JP2022112921A - 載置台構造、基板処理装置及び基板処理装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の冷却効率を向上させる。【解決手段】基板を載置する載置台と、基板を冷却する冷凍機構と、前記載置台又は前記冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、前記冷凍機構と前記載置台との対向位置に設けられた接触子と、を有し、前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記接触子を介して前記冷凍機構と前記載置台とを接触可能に構成される、載置台構造が提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、載置台構造、基板処理装置及び基板処理装置の制御方法に関する。
基板の処理装置、例えば成膜装置として極低温処理が必要になる場合がある。例えば、特許文献１は、載置した基板を極低温に冷却した状態で回転させることができ、冷却性能が高いステージ装置および処理装置を提供する。この処理装置では、処理装置外部から供給される冷却ガスを十分に冷却し、ステージと冷凍伝熱体との隙間に供給し、ステージを極低温に冷却する。
特許文献２は、真空チャンバ内で被処理物を冷却しながら回転自在に保持する保持装置であって、被処理物が設置されるステージと、ステージを回転自在に支持する回転駆動手段と、ステージを冷却する冷却手段とを有する保持装置を提案する。この保持装置では、冷却手段が、ステージ下方の空間に当該ステージの下面に隙間を存して対向配置される冷却パネルと、回転軸体に内挿されて冷却パネルの下面に当接する伝熱軸体と、伝熱軸体を冷却する冷凍機とを有する。
特開２０２０－７２２４９号公報 特許第６５５９３４７号公報
冷却ガス等の冷媒を使用した間接的な方法や、粉状又はペースト状の熱伝導材料を使用した部分的な接触冷却、あるいはその両方を使用した冷却方法では、目標冷却温度まで制御するのに時間がかかる場合がある。
本開示は、基板の冷却効率を向上させることができる載置台構造、基板処理装置及び基板処理装置の制御方法を提供する。
本開示の一の態様によれば、基板を載置する載置台と、基板を冷却する冷凍機構と、前記載置台又は前記冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、前記冷凍機構と前記載置台との対向位置に設けられた接触子と、を有し、前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記接触子を介して前記冷凍機構と前記載置台とを接触可能に構成される、載置台構造が提供される。
一の側面によれば、基板の冷却効率を向上させることができる。
一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図。 一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺の一例を示す図。 一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺を示す図。 一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺の他の例を示す図。 一実施形態に係る基板処理装置の動作と接触子の状態の一例を示す図。 一実施形態に係る基板処理装置の制御方法の一例を示すフローチャート。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［基板処理装置］
まず、図１を参照して、本開示の実施形態に係る基板処理装置１００の一例について説明する。図１は、実施形態に係る基板処理装置１００の一例を示す縦断面図である。図１に示す基板処理装置１００は、例えば、真空雰囲気を形成し、処理ガスによる基板処理を実行する真空処理容器１０の内部において、被処理基板である半導体ウエハ等の基板Ｗに対して所望の成膜を行う装置である。基板処理装置は、ＰＶＤ（physical vapor deposition）装置である。
基板処理装置１００は、真空処理容器１０と、載置台２０と、冷凍装置３０と、回転装置４０と、第一昇降装置７７と、第二昇降装置７８とを有する。載置台２０は、真空処理容器１０の内部において基板Ｗを載置する。回転装置４０は、載置台２０を回転させる。第一昇降装置７７は、載置台２０を昇降させる。第二昇降装置７８は、冷凍装置３０を昇降させる。基板処理装置１００はさらに、冷凍装置３０、回転装置４０、第一昇降装置７７、第二昇降装置７８等の各種装置を制御する制御部８０を有する。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。
なお、後述される冷凍装置３０の冷凍機３１及びコールドリンク３５は、基板Ｗを冷却させる冷凍機構の一例である。回転装置４０は、基板Ｗを回転させる回転駆動部の一例である。第一昇降装置７７及び第二昇降装置７８は、基板又は冷凍機構を昇降させる昇降駆動部の一例である。
真空処理容器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。傾斜角θは、０°、すなわち、ターゲットホルダ１１は水平に固定されてもよい。
