KR101791302B1 - 정전 흡착 장치, 정전 척 및 냉각 처리 장치 - Google Patents

정전 흡착 장치, 정전 척 및 냉각 처리 장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 극저온에서 사용할 수 있는 정전 흡착 장치를 제공한다.
[해결수단] 이 정전 흡착 장치의 정전 척에서는, 베이스 상에 제1 절연층이 형성된다. 제1 절연층의 제1 부분은 베이스의 제1 면 상에서 뻗어 있고, 제1 절연층의 제2 부분은 베이스의 제2 면의 적어도 일부 위에서 뻗어 있다. 제1 절연층의 제1 부분 상에는 흡착 전극이 형성된다. 제1 절연층의 제1 부분 및 흡착 전극 상에는 제2 절연층이 형성되어 있다. 흡착 전극으로부터는 도체 패턴이 뻗어 있고, 이 도체 패턴은 제1 절연층의 제2 부분 상에 급전 단자를 제공한다. 이 급전 단자에는 압박 부재에 의해서 압박된 단자 부재의 접촉부가 접촉한다. 이 단자 부재에는 전원에 접속된 배선이 접속된다.

Description

정전 흡착 장치, 정전 척 및 냉각 처리 장치{ELECTROSTATIC ATTRACTION APPARATUS, ELECTROSTATIC CHUCK AND COOLING TREATMENT APPARATUS}
본 발명의 실시형태는 정전 흡착 장치, 정전 척 및 냉각 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 처리 장치의 처리 용기 내에 수용된 피처리체에 대하여 여러 가지 처리가 행해진다. 처리 장치는 일반적으로 처리 용기 내에 수용된 피처리체를 유지하기 위한 기구를 갖고 있다. 이러한 기구의 일종으로서, 정전 척을 갖는 정전 흡착 장치가 알려져 있다. 정전 흡착 장치는, 정전력에 의해서 피처리체를 정전 척에 흡착한다.
정전 척은, 일반적으로, 베이스, 제1 절연층, 흡착 전극 및 제2 절연층을 갖고 있다. 베이스는 일반적으로는 금속제이며, 평탄한 상면을 갖고 있다. 제1 절연층은 베이스의 상면 위에 형성되어 있다. 흡착 전극은 제1 절연층을 통해 베이스의 상면 위에 형성되어 있다. 또한, 제2 절연층은 제1 절연층 및 흡착 전극을 덮도록 형성되어 있다. 베이스 및 제1 절연층에는, 흡착 전극의 급전 단자에 접속하는 구멍이 형성되어 있다. 이 구멍에는 배선이 통과하고 있다. 이 배선은 급전 단자에 접합된다. 또한, 배선의 주위에는 상기 배선과 베이스 사이에 개재하는 절연 부재가 형성되어 있고, 절연 부재와 베이스 사이에는 접착제나 진공 시일이 형성되어 있다. 이러한 정전 척을 갖는 정전 흡착 장치에 관해서는, 예컨대 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2012-142413호 공보 특허문헌 2: 일본 특허공개 2005-57234호 공보
그런데, 피처리체에 대한 처리의 일종으로서, 피처리체를 냉각하는 처리가 행해지는 경우가 있다. 또한, 피처리체는, 예컨대, -60도 이하의 극저온으로 냉각되는 경우도 있다. 이 때문에, 정전 척을 냉각하는 냉동기를 처리 장치에 탑재하는 경우를 생각할 수 있다. 이와 같이 냉동기를 탑재한 처리 장치에서는, 피처리체를 극저온으로 냉각하기 위해서 정전 척이 냉각되면, 상술한 접착제 및 진공 시일이 취화(脆化)되는 경우가 있다. 이러한 요인에 의해, 극저온으로 피처리체를 냉각하는 처리 장치에서는, 흡착 전극의 급전 단자와 배선의 접속에 관련되는 부위의 신뢰성을 확보할 수 없으므로, 종래의 정전 흡착 장치를 이용할 수 없을 우려가 있다.
따라서, 정전 척의 급전 단자와 배선의 접속 신뢰성을 극저온의 환경 하에서도 확보할 필요가 있다.
일 측면에서는, 정전 흡착 장치가 제공된다. 이 정전 흡착 장치는, 정전 척, 단자 부재, 압박하는 수단(이하, 「압박 수단」이라고 함), 배선 및 전원을 갖추고 있다. 정전 척은, 베이스, 제1 절연층, 흡착 전극, 제2 절연층 및 도체 패턴을 갖고 있다. 베이스는, 제1 면 및 이 제1 면과는 다른 제2 면을 포함하고 있다. 제1 절연층은 베이스 상에 형성되어 있다. 제1 절연층은, 베이스의 제1 면 상에서 뻗어 있는 제1 부분 및 베이스의 제2 면의 적어도 일부 상에서 뻗어 있는 제2 부분을 포함하고 있다. 흡착 전극은 제1 절연층의 제1 부분 상에 형성되어 있다. 제2 절연층은 제1 절연층의 제1 부분 및 흡착 전극 상에 형성되어 있다. 도체 패턴은 제1 절연층 상에 형성되어 있으면서 또한 흡착 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 도체 패턴은 제1 절연층의 제2 부분 상에 형성된 급전 단자를 포함하고 있다. 단자 부재는 급전 단자에 접촉되는 접촉부를 갖는다. 압박 수단은 단자 부재의 접촉부를 정전 척의 급전 단자에 대하여 압박한다. 배선은 단자 부재에 전기적으로 접속된다. 일 형태에서는, 배선은 압박 수단을 통해 단자 부재에 전기적으로 접속될 수 있다. 전원은 배선에 전기적으로 접속된다.
