JP2015057504A - Processing equipment - Google Patents

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Takuma Miyauchi
琢真 宮内
昌昭 石田
Masaaki Ishida
昌昭 石田
雄 藤本
Takeshi Fujimoto
雄 藤本
卓 板坂
Suguru Itasaka
卓 板坂
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing unit excellent in cooling performance.SOLUTION: A processing unit includes a substrate loading part capable of loading a substrate thereon, holding means for holding the substrate on the substrate loading part by generating a pressing force between itself and the substrate loading part, cooling means for cooling the substrate loading part, and rotating means for rotating the substrate loading part together with the cooling means. Further, a vibration isolating member is arranged on the peripheral part of an elastic body of the cooling means.

Description

本発明は、基板を冷却するための冷凍機を搭載した処理装置に関する。   The present invention relates to a processing apparatus equipped with a refrigerator for cooling a substrate.

従来、結晶成長の制御等のために、基板を低温に保持してスパッタリングを行う方法が知られている。例えば、基板を低温(例えばマイナス領域)で成膜することでアモルファス膜形成の可能性が期待できる。これは、スパッタ粒子が基板へ付着したと同時に低温基板によりエネルギーを失い、粒子の表面移動が抑えられるからである。   Conventionally, a method of performing sputtering while maintaining a substrate at a low temperature is known for controlling crystal growth and the like. For example, the possibility of forming an amorphous film can be expected by forming the substrate at a low temperature (for example, a minus region). This is because the sputtered particles adhere to the substrate and at the same time lose energy by the low-temperature substrate, and the surface movement of the particles can be suppressed.

また、スパッタリング装置による成膜に限られず、非特許文献1によれば、半導体集積回路の装置製造においても、液体窒素温度以下でのエッチングへの適用によって加工寸法精度が向上することが報告されている。
このように、低温領域におけるスパッタリングやエッチング等のプロセスを実現するには、基板保持台(以下、基板載置部という)の低温制御が必要である。
Further, not limited to film formation by a sputtering apparatus, according to Non-Patent Document 1, it has been reported that, in the manufacture of semiconductor integrated circuit devices, the processing dimensional accuracy is improved by application to etching at a liquid nitrogen temperature or lower. Yes.
Thus, in order to realize processes such as sputtering and etching in a low temperature region, low temperature control of a substrate holder (hereinafter referred to as a substrate mounting portion) is necessary.

特許文献1には、基板載置部に冷凍機を接続し、基板載置部の凹部に冷却ガス排気孔を設けて冷却ガスの排気を行うことで、基板載置部における基板の固定力を高めなくても再現性を確保し、かつ、基板温度の面内分布を抑制し、目的の温度まで冷却することが可能な基板載置部を備えたスパッタリング装置が開示されている。   In Patent Document 1, a substrate is fixed to the substrate platform by connecting a refrigerator to the substrate platform and providing a cooling gas exhaust hole in the recess of the substrate platform to exhaust the cooling gas. There has been disclosed a sputtering apparatus provided with a substrate mounting portion that can ensure reproducibility without being increased, suppress the in-plane distribution of the substrate temperature, and cool to a target temperature.

ここで、基板載置部に接続される冷凍機の一例として、図3にフリーピストン型スターリングサイクル利用の冷凍機(符号300)を示し、図3を用いて以下、簡単に説明する。   Here, as an example of the refrigerator connected to the substrate mounting portion, FIG. 3 shows a free piston type Stirling cycle-use refrigerator (reference numeral 300), which will be briefly described below with reference to FIG.

ケーブル340と接続する所定周波数の交流電流が流れるコイル310と、筒状永久磁石311から構成されるリニアモータによる駆動機構を動作させてピストン312を矢印a方向に往復運動させると、作動ガス(冷凍機ケーシング301内を満たしている)の圧力が変化(等温圧縮、等温膨張)し、それに伴いディスプレーサ313は、ピストン312と位相差を以って往復運動する。   When a piston 310 is reciprocated in the direction of arrow a by operating a linear motor constituted by a coil 310 that is connected to the cable 340 and through which an alternating current of a predetermined frequency flows and a cylindrical permanent magnet 311, a working gas (freezing The pressure in the machine casing 301 changes (isothermal compression, isothermal expansion), and the displacer 313 reciprocates with the piston 312 with a phase difference.

このとき、弾性体である板ばね360で保持されているピストン312は、板ばね350で保持されている軸314及びディスプレーサ313とは別体で矢印a方向に移動可能に設けられている。これらの板ばねは、矢印a方向のディスプレーサとピストンの往復運動を安定させるものである。   At this time, the piston 312 held by the leaf spring 360 which is an elastic body is provided separately from the shaft 314 and the displacer 313 held by the leaf spring 350 so as to be movable in the arrow a direction. These leaf springs stabilize the reciprocating motion of the displacer and piston in the direction of arrow a.