真空処理容器１０は、真空ポンプ等の排気装置１３を作動することにより、その内部を真空に減圧されるように構成されている。真空処理容器１０には、処理ガス供給装置（図示せず）から、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。
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、真空処理容器１０の内部においてプラズマが発生し、真空処理容器１０の内部にある希ガス等がイオン化される。そして、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が傾斜することにより、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。真空処理容器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、これにより、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が真空処理容器１０の内部に存在することが好ましい。
冷凍装置３０は、冷凍機３１とコールドリンク３５とを有し、冷凍機３１の上にコールドリンク３５が積層された構成となっている。冷凍装置３０のコールドリンク３５の上には、複数の接触子２１ａは設けられ、複数の接触子２１ａを介して載置台２０が配設されている。冷凍機３１は、コールドリンク３５を保持し、コールドリンク３５の上面を、例えば、－３０℃以下で、－２００℃程度の極低温に冷却することができる。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。
コールドリンク３５は、冷凍機３１の上に固定されておりその上部が真空処理容器１０の内部に収容されている。コールドリンク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。冷凍機３１及びコールドリンク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。
コールドリンク３５及び冷凍機３１の内部には、冷媒供給流路５１と冷媒排出流路５２とが配設されている。冷媒供給流路５１は、コールドリンク３５と載置台２０の間に伝熱ガスの冷媒を供給する。冷媒排出流路５２は、載置台２０からの伝熱により昇温した冷媒を排出する。冷媒供給流路５１及び冷媒排出流路５２は、冷凍機構に設けられ、冷媒等の温調媒体を供給する流路の一例である。
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。冷媒供給流路５１及び冷媒排出流路５２は、冷凍装置３０に設けられた温調媒体を供給する流路の一例である。
温調冷媒（例えば第一冷却ガス）は、冷媒供給装置（図示せず）から供給され、冷媒供給流路５１を流通する。冷媒供給流路５１及び冷媒排出流路５２は、その先端がコールドリンク３５の上面で開口し、コールドリンク３５と載置台２０の間のバネ２６が配置された空間に第一冷却ガスを供給する。バネ２６が配置された空間に供給される第一冷却ガスとしては、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。第一冷却ガスとして前記空間内のバネ２６等が腐食しないように不活性ガスを使用してもよい。これにより、コールドリンク３５と載置台２０の間の空間の熱伝導率を高め、基板Ｗの冷却効率を向上させることができる。
バネ２６が配置された空間から排出された冷媒は、冷媒排出流路５２を流通し、冷媒排出装置（図示せず）に排出される。なお、冷媒供給流路５１と冷媒排出流路５２が同じ流路により形成されていてもよい。
接触子２１ａは、冷凍装置３０のコールドリンク３５側に複数設けられている。複数の接触子２１ａは、複数のバネ２６にそれぞれ接続され、載置台２０に対向するように取り付けられている。複数のバネ２６は、圧縮コイルバネ等のらせん形状のスプリングであってもよい。バネ２６は、弾性体の一例である。接触子２１ａは、熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）により形成されている。ただし、高い熱伝導性を有する材料で構成されればよい。
載置台２０は、基板Ｗが載置される上方の載置部２５と、下方の接触子２１ｂとが積層した構造を有しており、載置部２５と接触子２１ｂとは熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）により形成されている。ただし、高い熱伝導性を有する材料で構成されればよい。載置部２５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３２を有する。チャック電極３２には、配線３３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を保持することができる。
本実施形態では、冷凍装置３０のコールドリンク３５側に配置された複数の接触子２１ａと、載置台２０側に配置された接触子２１ｂとを有する。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との少なくともいずれかの昇降により、接触子２１ａと接触子２１ｂとを接触させたり、離間させたりすることができる。つまり、冷凍装置３０のコールドリンク３５と載置台２０とは、複数の接触子２１ａ及び接触子２１ｂを介して接触可能である。