일 측면에 따른 정전 흡착 장치에서는, 급전 단자에 단자 부재의 접촉부가 접촉하면서 또한 상기 단자 부재의 접촉부가 압박 수단에 의해서 급전 단자에 대하여 압박된다. 따라서, 이 정전 흡착 장치에서는, 급전 단자와 배선의 접속에 관련되는 부위에, 접착제 및 진공 시일을 필요로 하지 않고서, 상기 급전 단자와 배선의 전기적 접속을 확보할 수 있다. 고로, 급전 단자와 배선의 접속 신뢰성을, 극저온의 환경 하에서도 확보할 수 있다. 또한, 이 정전 흡착 장치에서는, 베이스의 제2 면 상에 형성된 제1 절연층의 제2 부분 상에 급전 단자가 형성되어 있다. 따라서, 압박 수단의 가압에 의한 정전 척의 파괴가 억제될 수 있다.
일 실시형태에서는, 압박 수단은 나사이며, 정전 흡착 장치는, 상기 나사를 지지하는 절연성의 지지 부재를 더욱 구비하고 있어도 좋다. 이 실시형태에 따르면, 간이한 구성으로 압박 수단을 실현할 수 있으면서 또한 나사와 베이스와의 절연을 확보할 수 있다.
일 실시형태에서는, 접촉부는 도전성의 스프링을 포함하고 있어도 좋다. 이 실시형태에 따르면, 단자 부재의 접촉부와 급전 단자와의 물리적 접촉의 신뢰성이 더욱 높아진다.
일 실시형태에서는, 베이스의 제2 면은 제1 면에 평행하지 않은 방향으로 뻗는 영역을 포함하고, 급전 단자는 제1 절연층의 제2 부분을 통해 제2 면의 상기 영역 상에 형성되어 있더라도 좋다. 예컨대, 제2 면의 상기 영역은 베이스의 측면을 구성하고 있어도 좋다.
일 실시형태에서는, 정전 흡착 장치는 -263℃~-60℃ 범위 내의 온도에서 피처리체를 흡착하여도 좋다. 이 범위의 온도의 하한치는, 일례의 냉동기 자체의 하한의 냉각 온도에 피처리체에서의 온도 상승분을 가미한 온도이다. 또한, 상기 범위의 온도의 상한치는, GALDEN(등록상표)과 같은 일반적인 냉매를 이용하여 실현할 수 있는 하한 온도보다도 낮은 온도이며, 상기 상한치 이하의 온도로 냉각되는 부위에 접착제 및 진공 시일이 이용되면, 이들 접착제 및 진공 시일이 취화될 수 있는 온도이다.
또한, 다른 측면에서는 정전 척이 제공된다. 이 정전 척은, 베이스, 제1 절연층, 흡착 전극, 제2 절연층 및 도체 패턴을 갖춘다. 베이스는, 제1 면 및 이 제1 면과는 다른 제2 면을 포함하고 있다. 제1 절연층은 베이스 상에 형성되어 있다. 제1 절연층은, 제1 면 상에서 뻗어 있는 제1 부분 및 제2 면의 적어도 일부 상에서 뻗어 있는 제2 부분을 포함하고 있다. 흡착 전극은 제1 절연층의 제1 부분 상에 형성되어 있다. 제2 절연층은, 제1 절연층의 제1 부분 및 흡착 전극 상에 형성되어 있다. 도체 패턴은, 제1 절연층 상에 형성되어 있으면서 또한 흡착 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 도체 패턴은, 제1 절연층의 제2 부분 상에 형성된 급전 단자를 포함하고 있다.
또 다른 측면에서는, 냉각 처리 장치가 제공된다. 이 냉각 처리 장치는, 처리 용기, 정전 흡착 장치 및 냉동기를 갖는다. 정전 흡착 장치는, 상술한 일 측면 또는 여러 가지 실시형태 중 어느 한 정전 흡착 장치이다. 정전 흡착 장치의 정전 척은 처리 용기 내에 형성되어 있다. 냉동기는 정전 척을 냉각하도록 구성되어 있다. 이 냉각 처리 장치는, 흡착 전극의 급전 단자와 배선의 접속 신뢰성을 확보하면서 극저온으로 피처리체를 냉각할 수 있다.
이상 설명한 것과 같이, 정전 척의 급전 단자와 배선의 접속 신뢰성을 극저온의 환경 하에서도 확보할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시형태에 따른 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 냉각 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 정전 흡착 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 정전 척의 단면도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 정전 척의 급전 단자를 포함하는 일부 영역을 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 정전 흡착 장치의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 7은 일례에 따른 MTJ 소자의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 관해서 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
우선, 일 실시형태에 따른 처리 시스템에 관해서 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시하는 처리 시스템(100)은 피처리체(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)를 처리하기 위한 시스템이다. 처리 시스템(100)은, 배치대(102a~102c), 수용 용기(104a~104c), 로더 모듈(LM), 로드로크 챔버(LL1) 및 로드로크 챔버(LL2), 복수의 프로세스 모듈(PM), 그리고 트랜스퍼 챔버(110)를 갖추고 있다.
배치대(102a~102c)는 로더 모듈(LM)을 따라서 형성되어 있다. 도시한 실시형태에서는, 배치대(102a~102c)는 로더 모듈(LM)의 한쪽의 가장자리, 즉, Y 방향에 있어서의 한쪽의 가장자리를 따라서 X 방향으로 배열되어 있다. 배치대(102a~102c) 상에는 각각 수용 용기(104a~104c)가 탑재되어 있다. 이들 수용 용기(104a~104c)는 웨이퍼(W)를 수용한다.