これにより高圧の作動ガスが圧縮空間320〜放熱部321〜再生部323〜吸熱部322〜膨張空間324を移動する間に、吸熱部322による吸熱と放熱部321による放熱とを行うことにより(等容積変化)スターリングサイクルが形成される。吸熱部322は被冷却物(不図示)から吸熱を行うことにより、被冷却物(不図示)を冷却する。
吸熱部322には、冷凍ヘッド330を接続させて被冷却物(不図示)との接触面積を増やしてもかまわない。吸熱された熱は再生部323を介して放熱部321に伝導され放熱される。
As a result, while the high-pressure working gas moves through the compression space 320 to the heat radiation part 321 to the regeneration part 323 to the heat absorption part 322 to the expansion space 324, the heat absorption by the heat absorption part 322 and the heat radiation by the heat radiation part 321 are performed (etc. Volume change) A Stirling cycle is formed. The heat absorbing unit 322 cools the object to be cooled (not shown) by absorbing heat from the object to be cooled (not shown).
The heat absorption part 322 may be connected to the refrigeration head 330 to increase the contact area with an object to be cooled (not shown). The absorbed heat is conducted to the heat radiating unit 321 through the reproducing unit 323 and radiated.

このように、ピストンとディスプレーサを連動させることにより、作動ガスの圧力変化による等温圧縮及び等温膨張並びに作動ガスの流動時の等容積変化による吸熱及び放熱とからなる可逆サイクルが行われ、これによって前記吸熱部の周辺が低温に冷却され、吸熱部を被冷却物に接触させることにより被冷却物が冷却される。   In this way, by reciprocating the piston and the displacer, a reversible cycle consisting of isothermal compression and isothermal expansion due to pressure change of the working gas and heat absorption and heat dissipation due to equal volume change when the working gas flows is performed. The periphery of the endothermic part is cooled to a low temperature, and the object to be cooled is cooled by bringing the endothermic part into contact with the object to be cooled.

国際公開第WO2011/043063号International Publication No. WO2011 / 043063

J. Plasma FusionRes. Vol.83, No.4 (2007)319‐324J. Plasma FusionRes. Vol.83, No.4 (2007) 319-324

しかしながら、上記のようなスパッタリングやエッチング等の真空処理において、有用性の高い低温プロセスを真空処理装置で実行するために、被処理物を載置する基板載置部にフリーピストン型スターリングサイクルを利用した冷凍機を直結して100K以下のような極低温に基板支持台をすることから、冷凍機から生じて伝わる振動から基板載置部を保護する必要が生じていた。   However, in vacuum processing such as sputtering and etching as described above, a free piston type Stirling cycle is used for the substrate mounting portion on which the object to be processed is mounted in order to execute a highly useful low temperature process in the vacuum processing apparatus. Therefore, it is necessary to protect the substrate mounting portion from the vibrations transmitted from the refrigerator.

つまり、基板載置部の振動は、基板を機械的に基板載置部へ押さえる安定性を低下させて、低温プロセス中の基板載置部からの基板の落下に至らないまでも、基板載置部での基板の回転方向での位置ずれを生じさせる可能性があり、その結果、低温プロセス後に続く真空処理装置内での搬送中に搬送トラブル(基板の落下等)を招くおそれがあった。   In other words, the vibration of the substrate placement unit reduces the stability of mechanically pressing the substrate to the substrate placement unit, and the substrate placement is performed even if the substrate does not fall from the substrate placement unit during the low temperature process. As a result, there is a risk of causing a transport trouble (dropping of the substrate, etc.) during transport in the vacuum processing apparatus following the low temperature process.

さらに、冷凍機とともに基板載置部を回転させた場合、冷凍機の回転による周期的なもしくは不規則な横ブレ(冷凍機の回転軸の中心から径方向への揺れ)が発生する可能性があり、基板載置部上の基板保持の不安定性はさらに増してくる。   Furthermore, when the substrate mounting portion is rotated together with the refrigerator, there is a possibility that periodic or irregular lateral blurring (swaying from the center of the rotating shaft of the refrigerator in the radial direction) due to the rotation of the refrigerator occurs. In addition, the instability of holding the substrate on the substrate mounting portion further increases.

すなわち、基板載置部上の基板における搬送の信頼性を損なわないために、低温に維持される基板載置部の防振対策が必要とされていた。また、横ブレは、冷凍機内で周期的に行われるディスプレーサとピストンの連動的な往復運動に影響を与え、冷凍機の冷凍能力自身の低下にもつながりかねない問題でもあった。   That is, in order not to impair the transport reliability of the substrate on the substrate platform, it is necessary to take a vibration-proof measure for the substrate platform that is maintained at a low temperature. In addition, the lateral blur is a problem that affects the reciprocating motion of the displacer and the piston that are periodically performed in the refrigerator, and may also reduce the refrigeration capacity of the refrigerator itself.