載置台２０は、外筒６３により支持されている。外筒６３は、コールドリンク３５の上部の外周面を覆うように配設されており、その上部が真空処理容器１０の内部に進入し、真空処理容器１０の内部において載置台２０を支持する。外筒６３は、コールドリンク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、加熱源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、結露が発生したりすることを抑制できる。
内側固定部６６は、コールドリンク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、その内径がコールドリンク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。加熱源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、結露が発生したり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の上面と真空処理容器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、コールドリンク３５の上部、外筒６３の下部、及び断熱部材６４を包囲し、減圧自在な真空処理容器１０の内部空間と真空処理容器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３３に供給する。この構成により、配線３３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。なお、スリップリング７３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、コールドリンク３５に対して相対的にＸ３方向に回転する。なお、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とコールドリンク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、及びコールドリンク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とコールドリンク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。
載置台２０には、第二冷却ガスを供給する第二冷却ガス供給管３４が設けられている。第二冷却ガス供給管３４は、載置部２５を貫通し、ガス孔３４ａから基板Ｗの下面と載置部２５の上面との間にＨｅガス等の第二冷却ガスを供給する。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は異なるガスであってもよいし、同じガスであってもよい。第二冷却ガスとしては、不活性ガスを使用してもよい。これにより、基板Ｗの下面と載置部２５の上面との間の空間の熱伝導率を高め、基板Ｗの冷却効率を向上させることができる。
制御部８０は、コンピュータにより構成される。制御部８０は、接続バスにより相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置、補助記憶装置、入出力インターフェイス、及び通信インターフェイスを備えている。主記憶装置と補助記憶装置は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
ＣＰＵは、制御部８０の全体の制御を行う。ＣＰＵは、例えば、補助記憶装置に記憶されたプログラムを主記憶装置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。主記憶装置は、ＣＰＵが実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵが処理するデータ等を記憶する。主記憶装置は、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する。補助記憶装置は、不揮発性半導体メモリ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、補助記憶装置は、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）メモリカード等であってもよい。通信インターフェイスは、制御部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は、制御部８０と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り、キーボード、タッチパネルが例示される。制御部８０は、入出力インターフェイスを介し、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。制御部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、冷凍装置３０、回転装置４０、第一昇降装置７７、第二昇降装置７８等が含まれる。