로더 모듈(LM)은, 일 실시형태에서는, Y 방향보다도 X 방향에서 장척의 대략 상자 형상을 갖고 있다. 로더 모듈(LM)은 챔버벽을 갖고 있고, 이 챔버벽 내에는, 대기압 상태의 반송 공간이 제공되어 있다. 로더 모듈(LM)은, 이 반송 공간에 반송유닛(TU)을 갖고 있다. 로더 모듈(LM)의 반송 유닛(TU)는, 수용 용기(104a~104c) 중 선택된 수용 용기로부터 웨이퍼(W)를 빼내고, 빼낸 웨이퍼(W)를 로드로크 챔버(LL1) 및 로드로크 챔버(LL2)의 어느 하나에 반송한다.
로드로크 챔버(LL1) 및 로드로크 챔버(LL2)는, 로더 모듈(LM)의 Y 방향의 다른 쪽의 가장자리를 따라서 X 방향으로 배열되어 있다. 또한, 로더 모듈(LM)의 Y 방향의 다른 쪽에는 트랜스퍼 챔버(110)가 형성되어 있다. 도 1에 도시하는 것과 같이, 로드로크 챔버(LL1 및 LL2)는, 로더 모듈(LM)과 트랜스퍼 챔버(110) 사이에 형성되어 있다. 로드로크 챔버(LL1)와 로더 모듈(LM) 사이, 로드로크 챔버(LL1)와 트랜스퍼 챔버(110) 사이, 로드로크 챔버(LL2)와 로더 모듈(LM) 사이, 로드로크 챔버(LL2)와 트랜스퍼 챔버(110) 사이의 각각에는, 게이트 밸브가 형성되어 있다.
로드로크 챔버(LL1) 및 로드로크 챔버(LL2)는 예비 감압실을 제공하고 있다. 웨이퍼(W)는, 트랜스퍼 챔버(110)에 반송되기 전에, 로드로크 챔버(LL1 또는 LL2)에 반송되어, 대기압 환경에서 감압 환경 하에 놓인다.
트랜스퍼 챔버(110)는 감압 가능한 반송 공간을 제공하고 있다. 이 반송 공간은, 일 실시형태에서는 Y 방향으로 뻗어 있다. 트랜스퍼 챔버(110)는, 반송 공간 내에 반송 유닛(TU2)을 갖고 있다. 반송 유닛(TU2)은, 반송 공간 내에서 Y 방향으로 웨이퍼(W)를 이동시킨다. 또한, 반송 유닛(TU2)은, 웨이퍼(W)를 복수의 프로세스 모듈(PM) 중 어느 하나로 반송한다. 트랜스퍼 챔버(110)와 복수의 프로세스 모듈(PM)의 각각의 사이에는 게이트 밸브가 형성되어 있다.
도 1에 도시하는 실시형태에서는, 프로세스 모듈(PM) 중 몇 개인가는, 트랜스퍼 챔버(110)의 X 방향에 있어서의 한쪽의 가장자리를 따라서 Y 방향으로 배열되어 있다. 또한, 다른 프로세스 모듈(PM)은, 트랜스퍼 챔버(110)의 X 방향에 있어서의 다른 쪽의 가장자리를 따라서 Y 방향으로 배열되어 있다. 복수의 프로세스 모듈(PM)의 각각은, 그 내부에 수용한 웨이퍼(W)를 처리한다. 예컨대, 복수의 프로세스 모듈(PM)의 각각은, 물리 기상 성장 처리, 전처리 클리닝, 가열 처리, 냉각 처리와 같은 여러 가지 처리 중 그 프로세스 모듈에 전용의 처리를 실행한다.
도 1에 도시하는 실시형태의 처리 시스템(100)에서는, 수용 용기(104a~104c)의 어느 하나에 수용되어 있는 웨이퍼(W)는, 로더 모듈(LM), 로드로크 챔버(LL1) 또는 로드로크 챔버(LL2) 및 트랜스퍼 챔버(110)를 통해, 복수의 프로세스 모듈(PM) 중 어느 하나로 반송되어, 반송처의 프로세스 모듈에서 처리된다.
도 1에 도시하는 처리 시스템(100)은, 복수의 프로세스 모듈(PM) 중 하나 혹은 2 이상의 프로세스 모듈로서, 일 실시형태에 따른 냉각 처리 장치를 갖추고 있다. 도 2는 일 실시형태에 따른 냉각 처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에는, 일 실시형태에 따른 냉각 처리 장치(10)의 수직 단면 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
도 2에 도시하는 냉각 처리 장치(10)는, 처리 용기(12), 정전 흡착 장치(14) 및 냉동기(16)를 갖추고 있다. 처리 용기(12)는 대략 통 형상을 갖고 있고, 그 내부에 공간(S)을 제공하고 있다. 이 처리 용기(12)에는, 공간(S)에 웨이퍼(W)를 반입하거나, 혹은 공간(S)에서 웨이퍼(W)를 반출하기 위한 개구가 형성되어 있고, 이 개구는 게이트 밸브(GV)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다.
냉각 처리 장치(10)는, 또한, 제1 감압부(18), 제2 감압부(20), 밸브(22) 및 가스 공급부(24)를 구비할 수 있다. 제1 감압부(18)는 공간(S)을 감압하기 위해서 처리 용기(12)에 접속되어 있다. 제1 감압부(18)는 진공 펌프(18p) 및 밸브(18v)를 갖고 있다. 진공 펌프(18p)는 밸브(18v)를 통해 처리 용기(12)에 접속되어 있다.
