JP7224140B2

JP7224140B2 - Stage equipment and processing equipment

Info

Publication number: JP7224140B2
Application number: JP2018200493A
Authority: JP
Inventors: 学中川西; 直行鈴木; 伸二居本; 宏行横原; 基山形
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: JP2020066775A

Description

本開示は、ステージ装置および処理装置に関する。 The present disclosure relates to stage devices and processing devices.

半導体基板等の基板の処理装置、例えば成膜装置として、極低温が必要な処理が存在する。例えば、高い磁気抵抗比を有する磁気抵抗素子を得るために、超高真空かつ極低温の環境下において磁性膜を成膜する技術が知られている。 2. Description of the Related Art There are processes that require extremely low temperatures as processing apparatuses for substrates such as semiconductor substrates, such as film forming apparatuses. For example, in order to obtain a magnetoresistive element having a high magnetoresistive ratio, a technique of forming a magnetic film in an ultra-high vacuum and extremely low temperature environment is known.

極低温において基板を処理する技術として、特許文献１には、冷却処理装置で基板を極低温に冷却した後、別個に設けられた成膜装置により、冷却した基板に対し極低温で磁性膜を成膜することが記載されている。 As a technique for processing a substrate at an extremely low temperature, Patent Document 1 discloses that after the substrate is cooled to an extremely low temperature in a cooling processing apparatus, a magnetic film is formed on the cooled substrate at an extremely low temperature by a separately provided film forming apparatus. It is described that a film is formed.

また、特許文献２には、真空室内に、冷凍機により冷却される冷却ヘッドを設け、冷却ヘッドに基板を支持する支持体としての冷却ステージを固定し、冷却ステージ上で基板を極低温に冷却しつつ薄膜形成処理を行う技術が記載されている。 Further, in Patent Document 2, a cooling head cooled by a refrigerator is provided in a vacuum chamber, a cooling stage as a support for supporting a substrate is fixed to the cooling head, and the substrate is cooled to an extremely low temperature on the cooling stage. A technique for performing a thin film forming process while performing a thin film forming process is described.

特開２０１５－２２６０１０号公報JP 2015-226010 A 特開２００６－７３６０８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-73608

本開示は、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、かつ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。 The present disclosure provides a stage device and a processing device that can rotate a mounted substrate in a state of being cooled to an extremely low temperature and that has high cooling performance.

本開示の一態様に係るステージ装置は、真空容器内で被処理基板を保持するステージと、極低温に保持されるコールドヘッド部を有する冷凍機と、前記コールドヘッド部に接触した状態で固定配置され、前記ステージの裏面側に前記ステージと隙間を介して設けられた冷凍伝熱体と、前記冷凍伝熱体の冷熱を前記ステージに伝熱するための第１冷却ガスを前記隙間に供給する第１冷却ガス供給部と、前記隙間から漏出した前記第１冷却ガスを封入する冷却ガス封入部と、駆動機構により回転され、前記ステージを回転可能に支持するステージ支持部と、駆動機構により回転され、前記ステージを回転可能に支持するとともに、前記冷凍伝熱体の上部を覆う円筒状をなすステージ支持部と、を備え、前記冷却ガス封入部は、前記隙間から漏出した前記第１冷却ガスが流入する空間と、前記空間をシールするシール部材とを有し、前記冷凍伝熱体は、本体部と、前記ステージとの接続部とを有し、前記本体部の周囲に真空断熱構造をなす上部断熱構造体が設けられており、前記空間は、前記ステージ支持部と前記冷凍伝熱体の前記接続部との間、および前記ステージ支持部と前記上部断熱構造体との間に設けられ、前記シール部材は、前記ステージ支持部と前記上部断熱構造体との間に設けられ、前記空間の下端を規定する第１シール部材と、前記上部断熱構造体の上部と前記冷凍伝熱体との間に設けられた第２シール部材とを有する。 A stage device according to an aspect of the present disclosure includes a stage that holds a substrate to be processed within a vacuum vessel, a refrigerator that has a cold head portion that is held at an extremely low temperature, and a fixed arrangement that is in contact with the cold head portion. a refrigerating heat transfer body provided on the rear surface side of the stage with a gap from the stage; a first cooling gas supply unit, a cooling gas enclosing unit that encloses the first cooling gas leaking from the gap, a stage supporting unit that is rotated by a driving mechanism and rotatably supports the stage, and is rotated by the driving mechanism. and a cylindrical stage support part that rotatably supports the stage and covers the upper part of the refrigeration heat transfer body , and the cooling gas filling part is the first cooling part that leaks from the gap. It has a space into which gas flows and a sealing member that seals the space, the refrigerating heat transfer body has a main body and a connection part with the stage, and a vacuum insulation structure around the main body. and the spaces are provided between the stage support portion and the connection portion of the refrigeration heat transfer body and between the stage support portion and the upper heat insulation structure. The sealing member includes a first sealing member provided between the stage support portion and the upper heat insulating structure and defining a lower end of the space, an upper portion of the upper heat insulating structure and the refrigerating heat conductor and a second sealing member provided between.