以上に説明したように、基板処理装置１００が有する載置台構造は、基板Ｗを載置する載置台２０と、基板Ｗを冷却する冷凍機構と、載置台２０又は冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、冷凍機構と載置台２０との対向位置に設けられた接触子と、を有し、昇降駆動部による載置台２０又は冷凍機構の昇降によって接触子を介して冷凍機構と載置台２０とを接触可能に構成される。
[接触子による直接接触]
次に、一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺について、図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺の一例を示す図である。
図１の基板処理装置１００の構成要素のうち、冷凍装置３０は第二昇降装置７８により昇降自在に構成されており、載置台２０は第一昇降装置７７により昇降自在に構成されている。
成膜処理前、例えば第二昇降装置７８により冷凍装置３０を上昇させることによって、図２（ａ）の接触時に示すように、接触子２１ａと接触子２１ｂとを直接接触させることができる。成膜処理前、第一昇降装置７７により載置台２０を下降させることによって、図２（ａ）の接触時に示すように、接触子２１ａと接触子２１ｂとを直接接触させてもよい。
一方、成膜処理時には、第一昇降装置７７にて例えば載置台２０が真空処理容器１０の内部で上昇することにより、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。また、成膜処理時には載置台２０を回転させながら成膜を行うために、図２（ｂ）に示すように接触子２１ａと接触子２１ｂとを離間させる。これにより、回転装置４０によって載置台２０を回転させながら基板Ｗを成膜することができる。なお、距離ｔ１を調整する必要がない場合には、第一昇降装置７７を上昇させる代わりに第二昇降装置７８を下降させて接触子２１ａと接触子２１ｂとを離間させてもよい。第一昇降装置７７と第二昇降装置７８との同期制御により接触子２１ａと接触子２１ｂとを離間させてもよい。以下では、第二昇降装置７８により冷凍装置３０を昇降させる例を挙げて説明する。
冷却ガス等の冷媒を使用した間接的な方法や、粉状又はペースト状の熱伝導材料を使用した部分的な接触冷却、あるいはその両方を使用した既存の冷却方法では、熱伝導率が悪く冷却時間がかかってしまう場合がある。この場合、成膜処理時に繰り返される入熱時の載置台２０の昇温の抑制やその際の目標とする冷却温度への迅速な復帰及び基板Ｗの温度制御が困難となる。
これに対して、本実施形態に係る基板処理装置１００では、成膜処理中を除き、冷凍装置３０のコールドリンク３５と載置台２０とを接触子２１ａ、２１ｂを介して物理的に接触させる。これにより、接触子２１ａ、２１ｂの直接接触によって冷凍装置３０から載置台２０への熱伝導性が高まり、基板Ｗの冷却時間を短縮でき、スループットを向上させることができる。
図３を参照しながら、本実施形態に係る載置台構造について更に説明を続ける。図３は、一実施形態に係る載置台構造の接触子周辺を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ－Ｃ方向から見た接触子２１ａの面を示し、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ－Ｄ方向から見た接触子２１ａ下のバネ２６等の配置を示す。
図２では、複数の接触子２１ａと接触子２１ｂとが直接接触する構成について説明した。このとき、載置部２５と接触子２１ｂとは熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）により形成されているため、接触子２１ｂと載置部２５とは金属加工物同士の接触部分となる。そこで、図２（ｂ）に示すように、接触子２１ｂと載置部２５との間に柔らかく熱伝導性のよいインジウムシート２３を挟み、金属加工物同士の接触を回避、金属汚染が生じないようにする。インジウムシート２３以外の金属シートを用いてもよい。
ただし、載置台２０は、載置部２５と接触子２１ｂとの積層体に限らず、図３（ａ）に示すように、載置部２５と接触子２１ｂとが一体化して一つのプレートとなる形態であってもよい。この場合、複数の接触子２１ａと載置部２５（凸部２５ａ）とが直接接触する構成となる。
本実施形態では、複数の接触子２１ａと接触する載置部２５の接触面は円形状であり、平面である。一方、載置部２５と接触する複数の接触子２１ａの接触面は、図３（ｂ）に示すように、載置部２５の接触面と同じ直径の円を内周側で４分割し、外周側で８分割した形状である。このように接触子２１ａは、複数のブロックに分割され、接触子２１ａの接触面は複数に分割されていることが好ましい。図３（ｂ）の例では、接触子２１ａは１２個のブロックに分割され、１２の接触面を有する。より詳しくは、内周側に同一の接触面積の接触面２１ａ２を有する４つの接触子２１ａが設けられ、外周側に同一の接触面積の接触面２１ａ１を有する８つの接触子２１ａが設けられている。ただし、接触子２１ａの接触面の形状はこれに限られない。接触子２１ａの接触面の形状は、丸でもよいし、四角でもよいし、その他の形状であってもよい。なお、接触子２１ａの分割された複数の接触面２１ａ１、２１ａ２は平面である。
