JP2021139017A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板処理装置を構成する載置台と冷凍装置の間の熱交換を効率的に行うことができる、基板処理装置及び基板処理方法を提供すること。【解決手段】基板処理装置１００は、基板Ｗが載置される載置台２０と、ターゲットＴを保持するターゲットホルダ１１とを内部に備えている処理容器１０と、前記載置台２０の下面との間に隙間Ｇを備えて配設され、冷凍機３１と前記冷凍機３１に積層される冷凍熱媒体３５とを備えている冷凍装置３０と、前記載置台２０を回転させる回転装置４０と、前記載置台２０を昇降させる第一昇降装置７７と、前記冷凍装置３０の内部に設けられ、前記隙間Ｇに冷媒を供給する冷媒流路５１と、前記隙間Ｇに配設されて、前記載置台２０と前記冷凍熱媒体３５の双方に熱伝導自在に接している冷熱伝達材９０と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
特許文献１には、固定配置された冷凍伝熱体と、冷凍伝熱体の周囲に配置されて回転可能な外筒と、外筒に接続されて冷凍伝熱体の上面に対して隙間を有して配置された載置台とを有する、処理装置を構成する載置台構造が開示されている。冷凍伝熱体は、冷凍機の上に固定配置され、その上部が真空容器内に配置されており、冷凍伝熱体の内部には、隙間と連通して、冷却ガスを通流可能な冷却ガス供給部が形成されている。
特開２０１９−０１６７７１号公報
本開示は、基板処理装置を構成する載置台と冷凍装置の間の熱交換を効率的に行うことのできる、基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
本開示の一態様による基板処理装置は、
基板が載置される載置台と、ターゲットを保持するターゲットホルダとを内部に備えている処理容器と、
前記載置台の下面との間に隙間を備えて配設され、冷凍機と前記冷凍機に積層される冷凍熱媒体とを備えている冷凍装置と、
前記載置台を回転させる回転装置と、
前記載置台を昇降させる第一昇降装置と、
前記冷凍装置の内部に設けられ、前記隙間に冷媒を供給する冷媒流路と、
前記隙間に配設されて、前記載置台と前記冷凍熱媒体の双方に熱伝導自在に接している冷熱伝達材と、を有する。
本開示によれば、基板処理装置を構成する載置台と冷凍装置の間の熱交換を効率的に行うことができる。
実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。 基板処理装置を構成する制御装置のハードウェア構成の一例を、周辺機器とともに示す図である。 図１のIII部の拡大図であって、載置台の下面と冷凍熱媒体の上面との間の隙間に冷熱伝達材の一例が配設されている状態を示す図である。 図１のIII部の拡大図であって、載置台の下面と冷凍熱媒体の上面との間の隙間に冷熱伝達材の他例が配設されている状態を示す図である。
以下、本開示の実施形態に係る基板処理装置及び基板処理方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
［実施形態に係る基板処理装置及び基板処理方法］
図１乃至図４を参照して、本開示の実施形態に係る基板処理装置と基板処理方法の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図であり、図２は、基板処理装置を構成する制御装置のハードウェア構成の一例を、周辺機器とともに示す図である。また、図３及び図４はそれぞれ、図１のIII部の拡大図であって、載置台の下面と冷凍熱媒体の上面との間の隙間に冷熱伝達材の一例及び他例が配設されている状態を示す図である。
図１に示す基板処理装置１００は、例えば、超高真空かつ極低温の雰囲気を形成し、処理ガスによる基板処理を実行する処理容器１０の内部において、被処理体である半導体ウエハ等の基板Ｗに対して磁性膜等を形成するＰＶＤ（Physical Vaper Deposition）装置である。ここで、超高真空とは、例えば１０−５Ｐａ以下の圧力雰囲気を意味しており、極低温とは、−３０℃以下で、例えば−２００℃程度の温度雰囲気を意味している。基板Ｗに形成される磁性膜は、例えばトンネル磁気抵抗（Tunneling Magneto Resistance：ＴＭＲ）素子に用いられる。
基板処理装置１００は、処理容器１０と、処理容器１０の内部において基板Ｗを載置する載置台２０と、冷凍装置３０と、載置台２０を回転させる回転装置４０と、載置台２０を昇降させる第一昇降装置７７と、冷凍装置３０を昇降させる第二昇降装置７８とを有する。基板処理装置１００はさらに、冷凍装置３０や第一昇降装置７７等の各種装置を制御する制御装置８０を有する。尚、図示例の基板処理装置１００は、載置台２０を昇降させる第一昇降装置７７と、冷凍装置３０を昇降させる第二昇降装置７８の二つの昇降装置を備えているが、載置台２０と冷凍装置３０が共通の昇降装置によって昇降される形態であってもよい。