제2 감압부(20)는 처리 용기(12)에 접속되어 있다. 제2 감압부(20)는, 공간(S)의 압력을, 제1 감압부(18)에 의해서 도달시킬 수 있는 압력보다도 저압에 도달시키기 위해서 형성되어 있다. 즉, 냉각 처리 장치(10)는, 공간(S)의 압력이 대기압으로 되어 있는 상태에서 상기 공간(S)을 감압할 때에, 제1 감압부(18)를 동작시키고, 이어서, 제2 감압부(20)를 동작시킬 수 있다. 일 실시형태에서는, 제2 감압부(20)는, 터보 분자 펌프(20t), 워터 펌프(20w) 및 밸브(20v)를 갖고 있다.
밸브(22)는, 처리 용기(12) 내의 공간(S)의 압력을 대기압으로 설정할 때에 개방되는 밸브이다. 밸브(22)는, 예컨대, 냉각 처리 장치(10)의 메인터넌스시 등에 개방된다.
가스 공급부(24)는, 가스를 처리 용기(12) 내에 공급하기 위해서 형성되어 있다. 가스 공급부(24)는, 예컨대, 냉각 처리 장치(10)에 의해서 웨이퍼(W)를 냉각할 때에, 처리 용기(12) 내에 공급된다. 가스 공급부(24)는, 예컨대, Ar 가스와 같은 희가스를 공급할 수 있다. 이 때문에, 가스 공급부(24)는, 가스 소스(24s), 밸브(24a), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(24f) 및 밸브(24b)를 갖고 있다. 가스 소스(24s)는, 밸브(24a), 유량 제어기(24f) 및 밸브(24b)를 통해, 처리 용기(12)에 접속되어 있다.
도 2에 도시하는 것과 같이, 처리 용기(12) 내에는, 정전 흡착 장치(14)의 일부인 정전 척(ESC)이 수용되어 있다. 정전 척(ESC)은, 정전력에 의해 그 상면에 탑재된 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이 정전 척(ESC)은, 일 실시형태에서는, 제1 지지부(28) 및 제2 지지부(30)와 함께, 페데스탈(26)을 구성하고 있다. 제1 지지부(28)는 대략 기둥 형상을 갖고 있고, 예컨대 구리(Cu)와 같은 높은 열전도율을 갖는 재료로 구성되어 있다. 제2 지지부(30)는 제1 지지부(28) 상에 형성되어 있다. 제2 지지부(30)도, 예컨대 구리(Cu)와 같은 높은 열전도율을 갖는 재료로 구성되어 있다. 일례에서, 제2 지지부(30)는, 대략 원반 형상의 상측 부분 및 아래쪽으로 향함에 따라서 수평 단면의 면적이 작아지는 하측 부분을 갖고 있다. 정전 척(ESC)은 이 제2 지지부(30) 상에 형성되어 있다.
페데스탈(26)은 냉동기(16) 상에 형성되어 있다. 냉동기(16)는, 냉각 헤드(16h) 및 본체부(16m)를 갖고 있다. 냉각 헤드(16h)는 냉각면을 제공하고 있고, 이 냉각면이 제1 지지부(28)에 접하고 있다. 본체부(16m)는, 헬륨(He)과 같은 가스를 이용한 기포드 맥마흔(Gifford-McMahon) 사이클(G-M 사이클)에 의해, 냉각 헤드(16h)를 냉각한다. 이러한 냉동기(16)는, 정전 척(ESC) 상에 탑재된 웨이퍼(W)를 -263℃~-60℃ 범위 내의 온도로 냉각하는 냉각 능력을 갖고 있다. 이 범위의 온도의 하한치는, 냉동기(16) 자체의 하한의 냉각 온도에 웨이퍼(W)에서의 온도 상승분(예컨대, 2℃)을 가미한 온도이다. 또한, 상기 온도 범위의 상한치(-60℃)는, GALDEN(등록상표)과 같은 일반적인 냉매를 이용하여 실현할 수 있는 하한 온도보다도 낮은 온도이며, 이 상한치 이하의 온도로 냉각되는 부위에 접착제 및 진공 시일이 이용되면, 이들 접착제 및 진공 시일이 취화될 수 있는 온도이다. 한편, 냉동기(16)는, 상술한 온도 범위 내의 온도로 웨이퍼(W)를 냉각할 수 있으면, G-M 사이클을 이용하는 냉동기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 2에 도시하는 것과 같이, 냉각 처리 장치(10)는, 리프터 핀(32), 구동 장치(34), 백사이드 가스용의 가스 라인(36) 및 백사이드 가스용의 가스 공급부(38)를 더욱 구비하고 있다. 일례에서, 냉각 처리 장치(10)는, 3개의 리프터 핀(32)을 갖고 있고, 리프터 핀(32)은, 페데스탈(26)을 수직 방향으로 관통하는 구멍 내에 삽입되어 있다. 또한, 3개의 리프터 핀(32)은, 페데스탈(26)의 중심에 대하여 둘레 방향으로 대략 등간격으로 배치되어 있다. 이들 리프터 핀(32)은, 링크(40)를 통해 구동 장치(34)에 접속되어 있다. 구동 장치(34)는 리프터 핀(32)을 위아래로 이동시킨다. 리프터 핀(32)은, 처리 용기(12) 내에 웨이퍼(W)가 반입될 때 및 처리 용기(12)로부터 웨이퍼(W)가 반출될 때에 상승한다. 이에 따라, 리프터 핀(32)의 선단은, 정전 척(ESC)의 상측으로 돌출된 상태가 된다. 이 상태에서, 웨이퍼(W)는, 상술한 반송 유닛(TU2)으로부터 리프터 핀(32)의 선단에 건네어진다. 혹은, 리프터 핀(32)의 선단에 지지된 웨이퍼(W)가, 반송 유닛(TU2)에 의해서 받아들여진다. 한편, 리프터 핀(32)이 하강하면, 리프터 핀(32)의 선단에 지지된 웨이퍼는, 정전 척(ESC)의 상면 위에 탑재된다.