接触子２１ａが分割されていない場合、接触子２１ａの接触面が一面となるため、載置部２５との接触が部分的になる恐れがある。これに対して、複数の接触子２１ａに分割することで接触面が分割されるため、載置部２５の接触面は複数の接触子２１ａのそれぞれの接触面２１ａ１、２１ａ２と面接触し易くなる。これにより、接触子２１ａの接触面が分割されていない場合よりも、複数の接触子２１ａと載置部２５との接触面積が増え、接触効率を高めることができる。
図３（ｃ）に一例を示すように、１２個のブロックに分割された接触子２１ａのそれぞれには、１つずつバネ２６が取り付けられている。１２個の接触子２１ａのそれぞれにバネ２６を設けることで、複数の接触子２１ａと載置部２５とが接触したときにそれぞれの接触子２１ａと載置部２５とに加わる力をバネ２６により吸収できる機構となっている。換言すれば、接触時に加わる力をバネ２６により吸収することによって複数の接触子２１ａ及び載置部２５に破損が生じることを回避できる。
接触子２１ａと載置部２５とを接触させたとき、接触子２１ａと載置部２５とがまっすぐに当接しない可能性がある。このため、接触子２１ａを一枚板で載置部２５に接触させるよりも、分割して接触させる方がより効率よく接触させることができ、接触面積が大きくなる。更に、複数のバネ２６を設けることで、弾性力により接触子２１ａと載置部２５との接触をスムーズに行うことができる。
なお、バネ２６は、それぞれの接触子２１ａの中央に配置されることが好ましいが、これに限らない。また、バネ２６は弾性体の一例であり、弾性体は、圧縮コイル、板バネ状等であり得る。複数の接触子２１ａは、複数のバネ２６にそれぞれ接続され、複数のバネ２６を介して冷凍装置３０又は載置台２０に取り付けられる。図３の例では、１２個の接触子２１ａが、１２個のバネ２６にそれぞれ接続され、１２個のバネ２６を介して冷凍装置３０のコールドリンク３５の上面に取り付けられる。ただし、接触子２１ａは、一枚板でもよい。接触子２１ａが一枚板の場合、接触子２１ａとコールドリンク３５の上面との間に複数のバネ２６を取り付けてもよい。
本実施形態では、複数の接触子２１ａに同一直径の圧縮コイル等のバネ２６を配置し、同一個数のバネ２６を配置する。しかし、例えば複数の接触子２１ａのそれぞれに直径の異なるバネ２６を配置してもよい。これにより、各接触子２１ａの接触面２１ａ１、２１ａ２における載置部２５への押し付け度合いを変えることができる。また、複数の接触子２１ａのそれぞれに配置するバネ２６の個数を変えてもよい。これにより、各接触子２１ａの接触面２１ａ１、２１ａ２における載置部２５への押し付け度合いを変えることができる。
また、図３（ｃ）に示すように、各接触子２１ａのそれぞれに取り付けられたバネ２６の周囲には銅板２７が設けられてもよい。図３（ｃ）の例では、各接触子２１ａのバネ２６の周囲に２枚ずつ銅板２７が設けられている。銅板２７は、冷凍装置３０から複数の接触子２１ａへの熱伝達を高めるために、銅等の熱伝導率の高い金属などの物質から形成されている。
各接触子２１ａに設けられる銅板２７の個数は２枚に限らず、１枚又は３枚以上であってもよい。銅板２７は、バネ２６の外側に配置されているが、これに限らず、バネ２６の伸縮動作を妨げない位置に設けることができる。例えば銅板２７は、図３（ｃ）に示すように、接触子２１ａの上面や側面に設けることができる。複数の接触子２１ａのそれぞれに配置する銅板２７の個数を変えてもよい。
冷凍装置３０からバネ２６を介して複数の接触子２１ａに直接接触された載置部２５上の基板Ｗを冷却する場合、バネ２６により冷凍装置３０から複数の接触子２１ａへの冷却能力が悪くなる場合がある。そこで、伝熱部材としての銅板２７を複数の接触子２１ａに複数枚設ける。これにより、冷凍装置３０から複数の接触子２１ａへの熱伝導率を高め、載置台２０及び基板Ｗの冷却効率を向上させることができる。
複数の銅板２７は、複数の接触子２１ａに接続される複数の伝熱部材の一例である。伝熱部材は銅板２７に限らず、導線でもよい。銅板２７は、バネ２６の伸縮力を阻害せず、熱交換性を良くするように、ある程度薄く、かつ熱伝導性の高い構造を有している。換言すると、複数の銅板２７を一例とする伝熱部材は、伝熱効率が高く、かつバネの機能を有さず、バネ２６の機能を阻害しない構成であることが好ましい。ただし、バネ２６自体を熱伝導率の高い物質で形成した場合、銅板２７は必ずしも設けなくてもよい。
以上に説明したように、本実施形態に係る複数の接触子２１ａは、複数のバネ２６及び複数の銅板２７を介して冷凍装置３０に取り付けられる。また、昇降駆動部により冷凍装置３０を昇降させることで、複数の接触子２１ａと載置台２０との直接接触を可能とする。これにより伝熱効率を高めて基板Ｗの冷却効率を向上させ、かつ、接触子２１ａの接触面の破損を抑制し、基板Ｗの冷却時間の短縮を実現する基板処理装置１００を提供できる。
［その他の構造］
コールドリンク３５と載置台２０との間に設けられる接触子は、コールドリンク３５側のみに配置されてもよいし、載置台２０側のみに配置されてもよいし、コールドリンク３５側と載置台２０側の両方に配置されてもよい。
基板処理装置１００では、成膜処理時には接触子をコールドリンク３５又は載置台２０から離間し、成膜処理の前後には接触子をコールドリンク３５又は載置台２０に接触することを基板Ｗの成膜処理毎に繰り返す。このため、接触子２１ａ、２１ｂの表面には接触及び離間に対する耐久性と熱伝導性とを両立させるように、図２及び図３に示すように、接触子２１ａ及び／又は接触子２１ｂの表面を、硬質銀メッキ２９、２４で表面処理することが好ましい。硬質銀メッキ２９、２４により接触及び離間時の接触子２１ａ、２１ｂの接触面の摩耗を抑え、接触子２１ａ、２１ｂの耐久性と熱伝導性とを両立させることができる。接触子２１ａ、２１ｂの接触面だけでなく、それ以外の接触子の面及び載置部２５の下面（接触面）を硬質銀メッキ２９、２４で表面処理してもよい。