処理容器１０の内部において、下方には載置台２０があり、載置台２０の上方には、複数のターゲットホルダ１１が水平面に対して所定の傾斜角θを有した状態で固定されている。そして、各ターゲットホルダ１１の下面には、異種のターゲットＴが取り付けられている。
また、処理容器１０は、真空ポンプ等の排気装置（図示せず）を作動することにより、その内部が超高真空に減圧されるように構成されている。さらに、処理容器１０には、処理ガス供給装置に連通するガス供給管（いずれも図示せず）を介して、スパッタ成膜に必要な処理ガス（例えばアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガス）が供給されるようになっている。
ターゲットホルダ１１には、プラズマ発生用電源（図示せず）からの交流電圧もしくは直流電圧が印加される。プラズマ発生用電源からターゲットホルダ１１及びターゲットＴに交流電圧が印加されると、処理容器１０の内部においてプラズマが発生し、処理容器１０の内部にある希ガス等がイオン化され、イオン化した希ガス元素等によりターゲットＴがスパッタリングされる。スパッタリングされたターゲットＴの原子もしくは分子は、ターゲットＴに対向して載置台２０に保持されている基板Ｗの表面に堆積する。
基板Ｗに対してターゲットＴが傾斜していることにより、ターゲットＴからスパッタされたスパッタ粒子が基板Ｗに入射する入射角を調整することができ、基板Ｗに成膜された磁性膜等の膜厚の面内均一性を高めることができる。尚、処理容器１０の内部において、各ターゲットホルダ１１が同一の傾斜角θで設置されている場合であっても、載置台２０を昇降させてターゲットＴと基板Ｗの間の距離ｔ１を変化させることにより、基板Ｗに対するスパッタ粒子の入射角を変化させることができる。従って、適用されるターゲットＴごとに、各ターゲットＴに好適な距離ｔ１となるように載置台２０が昇降制御されるようになっている。
ターゲットＴの数は特に限定されないが、一つの基板処理装置１００にて異種材料により形成される異種膜をシーケンシャルに成膜できる観点から、複数で異種のターゲットＴが処理容器１０の内部に存在するのが好ましい。例えば、磁性膜（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ等の強磁性体を含む膜）を堆積する場合、ターゲットＴの材料としては、例えばＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＮｉＦｅＣｏを用いることができる。また、ターゲットＴの材料として、これらの材料に別の元素が混入された材料を適用することもできる。
冷凍機３１と冷凍熱媒体３５が積層することにより構成される、冷凍装置３０の上方に、載置台２０が配設されている。より詳細には、冷凍熱媒体３５の上面との間に、隙間Ｇを備えた状態で載置台２０が配設されている。尚、冷凍熱媒体３５は、コールドリンクと称することもできる。
冷凍機３１は、冷凍熱媒体３５を保持し、冷凍熱媒体３５の上面を極低温に冷却する。冷凍機３１には、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用する形態が好ましい。
冷凍熱媒体３５は、冷凍機３１の上に固定されており、その上部が処理容器１０の内部に収容されている。冷凍熱媒体３５は、熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）等により形成されており、その外形は略円柱状を呈している。冷凍熱媒体３５は、載置台２０の中心軸ＣＬにその中心が一致するように配置されている。
冷凍熱媒体３５と冷凍機３１の内部には、冷凍熱媒体３５と載置台２０の間の隙間Ｇに冷媒（冷却ガス）を供給する冷媒供給流路５１（冷媒流路の一例）と、載置台２０からの伝熱により昇温した冷媒を排出する冷媒排出流路５２（冷媒流路の一例）が配設されている。そして、冷媒供給流路５１と冷媒排出流路５２はそれぞれ、冷凍機３１の壁面にある接続固定部３１ａ，３１ｂに固定されている。接続固定部３１ａ，３１ｂにはそれぞれ、冷媒供給装置に連通する配管と冷媒排出装置に連通する配管が接続されている（いずれも図示せず）。
冷媒供給装置から供給された冷媒は、冷媒供給流路５１をＹ１方向に流通し、隙間Ｇに供給される。一方、隙間Ｇから排出された冷媒は、冷媒排出流路５２をＹ３方向に流通し、冷媒排出装置に排出される。尚、冷媒供給流路と冷媒排出流路が同じ流路により形成されていてもよい。載置台２０を冷却するべく隙間Ｇに供給される冷媒としては、高い熱伝導性を有するヘリウム（Ｈｅ）ガスが好適に用いられる。冷媒供給流路５１を介して隙間Ｇに冷媒が供給されることにより、載置台２０は極低温に冷却され得る。尚、冷媒には、冷却ガスに代えて、熱伝導性の良好な熱伝導グリースが適用されてもよい。