本開示によれば、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、かつ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とができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to provide a stage device and a processing device that can rotate a mounted substrate in a state of being cooled to an extremely low temperature and that has high cooling performance.

第１の実施形態のステージ装置を備えた処理装置の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a processing apparatus provided with the stage device of the first embodiment; FIG. 一実施形態に係るステージ装置におけるくし歯部の形状の他の例を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of the shape of comb teeth in the stage device according to one embodiment; 冷却ガス封入部のシール部材８１の構造例を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a seal member 81 of a cooling gas enclosure. 冷却ガス封入部のシール部材８２の構造例を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a sealing member 82 of a cooling gas enclosure. 第２の実施形態のステージ装置を備えた処理装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of a processing apparatus provided with the stage device of the second embodiment; 第２の実施形態のステージ装置のバルブ８４を設けた部分を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a portion provided with a valve 84 of the stage device of the second embodiment; 図６のステージ装置をＡ方向から見た図である。FIG. 7 is a diagram of the stage device of FIG. 6 viewed from direction A; バルブ８４が閉じられた状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a valve 84 is closed; バルブ８４が開放された状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a valve 84 is opened;

以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。
＜第１の実施形態＞
最初に、第１の実施形態について説明する。
［処理装置］
図１は、第１の実施形態のステージ装置を備えた処理装置の一例を示す概略断面図である。 Embodiments will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
First, the first embodiment will be described.
[Processing device]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a processing apparatus equipped with the stage device of the first embodiment.

図１に示すように、処理装置１は、真空容器１０と、ターゲット３０と、ステージ装置５０とを備える。処理装置１は、処理容器１０内において、超高真空かつ極低温の環境下で、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗに磁性膜をスパッタ成膜することが可能な成膜装置として構成される。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。 As shown in FIG. 1, the processing apparatus 1 includes a vacuum vessel 10, a target 30, and a stage device 50. As shown in FIG. The processing apparatus 1 can sputter-deposit a magnetic film on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as "wafer") W, which is a substrate to be processed, in an ultra-high vacuum and extremely low temperature environment in a processing vessel 10. It is configured as a possible film forming apparatus. A magnetic film is used, for example, in a tunneling magnetoresistance (TMR) element.

真空容器１０は、被処理基板であるウエハＷを処理するための処理容器である。真空容器１０には、超高真空に減圧可能な真空ポンプ等の排気手段（図示せず）が接続されており、その内部を超高真空（例えば１０^－５Ｐａ以下）に減圧可能に構成されている。真空容器１０には、外部からガス供給管（図示せず）が接続されており、ガス供給管からスパッタ成膜に必要なスパッタガス（例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス等の希ガスや窒素ガス）が供給される。また、真空容器１０の側壁には、ウエハＷの搬入出口（図示せず）が形成されており、搬入出口はゲートバルブ（図示せず）により開閉可能となっている。 The vacuum vessel 10 is a processing vessel for processing wafers W, which are substrates to be processed. An exhaust means (not shown) such as a vacuum pump capable of reducing pressure to an ultra-high vacuum is connected to the vacuum vessel 10, and the interior thereof is configured to be able to reduce pressure to an ultra-high vacuum (for example, 10 ⁻⁵ Pa or less). ing. A gas supply pipe (not shown) is connected to the vacuum vessel 10 from the outside, and a sputtering gas necessary for sputtering film formation (eg, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, neon ( A rare gas such as Ne) gas or nitrogen gas) is supplied. A loading/unloading port (not shown) for the wafer W is formed in the side wall of the vacuum chamber 10, and the loading/unloading port can be opened and closed by a gate valve (not shown).

ターゲット３０は、真空容器１０内の上部に、ステージ装置５０に保持されたウエハＷの上方に対向するように設けられている。ターゲット３０には、プラズマ発生用電源（図示せず）から交流電圧が印加される。真空容器１０内にスパッタガスが導入された状態でプラズマ発生用電源からターゲット３０に交流電圧が印加されると、真空容器１０内にスパッタガスのプラズマが発生し、プラズマ中のイオンによって、ターゲット３０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材料の原子または分子は、ステージ装置５０に保持されたウエハＷの表面に堆積する。ターゲット３０の数は特に限定されないが、１つの処理装置１で異なる材料を成膜できるという観点から、複数であることが好ましい。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３０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３０の材料として、これらの材料に、別の元素を含有させたものを用いることもできる。 The target 30 is provided in the upper part of the vacuum vessel 10 so as to face above the wafer W held by the stage device 50 . An AC voltage is applied to the target 30 from a power supply for plasma generation (not shown). When an AC voltage is applied to the target 30 from the plasma generating power source while the sputtering gas is introduced into the vacuum vessel 10, plasma of the sputtering gas is generated within the vacuum vessel 10, and the ions in the plasma cause the target 30 to be shrunk. is sputtered. Atoms or molecules of the sputtered target material are deposited on the surface of the wafer W held by the stage device 50 . Although the number of targets 30 is not particularly limited, a plurality of targets is preferable from the viewpoint that films of different materials can be formed with one processing apparatus 1 . For example, when depositing a magnetic film (a film containing a ferromagnetic material such as Ni, Fe, Co, etc.), the material of the target 30 can be CoFe, FeNi, NiFeCo, for example. Further, as the material of the target 30, these materials containing another element can also be used.