本発明の目的は、処理装置内で回転可能な基板載置部の上の基板を極低温まで冷却することができるフリーピストン型スターリングサイクル冷凍機を冷却手段として利用した処理装置を提供することにあり、特に、その冷凍機から生じる振動を簡略な調整で低減できる処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a processing apparatus using a free piston type Stirling cycle refrigerator as a cooling means that can cool a substrate on a substrate mounting portion rotatable in the processing apparatus to an extremely low temperature. In particular, an object of the present invention is to provide a processing apparatus capable of reducing vibrations generated from the refrigerator by simple adjustment.

本発明の請求項1にかかる処理装置によれば、基板を載置することが可能な基板載置部と、基板を基板載置部に保持させる保持手段と、基板載置部を冷却する冷却手段と、基板載置部と冷却手段を同軸上で回転させる回転手段と、を備えた処理装置であって、
冷却手段は、同軸上に弾性体を有し、この弾性体の回転軸のまわりに防振部材が配置されていることを特徴としている。
また、弾性体は円板状であって、その周縁部に防振部材が配置されていることを特徴としている。
さらに、防振部材は等間隔に配置されていることを特徴としている。
According to the processing apparatus of the first aspect of the present invention, the substrate mounting portion capable of mounting the substrate, the holding means for holding the substrate on the substrate mounting portion, and the cooling for cooling the substrate mounting portion. A processing apparatus comprising: means; and a rotating means for rotating the substrate mounting portion and the cooling means on the same axis,
The cooling means has an elastic body on the same axis, and a vibration isolating member is disposed around the rotation axis of the elastic body.
Further, the elastic body is disk-shaped and is characterized in that a vibration isolating member is disposed on the peripheral edge thereof.
Furthermore, the vibration isolating members are arranged at equal intervals.

このように、冷凍機を基板載置部に接続させる構成をとることで、基板載置部の基板を100K以下のような極低温に冷却することができ、さらに冷凍機のディスプレーサの径方向(冷凍機本体の回転軸の半径方向)に防振部材を配置したため、回転時の弾性体の径方向の剛性をさらに高めることができ、冷凍機の回転により増大する横ブレを低減させることができる。   In this way, by adopting a configuration in which the refrigerator is connected to the substrate platform, the substrate of the substrate platform can be cooled to a cryogenic temperature such as 100K or less, and the radial direction of the displacer of the refrigerator ( Since the vibration isolating member is arranged in the radial direction of the rotating shaft of the refrigerator main body, the radial rigidity of the elastic body at the time of rotation can be further increased, and lateral blur that increases due to the rotation of the refrigerator can be reduced. .

この発明に係る処理装置を用いることで、基板載置部が回転している間も、または、例えばスパッタリングによる成膜等の処理を行っている間でも基板載置部に接続する冷凍機により、十分な冷却能力(基板の温度を100K以下)を実現することができ、さらに、冷凍機の回転により高まる横ブレの発生を抑え、基板を位置ずれさせないように保持し、又は、位置ずれを防ぐことで搬送の安定性を維持することができる。   By using the processing apparatus according to the present invention, a refrigerator connected to the substrate mounting unit while the substrate mounting unit is rotating or even while performing a process such as film formation by sputtering, Sufficient cooling capacity (substrate temperature of 100K or less) can be realized, and further, the occurrence of lateral blur caused by the rotation of the refrigerator is suppressed, the substrate is held so as not to be displaced, or the displacement is prevented. Therefore, the stability of conveyance can be maintained.

本実施形態に係る処理装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the processing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る処理装置に配置される冷凍機の側面図および背面図である。It is the side view and rear view of a refrigerator which are arrange | positioned at the processing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る処理装置に配置される冷凍機の一実施例の平面図である。It is a top view of one Example of the refrigerator arrange | positioned at the processing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る冷却実験に使用した実験機の全体図である。It is a general view of the experimental machine used for the cooling experiment which concerns on this embodiment.

図1は、本実施形態に係る処理装置の一実施例として、スパッタリング装置の一例を示す図である。スパッタリング装置100は真空容器101内にカソード103、ターゲット104、カソードマグネット102そして基板載置部122を備えている。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a sputtering apparatus as an example of a processing apparatus according to the present embodiment. The sputtering apparatus 100 includes a cathode 103, a target 104, a cathode magnet 102, and a substrate placement unit 122 in a vacuum container 101.

真空容器101には、流量制御器(マスフローコントローラー)110を介して不図示のガスボンベ等よりプロセスガス配管111を経由して導入されるプロセスガス(スパッタリングガス等)が導入可能で、不純物ガスを排気するためのターボ分子ポンプ等の排気機構112を備えている。   A process gas (sputtering gas, etc.) introduced via a process gas pipe 111 from a gas cylinder (not shown) via a flow rate controller (mass flow controller) 110 can be introduced into the vacuum vessel 101, and impurity gas is exhausted. An exhaust mechanism 112 such as a turbo molecular pump is provided.