載置台２０は、基板Ｗが載置される上方の第一プレート２１と、下方の第二プレート２２が積層した構造を有しており、いずれのプレートともに熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）により形成されている。第一プレート２１は静電チャックを含み、静電チャックは、誘電体膜内に埋設されたチャック電極２３を有する。チャック電極２３には、配線２５を介して所定の電位が与えられるようになっている。この構成により、基板Ｗを静電チャックにより吸着し、載置台２０の上面に基板Ｗを固定することができる。尚、載置台２０は、第一プレート２１と第二プレート２２の積層体以外にも、一つのプレートによって全体が形成されている形態であってもよいし、焼結等により全体が一体に成形されている形態であってもよい。
また、載置台２０には、第一プレート２１と第二プレート２２を上下に貫通する貫通孔２６が形成されている。貫通孔２６は、載置台２０の下方にある隙間Ｇに連通しており、隙間Ｇに供給された冷媒は、貫通孔２６を介して載置台２０（静電チャック）の上面と基板Ｗの下面との間へＹ２方向に供給されるようになっている。このことにより、冷媒や冷凍熱媒体３５の有する冷熱を、効率よく基板Ｗに伝達することが可能になる。尚、図示例は、冷媒供給流路５１を流通した冷媒が貫通孔２６を介して基板Ｗの下面に供給され、貫通孔２６を介して排出された冷媒が冷媒排出流路５２を流通して排出される形態を示しているが、その他の冷媒の供給及び排出形態であってもよい。例えば、貫通孔２６に対して冷媒供給流路５１や冷媒排出流路５２とは異なる独立した冷媒流路を設け、この独立した冷媒流路を介して、貫通孔２６を介した冷媒の供給や排出が行われてもよい。
載置台２０を構成する第二プレート２２の下面には、冷凍熱媒体３５側に向かって突出する凸部２４が形成されている。図示例の凸部２４は、載置台２０の中心軸ＣＬを取り囲む円環状の凸部である。凸部２４の高さは、例えば４０ｍｍ乃至５０ｍｍに設定することができ、凸部２４の幅は、例えば６ｍｍ乃至７ｍｍに設定することができる。尚、凸部２４の形状は特に限定されないが、冷凍熱媒体３５との間の熱交換効率を高めるという観点から、表面積が大きくなるような形状であることが好ましい。例えば、凸部２４は、その外面が波打った形状であってもよいし、凸部２４の外面にブラスト処理等によって凹凸加工が施されていてもよい。いずれも、凸部２４の表面積を大きくすることができ、冷凍熱媒体３５との間の熱交換効率を高めることができる。
冷凍熱媒体３５の上面、すなわち、載置台２０の有する凸部２４と対向する面には、凸部２４が遊嵌する凹部３７が形成されている。図示例の凹部３７は、載置台２０の中心軸ＣＬを取り囲む円環状を有している。凹部３７の高さは、凸部２４の高さと同じであってよく、例えば４０ｍｍ乃至５０ｍｍとすることができる。また、凹部３７の幅は、例えば凸部２４の幅よりも僅かに広い幅とすることができ、例えば７ｍｍ乃至９ｍｍであることが好ましい。尚、凹部３７の形状は、凸部２４の形状と対応するように設定されるのが好ましい。例えば、凸部２４の外面が波打った形状である場合、凹部３７の内面も対応した波打ち形状とすることが好ましい。また、凹部３７の内面においても、ブラスト処理等により凹凸加工が施されていることが好ましく、このような凹凸加工により、凹部３７の表面積が大きくなり、載置台２０との間の熱交換効率を高めることができる。
凹部３７に凸部２４が遊嵌した状態において、凹部３７と凸部２４の間には、隙間Ｇが形成される。図３に示すように、隙間Ｇは、載置台２０の第二プレート２２の平坦な下面と冷凍熱媒体３５の平坦な上面との間の上方隙間Ｇ１と、凹部３７と凸部２４の間の下方隙間Ｇ２とを有する。そして、下方隙間Ｇ２に、冷熱伝達材９０が配設されている。冷熱伝達材９０の詳細や、隙間Ｇの一部に冷熱伝達材９０が配設されることによる作用については、以下で詳説する。
図１に戻り、載置台２０は、外筒６３により支持されている。外筒６３は、冷凍熱媒体３５の上部の外周面を覆うように配設されており、その上部が処理容器１０の内部に進入し、処理容器１０の内部において載置台２０を支持する。外筒６３は、冷凍熱媒体３５の外径よりも僅かに大きい内径を有する円筒部６１と、円筒部６１の下面において外径方向に延びるフランジ部６２とを有し、円筒部６１が載置台２０を直接支持する。円筒部６１とフランジ部６２は、例えばステンレス等の金属により形成されている。
フランジ部６２の下面には、断熱部材６４が接続されている。断熱部材６４は、フランジ部６２と同軸に延在する略円筒状を有し、フランジ部６２の下面に固定されている。断熱部材６４は、アルミナ等のセラミックスにより形成されている。断熱部材６４の下面には、磁性流体シール部６９が設けられている。