接触子２１ａ、２１ｂは、接触面が平面である。接触子２１ａ、２１ｂの接触面の平面度は０．０１ｍｍ以内、平面粗さＲａは０．４以内になるように加工されている。これにより、接触子２１ａと接触子２１ｂ、又は接触子２１ａと載置部２５との接触面積をより大きくし、熱伝導の効率を高め、より冷却効率を向上させることができる。
接触子２１ａに接続されるバネ２６及び銅板２７は、例えば、図４に示すように載置台２０側に設けられてもよい。図４の例では、載置部２５下の接触子２１ｂにバネ２６及び銅板２７が接続され、バネ２６及び銅板２７の下方向に複数の接触子２１ａがぶら下がるように配置されている。この例では、複数の接触子２１ａは、載置台２０側に設けられ、冷凍装置３０のコールドリンク３５の上面に接触する。
接触子の接触方式としては、ブロック形状の接触子２１ａ、２１ｂの替わりに、熱伝導性及びバネ性を有する金属Ｏリング、アクチシール等の金属シール材を用いてもよい。ただし、ブロック形状の接触子２１ａ、２１ｂは、接触面積を大きくでき、冷却効率が高いため、熱交換性を考慮するとブロック形状の接触子が好ましい。金属Ｏリング、アクチシール等の金属シール材は、ブロック形状の接触子２１ａ、２１ｂの接触面上に取り付けられてもよい。
冷凍装置３０の駆動方法、つまり、第二昇降装置７８の駆動方法は、エアーシリンダ又はモータであってもよい。ただし、エアーシリンダは、エアーの供給のオンオフを制御するだけで冷凍装置３０の昇降が可能であり、制御が容易な点で好ましい。冷凍装置３０の昇降については、接触子２１ａが載置部２５又は接触子２１ｂに当接したときに、これを検知してエアーの供給を停止するストッパーを設けてエアーシリンダの供給を制御することにより冷凍装置３０のストロークを制御してもよい。
冷凍装置３０の駆動をモータで行う場合、ボールねじ等が必要になり、エアーシリンダによる駆動よりも必要なスペースが大きくなる。また、モータを冷凍装置３０と同軸に設ける必要があるため、装置が大型化する。以上から、エアーシリンダにより冷凍装置３０を駆動させる方式を採用することで省スペースを図ることができる。ただし、モータで冷凍装置３０を駆動させてもよい。
図２～図４に示すように、冷凍装置３０及び接触子２１ａ、２１ｂの周囲に輻射板２８を設けてもよい。
以上に説明したように、本実施形態の載置台構造及び載置台構造を有する基板処理装置１００によれば、冷凍装置３０と連結した接触子による接触構造により冷凍装置３０から載置台２０への熱伝導性の向上を図ることができる。これにより、基板の冷却効率を高め、基板Ｗの冷却及び常温復帰に要する時間を短縮できる。
［基板処理装置の動作と接触子の接触／離間］
次に、基板処理装置１００の動作と接触子２１ａ、２１ｂの接触及び離間の状態について、図５を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係る基板処理装置１００の動作と接触子の状態の一例を示す図である。
基板処理装置１００では、エアーシリンダにより第二昇降装置７８を昇降させることで冷凍装置３０を上下させ、接触子２１ａ、２１ｂを介して冷凍装置３０と載置台２０とを接触及び離間させるように構成される。これにより、基板処理装置１００では、接触子２１ａ、２１ｂによる接触（直接）冷却を行うことができる。以下では、基板Ｗを基板処理装置１００で処理するときの接触子２１ａ、２１ｂの接触及び離間の状態について順に説明する。
まず、図５（１）に示すように、基板Ｗを搬入するとき、第二昇降装置７８を上昇させることで冷凍装置３０を持ち上げ、接触子２１ａ、２１ｂを接触させる（図２（ａ）の状態）。このとき、回転装置４０による回転動作は停止し、載置台２０は回転していない。
次に、図５（２）に示すように、チャック電極３２に直流電圧を印加し、基板Ｗを静電チャックにより吸着した状態で基板Ｗを冷却する。図５（１）に続き接触子２１ａ、２１ｂは接触された状態（図２（ａ）の状態）である。このとき、回転装置４０による回転動作は停止している。
次に、図５（３）に示すように、プロセス（例えば成膜処理）を行う直前に、第二昇降装置７８を下降させることで冷凍装置３０を下げ、プロセスの間、接触子２１ａ、２１ｂを離間させる（図２（ｂ）の状態）。このとき、図２（ａ）のＡで示す接触子２１ａ、２１ｂの接触が図２（ｂ）のＡで示す非接触（離間）の状態になり、図２（ａ）のＢで示すバネ２６が、図２（ｂ）のＢで示すように伸びる。また、このとき、回転装置４０による回転動作が行われ、載置台２０が回転した状態、基板Ｗに成膜処理が行われる。
本実施形態では、冷却構造体（冷却側の接触子２１ａを含む）を大きな体積を有するブロック構造とすることで、接触時の熱伝導性の向上を図ることができる。また、例えば載置台２０（被冷却側の接触子２１ｂ）を大きな体積を有するブロック構造とすることで、離間時の蓄冷効率を上げることができる。
また、接触子にバネ２６を設けることで接触時の摩耗を低減し、接触圧力の再現度を高めることができる。バネ２６は、載置台側に設けてもよく、複数のバネ２６により、接触時の押し付け圧力を調整できる。