ステージ装置５０は、後述するように、ステージ５６にウエハＷを保持し、ウエハＷを回転させながら極低温に冷却するものである。 As will be described later, the stage device 50 holds the wafer W on a stage 56 and cools the wafer W to an extremely low temperature while rotating it.

処理装置１は、また、ステージ装置５０の全体を真空容器１０に対して昇降させる昇降機構７４を有する。これにより、ターゲット３０とウエハＷとの間の距離を制御することができる。具体的には、昇降機構７４によりステージ装置５０を昇降させることで、ステージ５６の位置を、ウエハＷをステージ５６に載置するときの搬送位置と、ステージ５６に載置されたウエハＷに成膜を行うときの処理位置との間で移動させることができる。 The processing apparatus 1 also has an elevating mechanism 74 that elevates the entire stage device 50 with respect to the vacuum vessel 10 . Thereby, the distance between the target 30 and the wafer W can be controlled. Specifically, the stage device 50 is moved up and down by the lifting mechanism 74 to change the position of the stage 56 to the transport position when the wafer W is placed on the stage 56 and the wafer W placed on the stage 56 . It can be moved to and from the processing position when performing the membrane.

［ステージ装置］
次に、第１の実施形態に係るステージ装置について詳細に説明する。
第１の実施形態に係るステージ装置５０は、図１に示すように、冷凍機５２と、冷凍伝熱体５４と、ステージ５６と、ステージ支持部５８と、冷却ガス封入部６０と、駆動機構６８とを有する。 [Stage device]
Next, the stage device according to the first embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 1, the stage device 50 according to the first embodiment includes a refrigerator 52, a refrigeration heat conductor 54, a stage 56, a stage support portion 58, a cooling gas enclosure portion 60, and a drive mechanism. 68.

冷凍機５２は、冷凍伝熱体５４を保持し、冷凍伝熱体５４の上面を極低温（例えば－３０℃以下）に冷却する。冷凍機５２は、上部にコールドヘッド部５２ａを有し、コールドヘッド部５２ａから冷凍伝熱体５４へ冷熱が伝熱される。冷凍機５２は、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用したタイプであることが好ましい。ＴＭＲ素子に用いられる磁性膜を成膜する際には、冷凍機５２による冷凍伝熱体５４の冷却温度は、－１２３～－２２３℃（１５０～５０Ｋ）の範囲が好ましい。 The refrigerator 52 holds the frozen heat transfer body 54 and cools the upper surface of the frozen heat transfer body 54 to an extremely low temperature (for example, −30° C. or less). The refrigerator 52 has a cold head portion 52 a in its upper portion, and cold heat is transferred from the cold head portion 52 a to the refrigerating heat transfer body 54 . The refrigerator 52 is preferably of a type using a GM (Gifford-McMahon) cycle from the viewpoint of cooling capacity. When forming the magnetic film used for the TMR element, the cooling temperature of the refrigerating heat transfer body 54 by the refrigerator 52 is preferably in the range of -123 to -223°C (150 to 50K).

冷凍伝熱体５４は、冷凍機５２の上に固定配置され略円柱状をなし、例えば純銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料により形成されている。冷凍伝熱体５４の上部は、真空容器１０内に配置されている。 The refrigerating heat conductor 54 is fixedly arranged on the refrigerator 52 and has a substantially cylindrical shape, and is made of a material having high thermal conductivity such as pure copper (Cu). The upper portion of the refrigerating heat transfer body 54 is arranged inside the vacuum vessel 10 .

冷凍伝熱体５４は、ステージ５６の下方にステージ５６の中心軸Ｃにその中心が一致するように配置されている。冷凍伝熱体５４の内部には、中心軸Ｃに沿って、第１冷却ガスを通流可能な第１冷却ガス供給路５４ａが形成され、ガス供給源（図示せず）から第１冷却ガス供給路５４ａに第１冷却ガスが供給される。第１冷却ガスとしては、高い熱伝導性を有するヘリウム（Ｈｅ）ガスを用いることが好ましい。 The refrigerating heat transfer element 54 is arranged below the stage 56 so that its center coincides with the central axis C of the stage 56 . A first cooling gas supply passage 54a through which a first cooling gas can flow is formed along the central axis C inside the refrigerating heat transfer body 54, and the first cooling gas is supplied from a gas supply source (not shown). A first cooling gas is supplied to the supply path 54a. Helium (He) gas having high thermal conductivity is preferably used as the first cooling gas.