磁性流体シール部６９は、回転部６５と、内側固定部６６と、外側固定部６７と、加熱部６８とを有する。回転部６５は、断熱部材６４と同軸に延在する略円筒状を有し、断熱部材６４の下面に固定されている。言い換えると、回転部６５は、断熱部材６４を介して外筒６３に接続されている。この構成により、外筒６３の有する冷熱の回転部６５への伝熱が断熱部材６４によって遮断されることになり、磁性流体シール部６９の磁性流体の温度が低下してシール性能が悪化したり、結露が発生することを抑制できる。
内側固定部６６は、冷凍熱媒体３５と回転部６５との間において、磁性流体を介して設けられている。内側固定部６６は、その内径が冷凍熱媒体３５の外径よりも大きく、その外径が回転部６５の内径よりも小さい略円筒状を有する。外側固定部６７は、回転部６５の外側において、磁性流体を介して設けられている。外側固定部６７は、その内径が回転部６５の外径よりも大きい略円筒状を有する。加熱部６８は、内側固定部６６の内部に埋め込まれており、磁性流体シール部６９の全体を加熱する。この構成により、磁性流体シール部６９の磁性流体の温度が低下してシール性能が悪化したり、結露が発生することを抑制できる。これらの構成により、磁性流体シール部６９では、回転部６５が、内側固定部６６と外側固定部６７に対して気密状態で回転自在となっている。すなわち、外筒６３は、磁性流体シール部６９を介して回転自在に支持されている。
外側固定部６７の上面と処理容器１０の下面との間には、略円筒状のベローズ７５が設けられている。ベローズ７５は、上下方向に伸縮自在な金属製の蛇腹構造体である。ベローズ７５は、冷凍熱媒体３５の上部、外筒６３の下部、及び断熱部材６４を包囲し、減圧自在な処理容器１０の内部空間と処理容器１０の外部空間とを分離する。
磁性流体シール部６９の下方には、スリップリング７３が設けられている。スリップリング７３は、金属リングを含む回転体７１と、ブラシを含む固定体７２とを有する。回転体７１は、磁性流体シール部６９の回転部６５と同軸に延在する略円筒状を有し、回転部６５の下面に固定されている。固定体７２は、その内径が回転体７１の外径よりも僅かに大きい略円筒状を有する。スリップリング７３は、直流電源（図示せず）と電気的に接続されており、直流電源から供給される電力を、固定体７２のブラシと回転体７１の金属リングを介して、配線２５に供給する。この構成により、配線２５にねじれ等を発生させることなく、直流電源からチャック電極に電位を与えることができる。スリップリング７３を構成する回転体７１は、回転装置４０に取り付けられている。尚、スリップリングは、ブラシ構造以外の構造であってもよく、例えば、非接触給電構造や、無水銀や導電性液体を有する構造等であってもよい。
回転装置４０は、ロータ４１と、ステータ４５とを有する、ダイレクトドライブモータである。ロータ４１は、スリップリング７３の有する回転体７１と同軸に延在する略円筒状を有し、回転体７１に固定されている。ステータ４５は、その内径がロータ４１の外径よりも大きい略円筒状を有する。以上の構成により、ロータ４１が回転すると、回転体７１、回転部６５、外筒６３、及び載置台２０が、冷凍熱媒体３５に対して相対的にＸ３方向に回転する。尚、回転装置は、ダイレクトドライブモータ以外の形態であってもよく、サーボモータと伝達ベルトを備えている形態等であってもよい。
また、冷凍機３１と冷凍熱媒体３５の周囲には、真空断熱二重構造を有する断熱体７４が設けられている。図示例では、断熱体７４は、冷凍機３１とロータ４１との間、及び冷凍熱媒体３５の下部とロータ４１との間に設けられている。この構成により、冷凍機３１と冷凍熱媒体３５の冷熱がロータ４１に伝熱されることを抑制できる。
また、冷凍機３１は、第二昇降装置７８に対して昇降自在に取り付けられている第一支持台７０Ａの上面に固定されている。一方、回転装置４０や断熱体７４は、第一昇降装置７７に対して昇降自在に取り付けられている第二支持台７０Ｂの上面に固定されている。そして、第一支持台７０Ａの上面と第二支持台７０Ｂの下面の間には、冷凍機３１を包囲する略円筒状のベローズ７６が設けられている。ベローズ７６もベローズ７５と同様に、上下方向に伸縮自在な金属製の蛇腹構造体である。