次に、チャック電極３２への直流電圧の印加を停止し、除電処理により基板Ｗが載置台２０に吸着されていない状態で図５（４）に示すように、基板Ｗを搬出する。このとき、回転装置４０による回転動作は行われず、載置台２０は回転していない。第二昇降装置７８を上昇させることで冷凍装置３０を上げ、接触子２１ａ、２１ｂは接触された状態（図２（ａ）の状態）になる。
次に、図５（５）に示すように、基板Ｗを搬出後のアイドリング（基板Ｗの搬入待ち）のとき、接触子２１ａ、２１ｂは接触させたままにする（図２（ａ）の状態）。このとき、回転装置４０による回転動作を停止する。次の基板Ｗが搬入されると、図５（１）に戻り、図５（１）～（５）の処理が実行される。
［基板処理装置の制御方法］
次に、図６を参照しながら、一実施形態に係る基板処理装置１００の制御方法について説明する。図６は、一実施形態に係る基板処理装置１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。図６の処理は、制御部８０により制御される。実線の矢印は、基板Ｗが載置される載置部２５の温度が正常の場合の処理の方向を示し、破線の矢印は、載置部２５の温度が異常の場合の処理の方向を示す。
本処理が開始されると、制御部８０は、載置台２０の載置部２５に載置された基板Ｗを処理する前、第二昇降装置７８により冷凍装置３０を上昇させて接触子を冷凍装置３０又は載置部２５に接触させるように制御する（ステップＳ１）。
ステップＳ１の制御により、例えば図２（ａ）の例では、接触子２１ａが、接触子２１ｂを介して載置部２５に接触する。また、例えば図４の例では、接触子２１ａが、コールドリンク３５に接触する。これにより、制御部８０は、冷凍装置３０から載置部２５を直接冷却する（ステップＳ２）。載置部２５の温度が飽和状態に達し、載置部２５が所定温度に安定した場合（ステップＳ３）、制御部８０は基板Ｗを搬入する（ステップＳ４）。なお、ステップＳ３にて載置部２５の温度が飽和状態に達せず、載置部２５の温度が異常な場合、制御部８０は基板Ｗを搬入せず、ステップＳ２に戻る。ステップＳ２にて、再度、冷凍装置３０により載置部２５を冷却し、載置部２５の温度が飽和状態に達するまでステップＳ２、Ｓ３の処理を繰り返す。
ステップＳ４にて基板Ｗを搬入した後、制御部８０は、チャック電極３２に直流電圧を印加し、基板Ｗを静電チャックにより吸着した状態で基板Ｗを接触冷却するように制御する（ステップＳ５）。また、制御部８０は、冷媒供給流路５１から第一冷却ガス（例えばＨｅガス）をバネ２６が配置された空間に供給し、第二冷却ガス供給管３４から第二冷却ガス（例えばＨｅガス）を基板Ｗの下面と載置部２５の上面との間に供給するように制御する。
次に、制御部８０は、成膜処理を行うために、接触子２１ａを載置部２５から離間するように制御する（ステップＳ６）。これにより、図２（ｂ）に示すように、接触子２１ａが、接触子２１ｂを介して載置部２５から離間される。ただし、成膜処理時に載置台２０を回転させない場合、ステップＳ６の処理を実行せずにステップＳ７に進んでもよい。
ステップＳ６により接触子２１ａが載置部２５から離間し、載置部２５が回転可能となる。制御部８０は、回転装置４０により載置部２５を回転させながら基板Ｗに所望の成膜処理を行うように制御する（ステップＳ７）。ただし、載置部２５を回転せずに成膜処理を行う場合、制御部８０は、ステップＳ６を実行してから又はステップＳ６を実行せずに無回転で基板Ｗを成膜処理する。制御部８０は、基板Ｗを成膜処理した後、回転装置４０による載置台２０の回転を停止させる。
次に、制御部８０は、第二昇降装置７８により冷凍装置３０を上昇させて接触子２１ａを、接触子２１ｂを介して載置部２５に接触させるように制御し、冷凍装置３０によって載置部２５を冷却する（ステップＳ８）。その後、制御部８０は、基板Ｗを搬出し（ステップＳ９）、本処理を終了する。
なお、ステップＳ４～Ｓ８において、制御部８０は、載置部２５の温度が予め定められた閾値の範囲を超えたために異常と判定した場合、処理を中止し（ステップＳ１０）、ステップＳ２の接触子２１ａ、２１ｂを接触させて載置部２５を冷却する処理に戻る。この場合、制御部８０は、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。
また、図６の基板処理装置１００の制御方法では、第二昇降装置７８により冷凍装置３０を昇降させて接触子を冷凍装置３０又は載置台２０に接触及び離間させた。しかし、これに限らず、例えば第一昇降装置７７により冷凍装置３０を昇降させて接触子を冷凍装置３０又は載置台２０に接触及び離間させてもよい。
今回開示された実施形態に係る載置台構造、基板処理装置及び基板処理装置の制御方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１０ 真空処理容器
１１ ターゲットホルダ
１３ 排気装置
２０ 載置台
２１ａ、２１ｂ 接触子
３０ 冷凍装置
３１ 冷凍機
３５ コールドリンク
４０ 回転装置
５１ 冷媒供給流路
５２ 冷媒排出流路
６９ 磁性流体シール部
７５、７６ ベローズ
７７ 第一昇降装置
７８ 第二昇降装置
８０ 制御部
１００ 基板処理装置
Ｗ 基板

Claims (17)

  1. 基板を載置する載置台と、
    基板を冷却する冷凍機構と、
    前記載置台又は前記冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、