ステージ５６は、冷凍伝熱体５４の上面との間に隙間Ｇ（例えば２ｍｍ以下）を有して配置されている。ステージ５６は、例えば純銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料により形成されている。隙間Ｇは、冷凍伝熱体５４の内部に形成された第１冷却ガス供給路５４ａと連通している。したがって、隙間Ｇには、第１冷却ガス供給路５４ａから冷凍伝熱体５４により冷却された極低温の第１冷却ガスが供給される。これにより、冷凍機５２の冷熱が、冷凍伝熱体５４および隙間Ｇに供給される第１冷却ガスを介してステージ５６に伝熱され、ステージ５６が極低温（例えば、－３０℃以下）に冷却される。 The stage 56 is arranged with a gap G (for example, 2 mm or less) between it and the upper surface of the refrigerating heat transfer element 54 . The stage 56 is made of a material with high thermal conductivity such as pure copper (Cu). The gap G communicates with a first cooling gas supply passage 54 a formed inside the refrigerating heat transfer body 54 . Therefore, the cryogenic first cooling gas cooled by the refrigeration heat transfer body 54 is supplied to the gap G from the first cooling gas supply passage 54a. As a result, the cold heat of the refrigerator 52 is transferred to the stage 56 via the first cooling gas supplied to the refrigerating heat transfer element 54 and the gap G, and the stage 56 reaches an extremely low temperature (for example, −30° C. or lower). Cooled.

ステージ５６は、静電チャック５６ａを含む。静電チャック５６ａは、誘電体膜からなり、その中にチャック電極５６ｂが埋設されている。チャック電極５６ｂには、配線Ｌを介して所定の直流電圧が印加される。これにより、ウエハＷを静電吸着力により吸着して固定することができる。 Stage 56 includes an electrostatic chuck 56a. The electrostatic chuck 56a is made of a dielectric film and has a chuck electrode 56b embedded therein. A predetermined DC voltage is applied through the wiring L to the chuck electrode 56b. Thereby, the wafer W can be attracted and fixed by the electrostatic attraction force.

ステージ５６は、静電チャック５６ａの下部に第１伝熱部５６ｃを有し、第１伝熱部５６ｃの下面には、冷凍伝熱体５４の側に向かって突出する凸部５６ｄが形成されている。図示の例では、凸部５６ｄは、ステージ５６の中心軸Ｃを取り囲む２つの円環状部から構成されている。凸部５６ｄの高さは、例えば４０～５０ｍｍとすることができる。凸部５６ｄの幅は、例えば６～７ｍｍとすることができる。なお、凸部５６ｄの形状および数は特に限定されないが、冷凍伝熱体５４との間の熱伝達効率を高めるという観点から、十分に熱交換可能な表面積となるように形状および数を設定することが好ましい。 The stage 56 has a first heat transfer portion 56c below the electrostatic chuck 56a, and a convex portion 56d protruding toward the refrigerating heat transfer body 54 is formed on the lower surface of the first heat transfer portion 56c. ing. In the illustrated example, the convex portion 56 d is composed of two annular portions surrounding the central axis C of the stage 56 . The height of the convex portion 56d can be, for example, 40 to 50 mm. The width of the convex portion 56d can be, for example, 6 to 7 mm. The shape and number of the projections 56d are not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the heat transfer efficiency with the refrigerating heat transfer body 54, the shape and number are set so that the surface area is sufficient for heat exchange. is preferred.

冷凍伝熱体５４は、本体の上面、すなわち、第１伝熱部５６ｃと対向する面に、第２伝熱部５４ｂを有している。第２伝熱部５４ｂには凸部５６ｄに対して隙間Ｇを有して嵌合する凹部５４ｃが形成されている。図示の例では、凹部５４ｃは、ステージ５６の中心軸Ｃを取り囲む２つの円環状部から構成されている。凹部５４ｃの高さは、凸部５６ｄの高さと同じであってよく、例えば４０～５０ｍｍとすることができる。凹部５４ｃの幅は、例えば凸部５６ｃの幅よりもわずかに広い幅とすることができ、例えば７～９ｍｍであることが好ましい。なお、凹部５４ｃの形状および数は、凸部５６ｃの形状および数と対応するように定められる。 The refrigeration heat transfer element 54 has a second heat transfer part 54b on the upper surface of the main body, that is, on the surface facing the first heat transfer part 56c. A concave portion 54c is formed in the second heat transfer portion 54b so as to be fitted with a gap G with respect to the convex portion 56d. In the illustrated example, the recessed portion 54 c is composed of two annular portions surrounding the central axis C of the stage 56 . The height of the concave portion 54c may be the same as the height of the convex portion 56d, and may be, for example, 40-50 mm. The width of the concave portion 54c can be, for example, slightly wider than the width of the convex portion 56c, and is preferably 7 to 9 mm, for example. The shape and number of the concave portions 54c are determined so as to correspond to the shape and number of the convex portions 56c.