また、冷凍機３１と冷凍熱媒体３５の周囲には、冷媒供給流路５１を流通する冷却ガス（例えば第一冷却ガス）とは異なる冷却ガス（例えば、第二冷却ガス）を供給する第二冷却ガス供給部（図示せず）が設けられてもよい。この第二冷却ガス供給部は、冷凍熱媒体３５と外筒６３との間の空間に第二冷却ガスを供給する。この第二冷却ガスは、冷媒供給流路５１を流通する第一冷却ガスと熱伝導率が異なるガスであり、好ましくは熱伝導率が相対的に低いガスであることにより、第二冷却ガスの温度を、冷媒供給流路５１を流通する第一冷却ガスの温度よりも相対的に高くすることができる。このことにより、隙間Ｇから側方の空間に漏れ出す第一冷却ガスが磁性流体シール部６９に侵入することを防止できる。言い換えると、第二冷却ガスは、隙間Ｇから漏れ出す第一冷却ガスに対するカウンターフローとして機能する。この構成により、磁性流体シール部６９の磁性流体の温度が低下してシール性能が悪化したり、結露が発生することを抑制できる。また、カウンターフローとしての機能を高めるという観点から、第二冷却ガス供給部から供給される第二冷却ガスの供給圧力は、冷媒供給流路５１を流通する第一冷却ガスの供給圧力と略同一、もしくは僅かに高い圧力であることが好ましい。尚、第二冷却ガスとしては、アルゴンガスやネオン等の低沸点ガスを用いることができる。
冷凍熱媒体３５の上部には、隙間Ｇ等の温度を検出するための温度センサ８２と、隙間Ｇ等の圧力を検出する圧力センサ８３が設けられている。温度センサ８２としては、例えばシリコンダイオード温度センサや、白金抵抗温度センサ等の低温用温度センサを用いることができる。温度センサ８２と圧力センサ８３にて計測された計測データは、制御装置８０に随時送信されるようになっている。
また、基板処理装置１００の構成要素のうち、冷凍装置３０は第二昇降装置７８によりＸ２方向に昇降自在に構成されており、冷凍装置３０と処理容器１０以外の他の構成要素は、第一昇降装置７７によりＸ１方向に昇降自在に構成されている。
第二昇降装置７８にて冷凍装置３０を昇降することにより、載置台２０と冷凍熱媒体３５の間の隙間Ｇが変化することを解消できる。具体的には、冷凍熱媒体３５は、その冷熱によって数ｍｍ程度収縮し、この熱収縮により、隙間Ｇの高さ（もしくは幅）が変化し得る。成膜処理に際し、所定の高さにて固定されている載置台２０に対して、冷凍熱媒体３５が熱収縮して隙間Ｇが変化する際に、第二昇降装置７８にて冷凍装置３０を精緻に昇降制御する。この制御により、隙間Ｇの変化を解消し、初期の隙間Ｇを維持しながら成膜処理を継続することが可能になる。
一方、第一昇降装置７７にて、例えば載置台２０が処理容器１０の内部で昇降することにより、ターゲットＴと基板Ｗとの間の距離ｔ１を調整することができる。この距離ｔ１の調整は、適用されるターゲットＴの種類に応じて適宜変更される。載置台２０を昇降させて距離ｔ１を調整する際には、制御装置８０により、第一昇降装置７７と第二昇降装置７８の同期制御が実行される。この制御装置８０による第一昇降装置７７と第二昇降装置７８の同期制御により、載置台２０と冷凍装置３０が初期の隙間Ｇを維持した状態で、双方の昇降を制御することができる。
制御装置８０は、コンピュータにより構成される。図２に示すように、制御装置８０は、接続バスにより相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）８０ａ、主記憶装置８０ｂ、補助記憶装置８０ｃ、入出力インターフェイス８０ｄ、及び通信インターフェイス８０ｅを備えている。主記憶装置８０ｂと補助記憶装置８０ｃは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。
ＣＰＵ８０ａは、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも称され、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ８０ａは、制御装置８０の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ８０ａは、例えば、補助記憶装置８０ｃに記憶されたプログラムを主記憶装置８０ｂの作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。主記憶装置８０ｂは、ＣＰＵ８０ａが実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ８０ａが処理するデータ等を記憶する。主記憶装置８０ｂは、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置８０ｃは、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも称される。補助記憶装置８０ｃには、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納され、ＯＳは、例えば、通信インターフェイス８０ｅを介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。