カソード103は、例えば、整合器106を介して高周波電源107ならびに直流電源108に接続されている。これにより、カソード103には、高周波電源107のみの電力供給、高周波電源107と直流電源108の重畳による電力供給、そして、直流電源108のみの電力供給のいずれかが可能になっている。もちろん、整合器106と高周波電源107を省いて直流電源108のみの電力供給にしてもかまわない。   The cathode 103 is connected to a high-frequency power source 107 and a DC power source 108 via a matching unit 106, for example. As a result, the cathode 103 can be supplied with power only from the high-frequency power source 107, supplied by superimposing the high-frequency power source 107 and the DC power source 108, or supplied only from the DC power source 108. Of course, the matching unit 106 and the high-frequency power source 107 may be omitted and only the DC power source 108 may be used.

基板載置部122には、保持手段である基板保持リング120が設けられ、基板Wを基板載置部122に押し付けて固定することができる。基板載置部122の下部には、冷凍ヘッド130を介して冷却手段である冷凍機132が接続されている。冷凍機132は、例えば、スターリング(stirling)サイクルを利用したタイプである。さらに、冷凍機132の下部には、本発明に係る防振部180が接続されている。防振部180についての説明は後述する。   The substrate platform 122 is provided with a substrate holding ring 120 as a holding unit, and the substrate W can be pressed against the substrate platform 122 and fixed. A refrigerator 132 as a cooling unit is connected to the lower part of the substrate platform 122 via a refrigeration head 130. The refrigerator 132 is, for example, a type using a Stirling cycle. Furthermore, a vibration isolator 180 according to the present invention is connected to the lower part of the refrigerator 132. The description of the vibration isolator 180 will be described later.

スターリングサイクルを利用した冷凍機132は、冷凍機132に内蔵されたヘリウムガスとピストン運動により断熱膨張させることで極低温を発生させる。このため、冷凍機132には冷凍機の内部にヘリウムガスを送り込むための配管類は接続されておらず、冷凍機132の駆動電源(ピストン運動のリニアモータ用など)と温度調整用の電気配線のみを接続させればよい。
なお、温度調整用等の電気配線は、例えば、基板載置部122の裏面に接続される抵抗発熱体である。これらの配線は、集電環(スリップリング)134を用いて簡単に供給できるため、構造が非常に簡単になる。
The refrigerator 132 using the Stirling cycle generates a cryogenic temperature by adiabatic expansion by helium gas and piston movement built in the refrigerator 132. For this reason, piping for feeding helium gas into the refrigerator is not connected to the refrigerator 132, and a drive power supply (for a linear motor for piston motion, etc.) of the refrigerator 132 and electrical wiring for temperature adjustment Only need to be connected.
Note that the electrical wiring for temperature adjustment or the like is, for example, a resistance heating element connected to the back surface of the substrate platform 122. Since these wirings can be easily supplied using a current collecting ring (slip ring) 134, the structure becomes very simple.

このようなことから、回転可能な基板載置部122にスターリングサイクルを利用した冷凍機132を設置することで、回転動作を行いながら基板載置部122並びに基板載置部122に固定された基板Wを冷却することが可能になる。 For this reason, the substrate fixed to the substrate platform 122 and the substrate platform 122 while performing a rotation operation by installing the refrigerator 132 using the Stirling cycle in the rotatable substrate platform 122. It becomes possible to cool W.

一方、冷凍機132は、回転ベースアセンブリ133に固定されている。この回転ベースアセンブリ133は磁性流体シール142に挿入され、磁性流体シール142は、上下駆動ベース141に固定されている。
また、冷凍機132には冷凍機自身が発する熱を冷凍機本体の外に排出するための排熱機構として、環状の金属からなる放熱体131を備えている。
On the other hand, the refrigerator 132 is fixed to the rotary base assembly 133. The rotating base assembly 133 is inserted into the magnetic fluid seal 142, and the magnetic fluid seal 142 is fixed to the vertical drive base 141.
In addition, the refrigerator 132 includes a radiator 131 made of an annular metal as a heat exhaust mechanism for discharging heat generated by the refrigerator itself to the outside of the refrigerator main body.

放熱体131は、冷凍機132に固定されその内部を、回転ベースアセンブリ133の下部に配置される大気側の冷媒用外部配管144を介して水等の冷媒が導入され、冷媒用内部配管150、放熱体131、冷媒用内部配管151の順にそれらの中を流動することができる(回転ベースアセンブリ133内での流動方向を、符号172、173、174、175の順で示す)。   The radiator 131 is fixed to the refrigerator 132, and a refrigerant such as water is introduced into the inside of the radiator 131 via an air-side refrigerant external pipe 144 disposed below the rotary base assembly 133. It is possible to flow through the radiator 131 and the refrigerant internal pipe 151 in this order (flow directions in the rotary base assembly 133 are shown in the order of reference numerals 172, 173, 174, and 175).