第１伝熱部５６ｃの凸部５６ｄと第２伝熱部５４ｂの凹部５４ｃとは、隙間Ｇを介して嵌合して、くし歯部を構成する。このようにくし歯部を設けることにより、隙間Ｇが屈曲するので、ステージ５６の第１伝熱部５６ｃと冷凍伝熱体５５の第２伝熱部５４ｂとの間の第１冷却ガスによる熱伝達効率を高くすることができる。 The convex portion 56d of the first heat transfer portion 56c and the concave portion 54c of the second heat transfer portion 54b are fitted with a gap G therebetween to form a comb tooth portion. By providing the comb tooth portion in this way, the gap G is bent, so that the heat generated by the first cooling gas between the first heat transfer portion 56c of the stage 56 and the second heat transfer portion 54b of the refrigerating heat transfer body 55 is reduced. Transmission efficiency can be increased.

凸部５６ｄと凹部５４ｃは、図２に示すように、それぞれ対応する波状をなす形状とすることができる。また、凸部５６ｄおよび凹部５４ｃの表面は、ブラスト等により凹凸加工が施されていることが好ましい。これらにより、熱伝達のための表面積を大きくして熱伝達効率をより高めることができる。 As shown in FIG. 2, the convex portion 56d and the concave portion 54c may have corrugated shapes. Further, it is preferable that the surfaces of the convex portion 56d and the concave portion 54c are roughened by blasting or the like. As a result, the surface area for heat transfer can be increased to further improve the heat transfer efficiency.

なお、第１伝熱部５６ｃに凹部が設けられ、第２伝熱部５４ｂにその凹部に対応する凸部が設けられていてもよい。 Note that the first heat transfer portion 56c may be provided with a recess, and the second heat transfer portion 54b may be provided with a protrusion corresponding to the recess.

ステージ５６における静電チャック５６ａと第１伝熱部５６ｃとは、一体的に成形されていてもよく、別体で成形され接合されていてもよい。また、冷凍伝熱体５４の本体と第２伝熱部５４ｂとは、一体的に形成されていてもよく、別体で成形され接合されていてもよい。 The electrostatic chuck 56a and the first heat transfer portion 56c of the stage 56 may be integrally molded or separately molded and joined together. Further, the main body of the refrigerating heat transfer body 54 and the second heat transfer part 54b may be integrally formed, or may be formed separately and joined together.

ステージ５６には、上下に貫通する貫通孔５６ｅが形成されている。貫通孔５６ｅには、第２冷却ガス供給路５７が接続されており、第２冷却ガス供給路５７から貫通孔５６ｅを介して伝熱用の第２冷却ガスがウエハＷの裏面に供給される。第２冷却ガスとしては、第１冷却ガスと同様、高い熱伝導性を有するＨｅガスを用いることが好ましい。このようにウエハＷの裏面、すなわちウエハＷと静電チャック５６ａとの間に、第２冷却ガスを供給することにより、ステージ５６の冷熱を第２冷却ガスを介して効率良くウエハＷに伝達することができる。貫通孔５６ｅは、１つでもよいが、冷凍伝熱体５４の冷熱を特に効率よくウエハＷに伝達するという観点から、複数であることが好ましい。 The stage 56 is formed with a through hole 56e penetrating vertically. A second cooling gas supply path 57 is connected to the through hole 56e, and the second cooling gas for heat transfer is supplied to the rear surface of the wafer W from the second cooling gas supply path 57 through the through hole 56e. . Like the first cooling gas, He gas having high thermal conductivity is preferably used as the second cooling gas. By supplying the second cooling gas to the back surface of the wafer W, that is, between the wafer W and the electrostatic chuck 56a, the cold heat of the stage 56 is efficiently transferred to the wafer W via the second cooling gas. be able to. Although one through-hole 56e may be provided, a plurality of through-holes 56e is preferable from the viewpoint of transferring the cold heat of the refrigerating heat transfer body 54 to the wafer W particularly efficiently.

ウエハＷ裏面に供給する第２冷却ガスの流路を隙間Ｇに供給される第１冷却ガスの流路と分離することで、第１冷却ガスの供給にかかわらず、ウエハＷの裏面に所望の圧力、流量で冷却ガスを供給することができる。同時に、裏面に供給されるガスの圧力、流量および供給タイミング等に制限されることなく、ウエハＷ隙間Ｇに連続的に高圧・極低温状態の冷却ガスを供給することができる。 By separating the flow path of the second cooling gas supplied to the back surface of the wafer W from the flow path of the first cooling gas supplied to the gap G, a desired cooling gas can be obtained on the back surface of the wafer W regardless of the supply of the first cooling gas. Cooling gas can be supplied with pressure and flow rate. At the same time, it is possible to continuously supply a high-pressure, cryogenic cooling gas to the gap G between the wafers W without being restricted by the pressure, flow rate, supply timing, and the like of the gas supplied to the rear surface.