가스 라인(36)은, 처리 용기(12)의 외부에서 상기 처리 용기(12) 내로 뻗고, 또한, 페데스탈(26)의 측면에서 상기 페데스탈(26)의 내부를 통과하여, 정전 척(ESC)의 상면까지 뻗어 있다. 이 가스 라인(36)은 가스 공급부(38)에 접속되어 있다. 가스 공급부(38)는, 열 전달용의 백사이드 가스, 예컨대 He 가스를, 가스 라인(36)에 공급한다. 가스 라인(36)에 공급된 가스는, 정전 척(ESC)의 상면, 즉, 후술하는 제2 절연층과 웨이퍼(W) 사이에 공급된다.
이하, 일 실시형태의 정전 흡착 장치(14)에 관해서 도 2와 함께 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 일 실시형태에 따른 정전 흡착 장치의 사시도이다. 도 4는 일 실시형태에 따른 정전 척의 단면도이다. 도 5는 일 실시형태에 따른 정전 척의 급전 단자를 포함하는 일부 영역을 확대하여 도시하는 사시도이다. 도 5에서는, 후술하는 제2 절연층은 생략되어 있다. 도 6은 일 실시형태에 따른 정전 흡착 장치의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이며, 급전 단자와 배선과의 전기적 접속에 관련되는 부위를 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이, 정전 흡착 장치(14)는, 정전 척(ESC), 단자 부재(50), 압박부(52), 배선(54) 및 전원(56)을 갖추고 있다. 정전 척(ESC)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이, 베이스(60), 제1 절연층(62), 흡착 전극(64) 및 제2 절연층(66)을 갖고 있다.
베이스(60)는, 대표적으로는 금속, 예컨대, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 한편, 베이스(60)는, 금속 이외의 세라믹스 등으로 구성되어 있더라도 좋다. 도 4에 도시하는 것과 같이, 베이스(60)는, 그 표면으로서, 제1 면(601) 및 제2 면(602)을 갖고 있다. 제1 면(601)은, 베이스(60)의 상면이며, 대략 원형이면서 또한 대략 평탄한 면이다. 제2 면(602)은, 제1 면(601) 이외의 베이스(60)의 표면이며, 일례에서는, 베이스(60)의 측면(60s) 및 베이스(60)의 하면(60b)을 포함하고 있다. 한편, 측면(60s)은 제1 면(601)에 교차 또는 직교하는 방향으로 뻗어 있고, 하면(60b)은 제1 면(601)에 대향하고 있다.
제1 절연층(62)은 베이스(60) 상에 형성되어 있다. 제1 절연층(62)은, 절연체, 예컨대, 알루미나(Al2O3) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 구성되어 있다. 제1 절연층(62)은 베이스(60)에 절연체를 용사함으로써 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시하는 것과 같이, 제1 절연층(62)은, 제1 부분(621) 및 제2 부분(622)을 포함하고 있다. 제1 부분(621)은, 베이스(60)의 제1 면(601) 상에서 뻗어 있다. 제2 부분(622)은, 제1 부분(621)에 연속하여, 제2 면(602)의 일부의 위까지 뻗어 있다. 한편, 제1 절연층(62)의 제2 부분(622)의 상세한 것에 관해서는 후술한다.
제1 절연층(62)의 제1 부분(621) 상에는 흡착 전극(64)이 마련되어 있다. 즉, 흡착 전극(64)은, 제1 절연층(62)의 제1 부분(621)을 통해 제1 면(601) 상에 형성되어 있다. 일례에서, 정전 척(ESC)은, 쌍극 타입의 정전 척이며, 도 4 및 도 5에 도시하는 것과 같이, 흡착 전극(64)은, 제1 전극(64a) 및 제2 전극(64b)을 포함하고 있다. 제1 전극(64a) 및 제2 전극(64b)은, 정전 척(ESC)의 가장자리에서 중앙을 향해서 나선형으로 뻗어 있다.
제2 절연층(66)은, 제1 절연층(62)의 제1 부분(621) 및 흡착 전극(64)을 덮도록 형성되어 있다. 제2 절연층(66)은, 예컨대, 알루미나(Al2O3) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 구성되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이, 제2 절연층(66)의 상면은, 바닥면(66b), 돌출부(66a) 및 복수의 돌출부(66p)를 포함하고 있다. 돌출부(66a) 및 복수의 돌출부(66p)는, 바닥면(66b)에서 위쪽으로 융기하도록 형성되어 있다. 돌출부(66a)는, 정전 척(ESC)의 중심에 대하여 둘레 방향에서 환상으로 뻗어 있다. 또한, 복수의 돌출부(66p)는 대략 기둥 형상을 갖고 있고, 돌출부(66a)에 의해서 둘러싸인 영역 내에서 분포되도록 배치되어 있다. 이러한 형상을 갖는 제2 절연층(66)은, 제1 절연층(62)의 제1 부분(621) 및 흡착 전극(64) 상에 절연체를 용사하여 절연체층을 형성하고, 이어서, 이 절연체층에 대한 블라스트 가공을 실시함으로써 형성할 수 있다.