冷媒用外部配管144より導入された放熱体131内部を流動した水等の冷媒は、回転ベースアセンブリ133の下部に配置される冷媒用外部配管145から大気側へ放出される。この冷凍機132と共に回転する放熱体131に水等の冷媒を流動させて冷媒を介して排熱することで冷凍機132内に熱を溜め込むことなくその冷凍能力を維持することができる。   A coolant such as water that has flowed through the radiator 131 introduced from the coolant external pipe 144 is discharged to the atmosphere side from the coolant external pipe 145 disposed at the lower portion of the rotating base assembly 133. A refrigerant such as water is caused to flow through the radiator 131 that rotates together with the refrigerator 132 and is exhausted through the refrigerant, so that the refrigerating capacity can be maintained without accumulating heat in the refrigerator 132.

従がって、基板載置部122、冷凍ヘッド130、冷凍機132、放熱体131、及び、回転ベースアセンブリ133は互いに固定されており、回転ベースアセンブリ133を回転させるための回転手段であるモータ143が配置され、基板載置部122上に載置される基板W
を含めて、これらはモータ143により回転ベースアセンブリ133等は同軸上、つまり、共通の回転軸160の回りを回転することができる(回転方向を符号161で示す)。
Accordingly, the substrate platform 122, the refrigeration head 130, the refrigerator 132, the radiator 131, and the rotating base assembly 133 are fixed to each other, and a motor that is a rotating means for rotating the rotating base assembly 133. 143 is disposed, and the substrate W placed on the substrate platform 122
In this case, the rotation base assembly 133 and the like can be coaxially rotated by the motor 143, that is, can rotate around the common rotation shaft 160 (the rotation direction is indicated by reference numeral 161).

そして、上下駆動ベース141は、ベローズ140を介して真空容器101に固定されていることから、ベローズ140の伸縮機能を用いて基板載置部122の回転と同時に上下運動も必要に応じて可能になっている。   Since the vertical drive base 141 is fixed to the vacuum vessel 101 via the bellows 140, the vertical movement can be performed as needed simultaneously with the rotation of the substrate platform 122 using the expansion / contraction function of the bellows 140. It has become.

なお、冷凍ヘッド130を介して基板載置部122と冷凍機132とが直接熱交換を行うのではなく、例えば、冷凍機132が冷却用のガスを冷却して隙間121に溜めて、そのガスで基板載置部122を冷却する場合、真空容器101の外からのガス導入が必要となるが、それらのガス配管(不図示)の接続、については、磁性流体シール142を介して行われてもよい。   The substrate mounting unit 122 and the refrigerator 132 do not directly exchange heat via the refrigeration head 130. For example, the refrigerator 132 cools the cooling gas and stores it in the gap 121, and the gas When the substrate mounting part 122 is cooled in this way, it is necessary to introduce gas from the outside of the vacuum vessel 101. However, connection of these gas pipes (not shown) is performed via the magnetic fluid seal 142. Also good.

また、基板載置部122と冷凍機132の間に冷凍ヘッド130を配置したが、直接、基板載置部122に冷凍機132を接続させる構成でもかまわない。
これらの構成は、基板載置部に載置される基板をどのような温度分布で冷却するか、その目的に応じた構成を選択することができる。
Further, although the refrigeration head 130 is disposed between the substrate platform 122 and the refrigerator 132, a configuration in which the refrigerator 132 is directly connected to the substrate platform 122 may be employed.
With respect to these configurations, it is possible to select a temperature distribution for cooling the substrate placed on the substrate placement unit and a configuration according to the purpose.

次に、本発明に係る処理装置に配置される冷凍機の防振部180(図1図示)について図2を用いて説明する。
図2は、図3で既に説明したフリーピストン型スターリングサイクル利用の冷凍機200(図1では符号132である)。
なお、図3で説明した冷凍機の構成の同じ部分については同一の符号を用いる。
Next, the vibration isolator 180 (shown in FIG. 1) of the refrigerator disposed in the processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a free piston type Stirling cycle-use refrigerator 200 already described with reference to FIG. 3 (reference numeral 132 in FIG. 1).
In addition, the same code | symbol is used about the same part of the structure of the refrigerator demonstrated in FIG.

上述のとおり、ピストン312とディスプレーサ313を軸314方向に連動させることにより、作動ガスの圧力変化による等温圧縮、及び、等温膨張、並びに、作動ガスの流動時の等容積変化による吸熱及び排熱とからなる可逆サイクルが行われ、これによって吸熱部322の周辺が低温に冷却される。   As described above, by connecting the piston 312 and the displacer 313 in the direction of the axis 314, the isothermal compression and isothermal expansion due to the pressure change of the working gas, and the heat absorption and exhaust heat due to the isovolume change at the time of the working gas flow, The reversible cycle which consists of this is performed, and the periphery of the heat absorption part 322 is cooled by this at low temperature.