ステージ支持部５８は、冷凍伝熱体５４の外側に配置され、ステージ５６を回転可能に支持する。図示の例では、ステージ支持部５８は、略円筒状をなす本体部５８ａと、本体部５８ａの下面において外側に延出するフランジ部５８ｂとを有する。本体部５８ａは、隙間Ｇおよび冷凍伝熱体５４の上部の外周面を覆うように配置されている。これにより、ステージ支持部５８は、冷凍伝熱体５４とステージ５６の接続部である隙間Ｇを遮蔽する機能も有する。ステージ支持部５８は、真空断熱構造を有していることが好ましい。本体部５８ａは、その軸方向中央部に縮径部５８ｃを有している。本体部５８ａおよびフランジ部５８ｂは、例えばステンレス等の金属により形成されている。 The stage support portion 58 is arranged outside the refrigerating heat transfer body 54 and supports the stage 56 rotatably. In the illustrated example, the stage support portion 58 has a substantially cylindrical body portion 58a and a flange portion 58b extending outward from the lower surface of the body portion 58a. The main body portion 58 a is arranged to cover the gap G and the outer peripheral surface of the upper portion of the refrigerating heat transfer body 54 . As a result, the stage support portion 58 also has a function of shielding the gap G, which is the connection portion between the refrigerating heat transfer element 54 and the stage 56 . The stage support section 58 preferably has a vacuum insulation structure. The main body portion 58a has a reduced diameter portion 58c at its axial center portion. The body portion 58a and the flange portion 58b are made of metal such as stainless steel.

冷却ガス封入部６０は、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスを封入する。冷却ガス封入部６０は、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスが流入する空間Ｓと、空間Ｓをシールするシール部材（第１シール部材８１および第２シール部材８２）とを有する。空間Ｓは、冷凍伝熱体５４の上部の周囲に設けられている。具体的には、空間Ｓは、ステージ支持部５８の本体部５８ａと、冷凍伝熱体５４の第２伝熱部５４ｂおよび後述する上部断熱構造体７１の上部との間に設けられている。第１シール部材８１は、ステージ支持部５８の下端部近傍と、後述する上部断熱構造体７１との間に設けられている。第２シール部材８２は、後述する上部断熱構造体７１の上面と冷凍伝熱体５４の第２伝熱部５４ｂとの間に設けられている。 The cooling gas enclosing part 60 encloses the first cooling gas leaked from the gap G. As shown in FIG. The cooling gas enclosure 60 has a space S into which the first cooling gas leaking from the gap G flows, and seal members (a first seal member 81 and a second seal member 82) that seal the space S. As shown in FIG. The space S is provided around the upper portion of the refrigerating heat transfer body 54 . Specifically, the space S is provided between the main body portion 58a of the stage support portion 58, the second heat transfer portion 54b of the refrigerating heat transfer member 54, and the upper portion of the upper heat insulating structure 71, which will be described later. The first seal member 81 is provided between the vicinity of the lower end portion of the stage support portion 58 and an upper heat insulating structure 71 to be described later. The second seal member 82 is provided between the upper surface of the upper heat insulating structure 71 and the second heat transfer portion 54b of the refrigerating heat transfer body 54, which will be described later.

冷却ガス封入部６０は、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスを空間Ｓに封入し、シール部材８１およびシール部材８２により、第１冷却ガスが空間Ｓの下方やシール部材８２の内側の冷凍伝熱体５４の表面に排出されることを防止する。空間Ｓには、シール部材８１を貫通してガス流路７２が接続されている。ガス流路７２は、空間Ｓから下方に延びている。冷却ガス封入部６０の詳細については後述する。 The cooling gas enclosing part 60 encloses the first cooling gas leaking from the gap G into the space S, and the sealing member 81 and the sealing member 82 allow the first cooling gas to flow through the refrigeration transmission below the space S and inside the sealing member 82 . It is prevented from being discharged to the surface of the heat body 54 . A gas flow path 72 is connected to the space S through the sealing member 81 . The gas flow path 72 extends downward from the space S. Details of the cooling gas enclosure 60 will be described later.

ステージ支持部５８のフランジ部５８ｂの下面には、断熱部材６１を介してシール回転機構６２が設けられている。断熱部材６１は、フランジ部５８ｂと同軸に形成された円環状をなし、フランジ部５８ｂに対して固定されおり、アルミナ等のセラミックスにより形成されている。 A seal rotation mechanism 62 is provided on the lower surface of the flange portion 58 b of the stage support portion 58 via a heat insulating member 61 . The heat insulating member 61 has an annular shape coaxial with the flange portion 58b, is fixed to the flange portion 58b, and is made of ceramic such as alumina.