웨이퍼(W)가 정전 척(ESC) 상에 탑재되면, 돌출부(66a)의 상단은 상기 웨이퍼(W)의 엣지 영역의 이면에 접하고, 돌출부(66p)의 상단은 상기 웨이퍼(W)의 이면에 접하도록 되어 있다. 웨이퍼(W)가 돌출부(66a)의 상단 및 돌출부(66p)의 상단에 접하도록 정전 척(ESC) 상에 탑재되면, 제2 절연층(66)의 바닥면(66b)과 웨이퍼(W)의 이면 사이에는 공간이 형성된다. 이 공간에는, 도 3에 도시하는 가스 라인(36)으로부터 백사이드 가스가 공급되도록 되어 있다. 또한, 상기 공간에 공급된 가스는 페데스탈(26)을 관통하도록 형성된 가스 라인(70)을 통해 회수된다.
일 실시형태에서는, 도 5 및 도 6에 도시하는 것과 같이, 베이스(60)의 측면(60s)은 오목부(60c)를 구획하고 있다. 제1 절연층(62)의 제2 부분(622)은, 상기 오목부(60c)를 구획하는 베이스(60)의 면 위에서 뻗어 있다. 또한, 베이스(60)의 상기 오목부(60c)를 구획하는 면은, 제1 면(601)에 평행하지 않은, 즉, 제1 면(601)에 교차 또는 직교하는 방향으로 뻗는 영역(60r)을 포함하고 있다. 이 영역(60r)은, 일 실시형태에서는, 오목부(60c)를, 정전 척(ESC)의 중앙 측에서 구획하는 면이다.
영역(60r) 상에 형성된 제1 절연층(62)의 제2 부분(622) 상에는, 흡착 전극(64)에 전기적으로 접속된 도체 패턴(72)이 뻗어 있다. 도체 패턴(72)은, 영역(60r) 상에 형성된 제2 부분(622) 상에, 급전 단자(74)를 제공하고 있다. 일 실시형태에서는, 도체 패턴(72)은 제1 도체 패턴(72a) 및 제2 도체 패턴(72b)을 포함하고 있다. 또한, 급전 단자(74)는 제1 급전 단자(74a) 및 제2 급전 단자(74b)를 포함하고 있다. 제1 도체 패턴(72a)은, 제1 전극(64a)에 전기적으로 접속되어 있고, 영역(60r) 상에 형성된 제2 부분(622) 상에 제1 급전 단자(74a)를 제공하고 있다. 또한, 제2 도체 패턴(72b)은, 제2 전극(64b)에 전기적으로 접속되어 있고, 영역(60r) 상에 형성된 제2 부분(622) 상에 제2 급전 단자(74b)를 제공하고 있다. 제1 급전 단자(74a) 및 제2 급전 단자(74b)에는, 전원(56)에 접속된 2개의 배선(54)이 각각 전기적으로 접속된다. 전원(56)으로부터는, 제1 전극(64a) 및 제2 전극(64b)에는, 전위가 다른 전압이 인가되도록 되어 있다. 이에 따라, 정전 척(ESC)이 정전력을 발생하도록 되어 있다.
이하, 제1 급전 단자(74)a와 배선(54)의 전기적 접속을 위한 구성 및 제2 급전 단자(74b)와 배선(54)의 전기적 접속을 위한 구성에 관해서 설명한다. 한편, 제1 급전 단자(74a)와 배선(54)의 전기적 접속을 위한 구성 및 제2 급전 단자(74b)와 배선(54)의 전기적 접속을 위한 구성은 마찬가지이다. 따라서, 이하에서는, 참조 부호 「72」로 나타내는 하나의 급전 단자와 하나의 배선(54)과의 전기적 접속의 구성에 관해서 설명한다.
도 3 및 도 6에 도시하는 것과 같이, 급전 단자(74)와 배선(54)과의 전기적 접속은, 급전 단자(74)와 배선(54) 사이에 단자 부재(50)를 개재시키고, 급전 단자(74)에 단자 부재(50)를 물리적으로 접촉시킴으로써 실현된다. 이 단자 부재(50)는, 메인부(50m) 및 선단부(50d)를 포함하고 있다. 메인부(50m)는 대략 기둥 형상을 갖고 있다. 메인부(50m)에는 나사 구멍이 형성되어 있다. 이 나사 구멍은, 메인부(50m)의 일단에서 상기 메인부(50m)의 길이 방향으로 뻗어 있다. 선단부(50d)는, 메인부(50m)의 타단 측에서 상기 메인부(50m)에 연속되어 있다. 이 선단부(50d)는 대략 원반 형상을 갖고 있다. 이 선단부(50d)에는 접촉부(50c)를 제공하고 있다. 일 실시형태에서는, 선단부(50d)에는 환상으로 뻗어 있는 홈이 형성되어 있다. 이 홈에는 도체로 구성된 스프링이 수용되어 있다. 이 스프링은, 예컨대 코일형의 스프링이다. 이 스프링은, 일 실시형태의 접촉부(50c)를 구성하고 있고, 급전 단자(74)에 물리적으로 접촉하도록 되어 있다.