補助記憶装置８０ｃは、例えば、主記憶装置８０ｂを補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ８０ａが実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ８０ａが処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置８０ｃは、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置８０ｃとして、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示される。この着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。通信インターフェイス８０ｅは、制御装置８０に接続するネットワークとのインターフェイスである。入出力インターフェイス８０ｄは、制御装置８０接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力インターフェイス８０ｄには、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。制御装置８０は、入出力インターフェイス８０ｄを介し、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。また、入出力インターフェイス８０ｄには、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続する。制御装置８０は、入出力インターフェイス８０ｄを介し、ＣＰＵ８０ａにより処理されるデータや情報、主記憶装置８０ｂ、補助記憶装置８０ｃに記憶されるデータや情報を出力する。尚、温度センサ８２や圧力センサ８３は、有線にて入出力インターフェイス８０ｄに接続されてもよいし、ネットワークを介して通信インターフェイス８０ｅに接続されてもよい。
制御装置８０は、各種の周辺機器の動作を制御する。この周辺機器には、冷媒供給装置８６，冷媒排気装置８７，冷凍装置３０，回転装置４０，第一昇降装置７７、第二昇降装置７８，温度センサ８２，圧力センサ８３，排気装置８８，及び処理ガス供給装置８９等が含まれる。ＣＰＵ８０ａは、ＲＯＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器１０内の圧力、処理容器１０内の温度や載置台２０の温度、隙間Ｇに供給される冷媒の温度、隙間Ｇの高さや幅、各種のプロセス時間等が含まれる。
制御装置８０は、温度センサ８２と圧力センサ８３による計測データ（モニタ情報）に基づき、隙間Ｇが初期の温度と圧力を維持するように、冷媒供給装置８６，冷媒排気装置８７，及び冷凍装置３０を制御する。
制御装置８０は、第二昇降装置７８を昇降制御することにより、冷凍熱媒体３５の熱収縮に起因して隙間Ｇの高さ（もしくは幅）が変化する際に、この隙間Ｇの変化を解消するように冷凍装置３０を精緻に昇降させる。この冷凍熱媒体３５の熱収縮は、冷凍熱媒体３５に対して冷凍機３１から冷熱が伝熱されることや、冷媒供給流路５１を冷媒が流通することによりもたらされる。制御装置８０によって初期の隙間Ｇが維持されることにより、基板Ｗを所望温度に制御しながら、成膜処理を継続することが可能になる。また、以下で詳説するように、隙間Ｇに配設される冷熱伝達材９０と、凸部２４及び凹部３７との良好な密着性を維持することが可能になる。
さらに、制御装置８０は、第一昇降装置７７と第二昇降装置７８を同期制御する。この同期制御により、初期の隙間Ｇを維持しながら、載置台２０（及び冷凍装置３０の上部）を処理容器１０の内部にて昇降させ、適用されるターゲットＴに好適なターゲットＴと基板Ｗの間の距離ｔ１の調整を行う。
次に、図３及び図４を参照して、隙間Ｇに配設される冷熱伝達材９０，９５について詳説する。
図３に示すように、隙間Ｇは、載置台２０の第二プレート２２の平坦な下面と冷凍熱媒体３５の平坦な上面との間の上方隙間Ｇ１と、凹部３７と凸部２４の間の下方隙間Ｇ２とを有する。そして、下方隙間Ｇ２に、冷熱伝達材９０が配設されている。尚、上方隙間Ｇ１の外周端には、回転しない冷凍熱媒体３５に対して載置台２０が回転する際に、この載置台２０の回転を阻害しない構造のシール部材（図示せず）が設けられていてもよい。
冷熱伝達材９０は、粉体により形成されており、この粉体は、粉状の銅や粉状の銀、もしくは粉状の炭素系素材のいずれか一種を主成分とした材料により形成されている。
また、冷熱伝達材９０は、上記する主成分に対して、さらに帯電防止素材が添加された粉体であってよい。帯電防止素材が添加されていることにより、静電気浮遊による熱伝導阻害を抑制することができる。また、冷熱伝達材９０は、コアボールのようにクッション性のある変形可能な粉体であってもよい。さらに、冷熱伝達材９０を多孔質の粉体にて形成してもよく、この粉体によれば、多孔質にて粉体の表面積を多くすることができ、冷媒のトラップ性（ガストラップ性）が良好になる。