シール回転機構６２は、断熱部材６１下方に設けられている。シール回転機構６２は、回転部６２ａと、内側固定部６２ｂと、外側固定部６２ｃと、加熱手段６２ｄとを有する。 The seal rotating mechanism 62 is provided below the heat insulating member 61 . The seal rotating mechanism 62 has a rotating portion 62a, an inner fixing portion 62b, an outer fixing portion 62c, and a heating means 62d.

回転部６２ａは、断熱部材６１と同軸に下方に延在する略円筒形状を有しており、内側固定部６２ｂおよび外側固定部６２ｃに対して磁性流体により気密にシールされた状態で駆動装置６８により回転される。回転部６２ａは、断熱部材６１を介してステージ支持部５８と接続されているので、ステージ支持部５８から回転部６２ａへの冷熱の伝達が断熱部材６１により遮断される。このため、シール回転機構６２の磁性流体の温度が低下することにより、シール性能が低下したり、結露が生じたりすることを抑制することができる。 The rotating portion 62a has a substantially cylindrical shape extending downward coaxially with the heat insulating member 61, and is airtightly sealed with a magnetic fluid to the inner fixing portion 62b and the outer fixing portion 62c. is rotated by Since the rotating portion 62a is connected to the stage support portion 58 via the heat insulating member 61, the heat insulating member 61 blocks the transmission of cold heat from the stage supporting portion 58 to the rotating portion 62a. For this reason, it is possible to suppress deterioration in sealing performance and occurrence of dew condensation due to a decrease in the temperature of the magnetic fluid in the seal rotating mechanism 62 .

内側固定部６２ｂは、内径が冷凍伝熱体５４の外径よりも大きく、外径が回転部６２ａの内径よりも小さい略円筒形状を有し、冷凍伝熱体５４と回転部６２ａとの間に磁性流体を介して設けられている。 The inner fixed portion 62b has a substantially cylindrical shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the refrigerating heat transfer body 54 and an outer diameter smaller than the inner diameter of the rotating portion 62a. is provided via a magnetic fluid.

外側固定部６２ｃは、内径が回転部６２ａの外径よりも大きい略円筒形状を有し、回転部６２ａの外側に磁性流体を介して設けられている。 The outer fixed portion 62c has a substantially cylindrical shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the rotating portion 62a, and is provided outside the rotating portion 62a via a magnetic fluid.

加熱手段６２ｄは、内側固定部６２ｂの内部に埋め込まれており、シール回転機構６２の全体を加熱する。これにより、磁性流体の温度が低下し、シール性能が低下したり、結露が生じたりすることを抑制できる。 The heating means 62 d is embedded inside the inner fixing portion 62 b and heats the entire seal rotation mechanism 62 . As a result, it is possible to prevent the temperature of the magnetic fluid from dropping, the sealing performance from deteriorating, and the occurrence of dew condensation.

このような構成により、シール回転機構６２は、真空容器１０に連通した領域を磁性流体により気密にシールして真空に保持した状態で、ステージ支持部５８を回転させることができる。 With such a configuration, the seal rotation mechanism 62 can rotate the stage support section 58 while the area communicating with the vacuum vessel 10 is hermetically sealed with the magnetic fluid and held in vacuum.

外側固定部６２ｃの上面と真空容器１０の下面との間には、ベローズ６４が設けられている。ベローズ６４は、上下方向に伸縮可能な金属製の蛇腹構造体である。ベローズ６４は、冷凍伝熱体５４、ステージ支持部５８、および断熱部材６０を囲み、真空容器１０内の空間およびそれに連通する真空に保持された空間と、大気雰囲気の空間とを分離する。 A bellows 64 is provided between the upper surface of the outer fixing portion 62c and the lower surface of the vacuum vessel 10. As shown in FIG. The bellows 64 is a metallic bellows structure that can be expanded and contracted in the vertical direction. The bellows 64 surrounds the refrigerating heat transfer member 54, the stage support portion 58, and the heat insulating member 60, and separates the space within the vacuum vessel 10 and the vacuum-held space communicating therewith from the atmospheric space.

シール回転機構６２の下方にはスリップリング６６が設けられている。スリップリング６６は、金属リングを含む回転体６６ａと、ブラシを含む固定体６６ｂとを有する。回転体６６ａは、シール回転機構６２の回転部６２ａの下面に固定され、回転部６２ａと同軸に下方に延在する略円筒形状を有する。固定体６６ｂは、内径が回転体６６ａの外径よりもわずかかに大きい略円筒形状を有する。 A slip ring 66 is provided below the seal rotation mechanism 62 . The slip ring 66 has a rotating body 66a including a metal ring and a fixed body 66b including brushes. The rotating body 66a is fixed to the lower surface of the rotating portion 62a of the seal rotating mechanism 62 and has a substantially cylindrical shape extending downward coaxially with the rotating portion 62a. The fixed body 66b has a substantially cylindrical shape with an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the rotating body 66a.