또한, 단자 부재(50)의 접촉부(50c)는, 압박부(52)에 의해서, 급전 단자(74)에 대하여 압박되도록 구성되어 있다. 일 실시형태에서는, 압박부(52)는 도체로 구성된 나사이다. 나사(52)는, 절연성의 지지 부재(80)에 의해서 지지되어 있다. 지지 부재(80)는 메인부(80m)와 돌출부(80p)를 포함하고 있다. 메인부(80m)는, 베이스(60)의 측면(60s) 및 제2 지지부(30)의 측면을 따라서 뻗어 있다. 메인부(80m)에는 관통 구멍이 형성되어 있고, 또한, 베이스(60)에는, 메인부(80m)의 상기 관통 구멍에 연속하여 뻗도록 나사 구멍이 형성되어 있다. 이 나사 구멍에 나사(82)가 나합되면, 지지 부재(80)는 베이스(60)에 대하여 고정된다.
지지 부재(80)의 돌출부(80p)는 메인부(80m)로부터 돌출하도록 뻗어 있다. 지지 부재(80)의 돌출부(80p)는 베이스(60)의 오목부(60c)에 삽입된다. 이 돌출부(80p)는, 단자 부재(50)의 메인부(50m)가 삽입되는 구멍(80h)을 제공하고 있다. 또한, 지지 부재(80)의 메인부(80m)에는, 구멍(80h)에 연속하도록 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 관통 구멍을 지나 단자 부재(50)의 메인부(50m)의 나사 구멍에 나사(52)가 나합됨으로써, 접촉부(50c)는 급전 단자(74)에 대하여 압박된다.
또한, 도 3 및 도 6에 도시하는 것과 같이, 배선(54)은 지지 부재(80)의 메인부(80m)를 따라서 형성되어 있다. 배선(54)에는, 나사(52)가 지나는 구멍이 형성되어 있고, 배선(54)은, 메인부(80m)와 나사(52)의 머리 부분과의 사이에 협지되도록 되어 있다. 이에 따라, 배선(54)과 나사(52)가 도통하고, 나사(52)와 단자 부재(50)가 도통하여, 결과적으로, 배선(54)과 급전 단자(74)와의 전기적 접속이 실현된다. 한편, 일 실시형태에서는, 나사(52)의 머리 부분과 배선(54) 사이에는, 도체로 구성된 와셔(84)가 형성되어 있더라도 좋다.
이상 설명한 것과 같이, 일 실시형태의 정전 흡착 장치(14)에서는, 급전 단자(74)에 단자 부재(50)의 접촉부(50c)가 접촉하고, 또한, 단자 부재(50)의 접촉부(50c)가 나사(압박부)(52)에 의해서 급전 단자(74)에 대하여 압박된다. 따라서, 정전 흡착 장치(14)에서는, 급전 단자(74)와 배선(54)의 접속에 관련되는 부위에, 접착제 및 진공 시일을 필요로 하는 일없이, 상기 급전 단자(74)와 배선(54)의 전기적 접속을 확보할 수 있다. 고로, 급전 단자(74)와 배선(54)의 접속 신뢰성을 극저온의 환경 하에서도 확보할 수 있다. 또한, 정전 흡착 장치(14)에서는, 베이스(60)의 제2 면(602) 상에 형성된 제1 절연층(62)의 제2 부분(622) 위에 급전 단자(74)가 형성되어 있다. 따라서, 압박부(52)의 가압에 의한 정전 척(ESC)의 파괴가 억제될 수 있다.
또한, 일 실시형태에서는, 압박부가 나사(52)에 의해서 구성되어 있고, 이 나사는 절연성의 지지 부재(80)에 의해서 지지된다. 이 실시형태에서는, 간이한 구성의 압박부를 실현할 수 있다.
또한, 일 실시형태에서는, 단자 부재(50)의 접촉부(50c)는 도전성의 용수철에 의해서 구성되어 있다. 이 실시형태에 따르면, 단자 부재(50)의 접촉부(50c)와 급전 단자(74)와의 물리적 접촉의 신뢰성이 더욱 높아진다.
이하, 냉각 처리 장치(10) 및 이 냉각 처리 장치(10)를 프로세스 모듈로서 구비하는 처리 시스템(100)의 응용예에 관해서 설명한다. 하나의 응용예에서는, 처리 시스템(100)은, MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)을 구성하는 MTJ(MagneticTunnelJunction) 소자의 제조에 사용된다.
도 7은 일례에 따른 MTJ 소자의 단면도이다. 도 7에 도시하는 MTJ 소자(200)는, 제1 자성층(222), 제2 자성층(226) 및 터널 절연층(224)을 포함하고 있다. 터널 절연층(224)은 제1 자성층(222)과 제2 자성층(226) 사이에 형성되어 있다. 제1 자성층(222) 및 제2 자성층(226)은, 예컨대 Co-Fe-B층 등의 자성 금속층일 수 있다. 터널 절연층(224)은 예컨대 산화마그네슘층, 산화알루미늄층, 산화티탄층 등의 금속 산화물층일 수 있다.
MTJ 소자(200)는, 또한 하부 전극층(212), 하지층(214), 반강자성층(216), 자성층(218), 자성층(220) 및 캡층(228)을 구비할 수 있다. 하지층(214)은 하부 전극층(212) 상에 형성된다. 반강자성층(216)은 하지층(214) 상에 형성된다. 자성층(218)은 반강자성층(216) 상에 형성된다. 자성층(220)은 자성층(218) 상에 형성된다. 제1 자성층(222)은 자성층(220) 상에 형성된다. 캡층(228)은 제2 자성층(226) 상에 형성된다. 일례에서는, 하부 전극층(212)은 Ru층이고, 하지층(214)은 Ta층이고, 반강자성층(216)은 Mn-Pt층이고, 자성층(218)은 Co-Fe층이고, 자성층(220)은 Ru층이고, 캡층(228)은 Ta층이다.