隙間Ｇのうち、下方隙間Ｇに多数の粉体からなる冷熱伝達材９０が配設されることにより、冷熱伝達材９０は上方隙間Ｇ１から側方にこぼれることなく、隙間Ｇ内に収容された状態を維持できる。
また、冷熱伝達材９０が粉体であることにより、成膜プロセスにおいて載置台２０がＸ３方向に回転する際に、冷熱伝達材９０と、冷熱伝達材９０と接触しながら回転する凸部２４との間のせん断抵抗を抑制することができる。このことにより、せん断抵抗によって凸部２４が昇温し、載置台２０が昇温することを抑制することが可能になる。さらに、せん断抵抗の抑制により、回転装置４０に作用する負荷トルクの上昇も抑制することができる。
図３に示すように、冷媒供給流路５１を介して隙間Ｇ（上方隙間Ｇ１）へＹ１方向に供給された冷媒により、載置台２０の有する熱は、上方隙間Ｇ１へＹ４方向に熱移動する。また、載置台２０の有する熱は、凸部２４を介し、隙間Ｇ２に収容されている冷熱伝達材９０を介してＹ５方向に熱移動する。さらに、載置台２０の有する熱は、凸部２４を介し、冷熱伝達材９０を介し、流通する冷媒によって冷却された冷凍熱媒体３５の凹部３７を介して熱移動する。
このように、下方隙間Ｇ２に冷熱伝達材９０が収容されていることから、上方隙間Ｇ１に提供された冷媒の冷熱や冷凍熱媒体３５の有する冷熱により、複数の伝熱ルートを経て載置台２０の有する熱が熱移動される。従来のＹ４方向の伝熱ルートの他に、載置台２０の凸部２４と物理的に接触する冷熱伝達材９０を介したＹ５方向及びＹ６方向の伝熱ルートが加わることにより、載置台２０と冷凍装置３０の間の熱交換が格段に効率的となる。
尚、冷凍装置３０を常温に復帰させる際には、載置台２０に比べて冷凍装置３０が相対的に高温になることから、熱移動の方向はＹ４方向乃至Ｙ６方向と逆方向となるが、これら複数の伝熱ルートを有することにより、常温復帰に際しても、載置台２０と冷凍装置３０の間の熱交換が格段に効率的になる。
以上のことから、隙間Ｇの内部にある冷媒と載置台２０の間の熱伝導性が高められ、熱交換効率が高められる。このように、載置台２０の冷却性能が向上することにより、載置台２０における冷却効率が高められ、載置台２０の冷却に要する冷媒（冷却ガス）の消費量を可及的に抑制することが可能になる。また、この載置台２０の冷却効率の向上により、載置台２０の冷却時間の短縮が図られるとともに、冷却した載置台２０を常温に戻す復帰時間の短縮も図られる。その結果、可及的に低いランニングコストで、かつ高いスループットの下で、基板Ｗの処理を行うことが可能になる。
一方、図４に示す冷熱伝達材９５はグリース（液状潤滑油）により形成されており、このグリースは、ナノサイズの銀やナノサイズのシリコーンのいずれか一種を主成分とした、低沸点ペースト材料により形成されている。
冷熱伝達材９５がグリースであり、グリースが下方隙間Ｇ２に収容されることにより、冷熱伝達材９５は上方隙間Ｇ１から側方にこぼれることなく、隙間Ｇ内に収容された状態を維持できる。また、冷熱伝達材９５がグリースであることにより、成膜プロセスにおいて載置台２０がＸ３方向に回転する際に、冷熱伝達材９５と、冷熱伝達材９５と接触しながら回転する凸部２４との間のせん断抵抗を抑制することができる。このことにより、せん断抵抗によって凸部２４が昇温し、載置台２０が昇温することを抑制することが可能になる。さらに、せん断抵抗の抑制により、回転装置４０に作用する負荷トルクの上昇も抑制することができる。
さらに、第二隙間Ｇ２にグリースからなる冷熱伝達材９５が収容されることにより、粉体からなる冷熱伝達材９０が適用される場合と同様に、複数の伝熱ルートＹ４，Ｙ５、Ｙ６及びこれらの逆方向の伝熱ルートが得られる。この結果、載置台２０と冷凍装置３０の間の熱交換が格段に効率的となり、可及的に低いランニングコストで、かつ高いスループットの下で、基板Ｗの処理を行うことが可能になる。
また、実施形態に係る基板処理方法を説明すると、以下のようになる。まず、図１に示す基板処理装置１００を用意する（基板処理装置を用意する工程）。次いで、載置台２０に基板Ｗを載置してＸ３方向に回転させ、冷凍装置３０にて冷却された冷媒を隙間Ｇに供給するとともに、冷熱伝達材９０，９５を介して冷媒（冷却ガス）の冷熱を載置台２０に伝熱する。この状態で、処理容器１０の内部に処理ガスを供給し、ＰＶＤ法を用いて基板Ｗに対して成膜処理を行う（基板を処理する工程）。
実施形態に係る基板処理方法によれば、基板Ｗが載置される載置台２０が回転することにより、基板Ｗの全域と、適用されるターゲットＴとの距離ｔ１を一定に維持することができるため、良好な面内均一性と高い磁気抵抗比を有する磁気抵抗素子（磁性膜）を製造することができる。また、冷凍熱媒体３５と載置台２０の間の隙間Ｇの内部にある冷媒と載置台２０の間の伝熱ルートに加えて、隙間Ｇの内部にある冷熱伝達材９０，９５を介した冷媒と載置台２０の間の伝熱ルートが加わることにより、冷媒と載置台２０の間の熱交換効率が格段に高められる。その結果、可及的に低いランニングコストで、かつ高いスループットの下で、基板処理を行うことが可能になる。
