 상부측에 형성되어 기판(W)이 안착되는 절연복합층(20);
상기 정전척 몸체(10)에 내장되어 상기 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 냉각유체가 흐르는 냉각유로(30); 및
상기 정전척 몸체(10) 내부에서 상기 냉각유로(30)의 상부측인 형성되어 상기 냉각유로(30)와 함께 상기 절연복합층(20)의 온도를 제어하기 위한 히터(40);를 포함하고;
상기 절연복합층(20)은, 상기 정전척 몸체(10)의 상부면에 형성되는 인산 세라믹스 화합물로 된 제1절연층(21)과, 상기 제1절연층(21)의 상부면 내측에 적층되는 전극층(22)과, 상기 제1절연층(21)과 동일 재질로서 상기 전극층(22)이 내장되도록 상기 제1절연층(21)에 적층되는 제2절연층(23)과, 별도로 제작되어 상기 제2절연층(23)의 상부면에 접착되어 적층되는 것으로서 아노다이징 피막층이 형성된 제3절연층(24)을 포함하며;
상기 냉각유로(30)는, 상기 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점차로 커지는 단면을 가지는 다수의 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)를 포함하고;
상기 히터(40)는 상기 제1,2,3냉각유로(30a)(30b)(30c)의 상부측에 형성되는 것으로서, 상기 정전척 몸체(10)의 중앙측에서 가장리측으로 갈수록 발열용량이 점점 커지는 제1,2,3히터(40a)(40b)(40c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 정전척.A base B on the inside of the chamber and a fixed block P in the form of a ring provided on the edge of the base B and an electrostatic chuck provided between the focus ring R on the upper side of the fixed block P As a result,
An electrostatic chuck body 10 installed between the base B and the fixed block P;
An insulating composite layer 20 formed on the upper side of the electrostatic chuck body 10 and on which the substrate W is placed;
A cooling flow path (30) built in the electrostatic chuck body (10) and through which a cooling fluid for controlling the temperature of the insulating composite layer (20) flows; And
And a heater 40 formed inside the electrostatic chuck body 10 at an upper side of the cooling channel 30 to control the temperature of the insulating composite layer 20 together with the cooling channel 30 ;
The insulating composite layer 20 includes a first insulating layer 21 made of a phosphate ceramic compound formed on the upper surface of the electrostatic chuck body 10 and a second insulating layer 21 formed on the upper surface of the first insulating layer 21, And a second insulating layer 23 laminated on the first insulating layer 21 so that the electrode layer 22 is formed of the same material as that of the first insulating layer 21 And a third insulating layer (24) laminated on the upper surface of the second insulating layer (23) and having an anodic coating layer formed thereon;
The cooling channel 30 includes a plurality of first, second, and third cooling channels 30a, 30b, and 30c that gradually increase in size from the center to the edge of the electrostatic chuck body 10;
The heater 40 is formed on the upper side of the first, second, and third cooling flow paths 30a, 30b, and 30c. The heater 40 has a heating capacity from the center of the electrostatic chuck body 10 toward the rearmost side And the first, second and third heaters (40a), (40b) and (40c) gradually increase in size. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전극층(22)은,
상기 정전척 몸체(10)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 직경이 커지는 다수개의 원주형태를 이루며, 각각의 원주는 상호 연결되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 정전척.The electrode according to claim 1, wherein the electrode layer (22)
Wherein the electrostatic chuck body (10) has a plurality of circumferential shapes increasing in diameter from a center to an edge of the electrostatic chuck body (10), and the respective circumferences are mutually connected. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 정전척 몸체(10)는,
상기 베이스(B) 측으로 개방된 몸체결합홈(12)이 형성된 테두리블럭(11)과,
상기 몸체결합홈(12)의 천정면에 형성된 다수의 냉각유로홈(13)과,
상기 몸체결합홈(12)에 끼어져 상기 냉각유로홈(13)의 하부면을 폐쇄하는 결합블럭(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비용 정전척.The electrostatic chucking body (10) according to claim 1, wherein the electrostatic chucking body (10)
A frame block 11 having a body coupling groove 12 opened to the base B side,
A plurality of cooling channel grooves 13 formed on the ceiling surface of the body coupling groove 12,
And a coupling block (14) interposed in the body coupling groove (12) to close the lower surface of the cooling channel groove (13). 삭제delete
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