냉각 처리 장치(10)는, 예컨대, MTJ 소자(200)의 제2 자성층(226)의 성막 전 또는 성막시에 이용할 수 있다. CoFeB층인 제2 자성층(226)의 성막 전 또는 성막시에 냉각 처리 장치(10)를 이용하여, MTJ 소자(200)가 형성되는 웨이퍼(W)를 냉각하면, 우수한 막질의 제2 자성층(226)을 형성할 수 있다. 한편, 냉각 처리 장치(10)가 성막시에 이용되는 경우에는, 상기 냉각 처리 장치(10)는 물리 기상 성장 장치로서 구성된다. 이 경우에는, 냉각 처리 장치(10)는, 타겟, 타겟 홀더, 플라즈마 생성용의 전극, 이 전극에 전력을 공급하는 전원 등을 더욱 구비한 장치가 된다.
이상, 여러 가지 실시형태에 관해서 설명해 왔지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 양태를 구성할 수 있다. 예컨대, 급전 단자(74)는, 베이스(60)의 제1 면(601)에 대향하는 상기 베이스(60)의 다른 면에 형성되어 있더라도 좋다. 또한, 상술한 실시형태의 정전 척(ESC)은 쌍극 타입의 정전 척이었지만, 변형 양태에서는 단극 타입의 정전 척이라도 좋다. 또한, 상술한 응용예에서는, 주로 제2 자성층(226)의 성막 전 또는 성막시에 냉각 처리 장치(10)가 이용되고 있지만, 냉각 처리 장치(10)는 MTJ 소자(200)의 다른 층의 성막 전 또는 성막시에 이용되더라도 좋고, 혹은, MTJ 소자와는 다른 소자의 제조의 공정에 이용되더라도 좋다.
10: 냉각 처리 장치, 12: 처리 용기, 14: 정전 흡착 장치, 16: 냉동기, 18: 제1 감압부, 20: 제2 감압부, 22: 밸브, 24: 가스 공급부, 26: 페데스탈, 32: 리프터 핀, 34: 구동 장치, 36: 가스 라인, 38: 가스 공급부, 50: 단자 부재, 50c: 접촉부, 52: 압박부(나사), 54: 배선, 56: 전원, ESC: 정전 척, 60: 베이스, 601: 제1 면, 602: 제2 면, 60s: 측면, 60b: 하면, 60c: 오목부, 60r: 영역, 62: 제1 절연층, 621: 제1 부분, 622: 제2 부분, 64: 흡착 전극, 64a: 제1 전극, 64b: 제2 전극, 66: 제2 절연층, 66b: 바닥면, 66a: 돌출부, 66p: 돌출부, 72: 도체 패턴, 72a: 제1 도체 패턴, 72b: 제2 도체 패턴, 74: 급전 단자, 74 a: 제1 급전 단자, 74b: 제2 급전 단자, 80: 지지 부재, 80m: 메인부, 80p: 돌출부, 80h: 구멍, 84: 와셔, 100: 처리 시스템.

Claims (8)

  1. 정전 흡착 장치에 있어서,
    피처리체를 흡착하기 위한 정전 척으로서,
    제1 면 및 상기 제1 면과는 다른 제2 면을 포함하는 베이스와,
    상기 베이스 상에 형성된 제1 절연층으로서, 상기 제1 면 상에서 뻗어 있는 제1 부분 및 상기 제2 면의 적어도 일부 상에서 뻗어 있는 제2 부분을 포함하는 상기 제1 절연층과,
    상기 제1 부분 상에 형성된 흡착 전극과,
    상기 제1 부분 및 상기 흡착 전극 상에 형성된 제2 절연층과,
    상기 제1 절연층 상에 형성되어 있으면서 또한 상기 흡착 전극에 전기적으로 접속된 도체 패턴으로서, 상기 제2 부분 상에 형성된 급전 단자를 포함하는 상기 도체 패턴
    을 갖는 상기 정전 척과,
    상기 급전 단자에 접촉되는 접촉부를 갖는 단자 부재와,
    상기 단자 부재의 상기 접촉부를 상기 급전 단자에 대하여 압박하는 수단과,
    상기 단자 부재에 전기적으로 접속되는 배선과,
    상기 배선에 전기적으로 접속되는 전원
    을 구비하고,
    상기 압박하는 수단은 나사이며,
    상기 나사가 관통하고 상기 나사를 지지하는 절연성의 지지 부재를 더 구비하고,
    상기 지지 부재가 상기 베이스에 고정되어 있는 것인 정전 흡착 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 접촉부는 도전성의 스프링을 포함하는 것인 정전 흡착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배선은 상기 압박하는 수단을 통해 상기 단자 부재에 전기적으로 접속되는 것인 정전 흡착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 면은 상기 제1 면에 평행하지 않은 방향으로 뻗는 영역을 포함하고,
    상기 급전 단자는 상기 제2 부분을 통해 상기 제2 면의 상기 영역 상에 형성되어 있는 것인 정전 흡착 장치.
  6. 제1항에 있어서, -263℃~-60℃ 범위 내의 온도에서 피처리체를 흡착하는 정전 흡착 장치.
  7. 삭제
  8. 냉각 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 정전 흡착 장치로서, 상기 처리 용기 내에 상기 정전 척이 형성된 상기 정전 흡착 장치와,
    상기 정전 척을 냉각하기 위한 냉동기
    를 구비하는 냉각 처리 장치.
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