上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
例えば、上記の実施形態では、基板処理装置１００が成膜装置である場合を例に挙げて説明したが、基板処理装置１００が例えばエッチング装置等であってもよい。
１０：処理容器
１１：ターゲットホルダ
２０：載置台
３０：冷凍装置
３１：冷凍機
３５：冷凍熱媒体
４０：回転装置
５１：冷媒供給流路（冷媒流路）
９０：冷熱伝達材（粉体）
９５：冷熱伝達材（グリース）
１００：基板処理装置
Ｗ：基板
Ｔ：ターゲット
Ｇ：隙間

Claims (13)

  1. 基板が載置される載置台と、ターゲットを保持するターゲットホルダとを内部に備えている処理容器と、
    前記載置台の下面との間に隙間を備えて配設され、冷凍機と前記冷凍機に積層される冷凍熱媒体とを備えている冷凍装置と、
    前記載置台を回転させる回転装置と、
    前記載置台を昇降させる第一昇降装置と、
    前記冷凍装置の内部に設けられ、前記隙間に冷媒を供給する冷媒流路と、
    前記隙間に配設されて、前記載置台と前記冷凍熱媒体の双方に熱伝導自在に接している冷熱伝達材と、を有する、基板処理装置。
  2. 前記冷熱伝達材が粉体により形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記粉体が、粉状の銅、粉状の銀、もしくは粉状の炭素系素材、のいずれか一種を主成分とした材料により形成されている、請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記冷熱伝達材に、帯電防止素材がさらに添加されている、請求項２又は３に記載の基板処理装置。
  5. 前記冷熱伝達材がグリースにより形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記グリースが、ナノサイズの銀、もしくはナノサイズのシリコーンのいずれか一種を主成分とした、低沸点ペースト材料により形成されている、請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記載置台の前記下面には、前記載置台の回転中心軸に同軸の円環状の凸部が設けられ、
    前記冷凍熱媒体の上面には、前記凸部と同軸の円環状の凹部が設けられ、
    前記凹部に前記凸部が遊嵌し、前記凹部と前記凸部の間に前記隙間が形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記冷凍装置を昇降させる第二昇降装置をさらに有している、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 制御装置をさらに有し、
    前記制御装置は、前記第二昇降装置のみの昇降制御と、前記第一昇降装置と前記第二昇降装置の同期制御とを実行する、請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記隙間の圧力と温度をそれぞれ測定する圧力センサ及び温度センサをさらに有し、
    前記圧力センサと前記温度センサによる測定データが前記制御装置に送信される、請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 基板を載置する載置台と、ターゲットを保持するターゲットホルダとを内部に備えている処理容器と、
    前記載置台の下面との間に隙間を備えて配設され、冷凍機と前記冷凍機に積層される冷凍熱媒体とを備えている冷凍装置と、
    前記隙間に配設されて、前記載置台と前記冷凍熱媒体の双方に熱伝導自在に接している冷熱伝達材と、を有する、基板処理装置を用意する工程と、
    前記載置台に前記基板を載置して回転させ、前記冷凍装置にて冷却された冷媒を前記隙間に供給するとともに、前記冷熱伝達材を介して前記冷媒の冷熱を前記載置台に伝熱し、前記処理容器の内部に処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、を有する、基板処理方法。
  12. 前記載置台を固定した状態で、前記冷凍装置を昇降させることにより、前記隙間を調整する、請求項１１に記載の基板処理方法。
  13. 前記載置台と前記冷凍装置の双方を同期して昇降させることにより、前記隙間を維持した状態で前記載置台と前記ターゲットホルダとの距離を調整する、請求項１１又は１２に記載の基板処理方法。
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