    前記冷凍機構と前記載置台との対向位置に設けられた接触子と、を有し、
    前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記接触子を介して前記冷凍機構と前記載置台とを接触可能に構成される、載置台構造。
  2. 前記接触子は、前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記冷凍機構又は前記載置台と接触及び離間するように構成される、
    請求項１に記載の載置台構造。
  3. 前記接触子は、前記冷凍機構又は前記載置台との接触面が分割されている、
    請求項２に記載の載置台構造。
  4. 前記接触子は、前記冷凍機構又は前記載置台との接触面が平面である、
    請求項２又は３に記載の載置台構造。
  5. 前記接触子は、前記冷凍機構側又は前記載置台側に複数設けられ、
    複数の前記接触子は、複数の弾性体にそれぞれ接続され、複数の前記弾性体を介して前記冷凍機構又は前記載置台に取り付けられている、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の載置台構造。
  6. 複数の前記接触子は、複数の伝熱部材にそれぞれ接続され、複数の前記弾性体及び複数の前記伝熱部材を介して前記冷凍機構又は前記載置台に取り付けられている、
    請求項５に記載の載置台構造。
  7. 前記冷凍機構は、温調媒体を供給する流路を有し、
    前記流路の先端は、前記冷凍機構と前記載置台との間の空間に開口し、前記流路から前記空間に温調媒体を供給する、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の載置台構造。
  8. 更に基板を回転させる回転駆動部を有し、
    前記回転駆動部は、前記接触子を前記冷凍機構又は前記載置台から離間させた状態で基板を回転させる、
    請求項７に記載の載置台構造。
  9. 前記接触子は、少なくとも前記冷凍機構又は前記載置台に接触する面がメッキで表面処理されている、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の載置台構造。
  10. 前記接触子は、前記冷凍機構又は前記載置台との接触面が、円形状、又は前記円形状を内周側で４分割し、外周側で８分割した形状である、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の載置台構造。
  11. 処理容器と載置台構造とを有する基板処理装置であって、
    前記載置台構造は、
    前記処理容器内にて基板を載置する載置台と、
    基板を冷却する冷凍機構と、
    前記載置台又は前記冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、
    前記冷凍機構と前記載置台との対向位置に設けられた接触子と、を有し、
    前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記接触子を介して前記冷凍機構と前記載置台とを接触可能に構成される、基板処理装置。
  12. 前記基板処理装置は、制御部を有し、
    前記制御部は、前記載置台に載置された基板を処理する前、前記昇降駆動部により前記接触子を前記冷凍機構又は前記載置台と接触させるように制御する、
    請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記制御部は、前記基板を処理する間、前記接触子を前記冷凍機構又は前記載置台から離間させるように制御する、
    請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記基板処理装置は、基板を回転させる回転駆動部を有し、
    前記制御部は、前記接触子を前記冷凍機構又は前記載置台から離間させた後、前記回転駆動部により基板を回転させるように制御する、
    請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記制御部は、前記基板を処理した後、前記回転駆動部による前記載置台の回転を停止し、前記昇降駆動部により前記接触子を前記冷凍機構又は前記載置台と接触させるように制御する、
    請求項１４に記載の基板処理装置。
  16. 前記昇降駆動部は、エアーシリンダ又はモータにより前記載置台又は前記冷凍機構を昇降する、
    請求項１１～１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  17. 処理容器と載置台構造とを有する基板処理装置の制御方法であって、
    前記載置台構造は、
    前記処理容器内にて基板を載置する載置台と、
    基板を冷却する冷凍機構と、
    前記載置台又は前記冷凍機構を昇降させる昇降駆動部と、
    前記冷凍機構と前記載置台との対向位置に設けられた接触子と、を有し、
    前記昇降駆動部による前記載置台又は前記冷凍機構の昇降によって前記接触子を介して前記冷凍機構と前記載置台とを接触するように制御する、基板処理装置の制御方法。
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