すなわち、上述のとおり、弾性体である板ばね360で保持されているピストン312は、板ばね350で保持されている軸314及びディスプレーサ313とは別体で、矢印a方向に移動可能に設けられている。これにより、高圧の作動ガスが圧縮空間320〜放熱部321〜再生部323〜吸熱部322〜膨張空間324を移動する間に、吸熱部322による吸熱と放熱部321による放熱とを行うことにより(等容積変化)スターリングサイクルが形成される。そして、吸熱部322は被冷却物(不図示)から吸熱を行うことにより、被冷却物(不図示)を冷却する。吸熱部322には、冷凍ヘッド240を接続させて被冷却物(不図示)との接触面積を増やしてもかまわない。このように、板ばね350は、コイル310と筒状永久磁石311等から構成されるリニアモータによる駆動機構の駆動方向と逆方向に弾性反発力を付勢することにより、矢印a方向のディスプレーサ313とピストン312の往復運動を安定させる。   That is, as described above, the piston 312 held by the leaf spring 360 that is an elastic body is separate from the shaft 314 and the displacer 313 that are held by the leaf spring 350, and is provided so as to be movable in the arrow a direction. ing. Thereby, while the high-pressure working gas moves through the compression space 320 to the heat radiating part 321 to the regenerating part 323 to the heat absorbing part 322 to the expansion space 324, the heat absorption by the heat absorbing part 322 and the heat radiation by the heat radiating part 321 are performed ( Equal volume change) Stirling cycle is formed. And the heat absorption part 322 cools a to-be-cooled object (not shown) by absorbing heat from the to-be-cooled object (not shown). The refrigeration head 240 may be connected to the heat absorption part 322 to increase the contact area with the object to be cooled (not shown). Thus, the leaf spring 350 biases the elastic repulsion force in the direction opposite to the driving direction of the driving mechanism by the linear motor composed of the coil 310, the cylindrical permanent magnet 311 and the like, thereby displacer 313 in the direction of arrow a. And the reciprocating motion of the piston 312 is stabilized.

しかし、本発明に係る処理装置の冷凍機200は、さらに、基板載置部122の直下に配置されることによりそれ自身、軸314の周りを不図示の回転手段により回転する。このため、冷凍能力に影響を及ぼすピストン312及びディスプレーサ313の軸314方向に対する径方向に横ブレのない円滑な動きを実現させるために、弾性体である板ばね350に防振部材210を周縁部に配置する(図2Aに図示)。弾性体350の形状は円板状が好ましい。また、弾性体には回転軸の周りには切り欠き部211が形成されていてもよい。   However, the refrigerator 200 of the processing apparatus according to the present invention is further rotated directly around the shaft 314 by a rotating means (not shown) by being disposed immediately below the substrate platform 122. For this reason, in order to realize a smooth movement without lateral blurring in the radial direction with respect to the direction of the axis 314 of the piston 312 and the displacer 313 that affects the refrigerating capacity, the vibration isolation member 210 is attached to the peripheral portion of the leaf spring 350 that is an elastic body. (Shown in FIG. 2A). The shape of the elastic body 350 is preferably a disc shape. The elastic body may have a notch 211 around the rotation axis.

しかも、冷凍機200の回転軸220(回転方向を符号230で図示)でもある軸
314に対して重量配分が均等(図2では回転軸220を中心に45度の角度)になるように等間隔に配置されることが好ましいが、回転軸220を中心にした角度(間隔)に限定されるものではなく、さらに、冷凍機を含めた回転体全体のバランスを調整するため、重量の僅かずつ異なる防振部材を用いて微調整を行うこともできる。
防振部材210は、例えば、効果的に径方向に力を発生させる重量と機械的強度を備えた鉄を含む合金等の金属が好適であり、板ばねに配置する取り外し方法はねじ止め等いくつかの従来方法から採用することができる。
In addition, the weight distribution is evenly distributed with respect to the shaft 314 which is also the rotation shaft 220 (the rotation direction is indicated by reference numeral 230) of the refrigerator 200 so that the weight distribution is equal (45 degrees around the rotation shaft 220 in FIG. 2). However, it is not limited to the angle (interval) around the rotation shaft 220, and further, the weight is slightly different to adjust the balance of the entire rotating body including the refrigerator. Fine adjustment can also be performed using a vibration-proof member.
The anti-vibration member 210 is preferably made of a metal such as an alloy including iron having a weight and mechanical strength that effectively generates a force in the radial direction. The conventional method can be adopted.

図2(B)は回転軸220方向の冷凍機200の下部を矢印250からみた図である。
防振部材210は板ばね350の周縁部に等間隔で配置されている。
このように、板ばね350の周縁部に均等に配置された防振部材210は、軸314の周りを回転して径方向に遠心力を受けることにより板ばね350の剛性を高め、かつ、ディスプレーサ313の固有振動数を安定に維持することができるため、冷凍機200の回転による横ブレの発生を防ぐことができる。また、基板の回転にともなう基板載置部上での位置ずれの発生を低減させて、安定した冷凍能力が維持することができる。
FIG. 2B is a view of the lower part of the refrigerator 200 in the direction of the rotation shaft 220 as viewed from the arrow 250.
Anti-vibration members 210 are arranged at equal intervals on the peripheral edge of the leaf spring 350.
In this way, the vibration isolating member 210 that is evenly arranged at the peripheral edge of the leaf spring 350 increases the rigidity of the leaf spring 350 by rotating around the shaft 314 and receiving a centrifugal force in the radial direction, and also displaces the displacer. Since the natural frequency of 313 can be stably maintained, occurrence of lateral blur due to rotation of the refrigerator 200 can be prevented. In addition, it is possible to reduce the occurrence of positional deviation on the substrate mounting portion due to the rotation of the substrate and maintain a stable refrigerating capacity.

本発明を適用できる図1と同様の構造で基板冷却実験を行った。図4は全体を説明したものである。
なお、図4で示されている図1で説明した同じ構成物については、図1で使用した同じ符号で示す。
Substrate cooling experiments were conducted with the same structure as in FIG. 1 to which the present invention can be applied. FIG. 4 explains the whole.
In addition, about the same structure demonstrated in FIG. 1 shown by FIG. 4, it shows with the same code | symbol used in FIG.

ここで、実用上、基板の冷却効果においてその均一性も求められるため、基板載置部122の内部で隙間121を構成する空間に一旦ヘリウムガスを導入し、このヘリウムガスを冷凍ヘッド130に接触している基板載置部122を冷却することで冷却し、冷却されたヘリウムガスを基板Wの裏面全面と接触させることで冷凍機132の冷却効果を確認した。そこで、冷却したヘリウムガスが基板Wに効率よく触れるように基板載置部122と基板Wは、シリコンゴム製Oリング(不図示)によって密閉される構造となっている。
なお、基板押えリング120はSUS製、基板載置部122は例えば銅製である。
Here, since the uniformity of the cooling effect of the substrate is also required for practical use, helium gas is once introduced into the space forming the gap 121 inside the substrate platform 122 and this helium gas is brought into contact with the refrigeration head 130. The cooling effect of the refrigerator 132 was confirmed by cooling the substrate mounting part 122 being cooled and bringing the cooled helium gas into contact with the entire back surface of the substrate W. Therefore, the substrate mounting portion 122 and the substrate W are sealed by a silicon rubber O-ring (not shown) so that the cooled helium gas efficiently contacts the substrate W.
The substrate pressing ring 120 is made of SUS, and the substrate mounting portion 122 is made of, for example, copper.

冷却されたヘリウムガスの導入孔(不図示)は基板載置部122の中心から90度ずつ4箇所均等配置させた。また、冷却されたヘリウムガスの排出孔(不図示)は基板載置部122の中心から90度ずつ4箇所均等配置させた。   Cooled helium gas introduction holes (not shown) were equally arranged at four positions of 90 degrees from the center of the substrate platform 122. Further, the exhaust holes (not shown) for the cooled helium gas were equally arranged at four positions of 90 degrees from the center of the substrate platform 122.

基板Wと基板載置部122の温度測定について説明する。
熱電対405を基板Wの中心部、熱電対404を基板W中心から90mm離れた箇所に、例えばセラミック系接着剤を用いて貼り付けた。熱電対404、405は接続部品402によって中継され、集電環134に接続されている。
集電環134からは温度表示手段(不図示)に接続されている。
The temperature measurement of the substrate W and the substrate platform 122 will be described.
The thermocouple 405 was attached to the center of the substrate W, and the thermocouple 404 was attached to a location 90 mm away from the center of the substrate W using, for example, a ceramic adhesive. The thermocouples 404 and 405 are relayed by the connection component 402 and connected to the current collecting ring 134.
The current collecting ring 134 is connected to temperature display means (not shown).

一方、基板載置部122には、白金抵抗体素子403が固定され、これも集電環134をとおり温度表示手段(不図示)に接続されている。これにより、基板Wが固定されていても回転していても温度を測定することが可能である。   On the other hand, a platinum resistor element 403 is fixed to the substrate platform 122 and is also connected to a temperature display means (not shown) through the current collecting ring 134. Thereby, it is possible to measure the temperature whether the substrate W is fixed or rotating.

隙間121における基板Wとの距離は0.5mm程度である。基板載置部122には、スターリングサイクルタイプの冷凍機132が接続され、基板載置部122の温度が
−200±2℃になるように制御されている。基板Wは、基板載置部122から遠ざかった位置で待機され、実験開始とともに不図示の基板上下駆動機構により基板載置部122に設置され、基板押えリング120によって把持される。
The distance between the gap 121 and the substrate W is about 0.5 mm. A Stirling cycle type refrigerator 132 is connected to the substrate platform 122, and the temperature of the substrate platform 122 is controlled to be −200 ± 2 ° C. The substrate W stands by at a position away from the substrate platform 122, and is placed on the substrate platform 122 by the substrate vertical drive mechanism (not shown) as the experiment starts, and is held by the substrate pressing ring 120.

基板押え力は、例えば19.6Nとし、基板Wと基板載置部122との間の隙間121には、ヘリウムガスを不図示のガス流量制御器(MFC)によって5sccm流し続けた。
基板載置部の回転数を例えば59rpmで回転させながら冷却動作を行った。
The substrate pressing force was set to 19.6 N, for example, and helium gas was continuously supplied to the gap 121 between the substrate W and the substrate platform 122 by a gas flow rate controller (MFC) (not shown) at 5 sccm.
The cooling operation was performed while rotating the number of rotations of the substrate mounting portion at, for example, 59 rpm.

放熱体131は60℃以下に抑えることができ、基板Wの把持から40分後の熱電対405の表示値は−184.2℃、熱電対404の表示値は−186.3℃と放熱体131からの熱を抑えることで基板温度を100K以下の温度領域まで基板を回転させながらでも冷却が可能であることが確認された。
また、基板Wは基板載置部122で回転にともなう位置ずれが起きていないことが確認され、その結果、良好な温度分布が測定された。
The radiator 131 can be suppressed to 60 ° C. or lower, the display value of the thermocouple 405 after 40 minutes from the holding of the substrate W is −184.2 ° C., and the display value of the thermocouple 404 is −186.3 ° C. It was confirmed that by suppressing the heat from 131, cooling is possible even when the substrate is rotated to a temperature range of 100K or less.
In addition, it was confirmed that the substrate W did not shift in position with the rotation of the substrate platform 122, and as a result, a good temperature distribution was measured.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、
本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。
例えば、実施例では、減圧可能な処理装置としてスパッタリング装置を例にとったが、電位を印加する対象を変えたり、また、スパッタリングガスをエッチングガスに変更するなどを行うことによりエッチング装置にも適用することが可能である。
また、減圧可能な処理装置に限定されるものではなく、基板を載置することが可能な保持手段を具備した基板載置部とそれを冷却する冷却手段を有する処理装置であれば適用することが可能である。
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができ、また、基板サイズや基板の種類が異なるものであっても、本発明が有効であることは明白である。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this is an illustration for description of this invention,
It is not intended that the scope of the present invention be limited only to this embodiment.
For example, in the embodiment, the sputtering apparatus is taken as an example of a processing apparatus capable of reducing the pressure, but the present invention is also applicable to an etching apparatus by changing a target to which a potential is applied or changing a sputtering gas to an etching gas. Is possible.
Further, the present invention is not limited to a processing apparatus capable of depressurization, and may be applied to any processing apparatus having a substrate mounting portion having a holding means capable of mounting a substrate and a cooling means for cooling the substrate mounting portion. Is possible.
Therefore, the present invention can be implemented in various modes different from the above-described embodiments without departing from the gist thereof, and the present invention is effective even when the substrate size and the type of the substrate are different. It is clear that.

100 スパッタリング装置102 カソードマグネット122 基板載置部132、200、300 冷凍機210 防振部材240、330 冷凍ヘッド312 ピストン313 ディスプレーサ350、360 板ばね
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Sputtering apparatus 102 Cathode magnet 122 Substrate mounting part 132, 200, 300 Refrigerator 210 Vibration isolator 240, 330 Refrigeration head 312 Piston 313 Displacer 350, 360 Leaf spring

Claims (4)

基板を載置することが可能な基板載置部と、
前記基板を前記基板載置部に保持させる保持手段と、
前記基板載置部を冷却する冷却手段と、
前記基板載置部と前記冷却手段を同軸上で回転させる回転手段と、
を備えた処理装置であって、
前記冷却手段は、前記同軸上に弾性体を有し、この弾性体の回転軸のまわりに防振部材が配置されていることを特徴とする処理装置。
A substrate placement unit capable of placing a substrate;
Holding means for holding the substrate on the substrate mounting portion;
A cooling means for cooling the substrate mounting portion;
A rotating means for rotating the substrate mounting portion and the cooling means on the same axis;
A processing apparatus comprising:
The cooling device has an elastic body on the same axis, and a vibration isolating member is disposed around a rotation axis of the elastic body.
前記弾性体は円板状であって、その周縁部に防振部材が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。   The processing apparatus according to claim 1, wherein the elastic body has a disk shape, and a vibration isolating member is disposed at a peripheral edge thereof. 前記弾性体は前記回転軸の周りに切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の処理装置。   The processing apparatus according to claim 2, wherein the elastic body has a notch formed around the rotation axis. 前記防振部材は、等間隔に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の処理装置。
The processing apparatus according to claim 2, wherein the vibration isolation members are arranged at equal intervals.
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