スリップリング６６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圧を、固定体６６ｂのブラシおよび回転体６６ａの金属リングを介して、配線Ｌに伝達する。これにより、配線Ｌ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圧を印加することができる。スリップリング６６の回転体６６ａは、駆動機構６８を介して回転されるようになっている。 The slip ring 66 is electrically connected to a DC power supply (not shown), and transmits the voltage supplied from the DC power supply to the wiring L via the brushes of the stationary body 66b and the metal ring of the rotating body 66a. do. As a result, a voltage can be applied from the DC power supply to the chuck electrode without twisting the wiring L or the like. A rotating body 66 a of the slip ring 66 is rotated via a drive mechanism 68 .

駆動機構６８は、ロータ６８ａと、ステータ６８ｂとを有するダイレクトドライブモータである。ロータ６８ａは、スリップリング６６の回転体６６ａと同軸に延在する略円筒形状を有し、回転体６６ａに対して固定されている。ステータ６８ｂは、内径がロータ６８ａの外径よりも大きい略円筒形状を有する。駆動機構６８を駆動させた際には、ロータ６８ａが回転し、ロータ６８ａの回転が、回転体６６ａ、回転部６２ａ、ステージ支持部５８を介してステージ５６に伝達され、ステージ５６およびその上のウエハＷが冷凍伝熱体５４に対して回転する。図１では、便宜上、回転する部材を、ドットを付して示している。 The drive mechanism 68 is a direct drive motor having a rotor 68a and a stator 68b. The rotor 68a has a substantially cylindrical shape extending coaxially with the rotating body 66a of the slip ring 66, and is fixed to the rotating body 66a. The stator 68b has a substantially cylindrical shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the rotor 68a. When the driving mechanism 68 is driven, the rotor 68a rotates, and the rotation of the rotor 68a is transmitted to the stage 56 via the rotating body 66a, the rotating portion 62a, and the stage support portion 58. The wafer W rotates with respect to the frozen heat conductor 54 . In FIG. 1, the rotating members are shown with dots for convenience.

なお、駆動機構６８としてダイレクトドライブモータの例を示したが、駆動機構６８を、ベルト等を介して駆動するものであってもよい。 Although an example of a direct drive motor is shown as the drive mechanism 68, the drive mechanism 68 may be driven via a belt or the like.

冷凍機５２のコールドヘッド部５２ａおよび冷凍伝熱体５４のコールドヘッド部５２との接続部（冷凍伝熱体５４の下部）を覆うように、下部断熱構造体７０が設けられている。下部断熱構造体７０は、二重管構造の円筒状をなし、内部が真空にされた真空断熱構造（真空二重管構造）をなしている。下部断熱構造体７０により、駆動機構６８等の外部からの熱が、ステージ５６およびウエハＷの冷却に重要な冷凍機５２のコールドヘッド部５２ａおよび冷凍伝熱体５４のコールドヘッド部５２との接続部（冷凍伝熱体５４の下部）への入熱を抑制する。これにより、冷凍機５２のコールドヘッド部５２ａおよび冷凍伝熱体５４のその近傍部分の冷却性能の低下を抑制することができる。 A lower heat insulating structure 70 is provided so as to cover the cold head portion 52a of the refrigerator 52 and the connecting portion (under the refrigerating heat transfer member 54) of the cold head portion 52 of the refrigerating heat transfer member 54. As shown in FIG. The lower heat insulating structure 70 has a cylindrical shape with a double tube structure, and has a vacuum heat insulating structure (vacuum double tube structure) in which the inside is evacuated. The lower heat insulating structure 70 allows heat from outside such as the driving mechanism 68 to be connected to the cold head portion 52a of the refrigerator 52 and the cold head portion 52 of the refrigerating heat conductor 54, which are important for cooling the stage 56 and the wafer W. heat input to the portion (the lower portion of the refrigerating heat transfer body 54). As a result, deterioration of the cooling performance of the cold head portion 52a of the refrigerator 52 and the portion of the refrigerating heat transfer body 54 in the vicinity thereof can be suppressed.

また、冷凍伝熱体５４の第２伝熱部５４ｂ以外の本体部を覆うように、下部断熱構造体７０の内側にオーバーラップして、内部が真空にされた真空二重管構造の円筒状をなす上部断熱構造体７１が設けられている。上部断熱構造体７１により、磁性流体シールや空間Ｓへ漏出した第１冷却ガス等の外部からの熱が冷凍伝熱体５４へ入熱することによる冷却性能の低下を抑制することができる。冷凍伝熱体５４の下部において下部断熱構造体７０および上部断熱構造体７１をオーバーラップさせることにより、冷凍伝熱体５４の断熱されない部分をなくすことができ、かつ、コールドヘッド部５２ａおよびその近傍の断熱を強化することができる。 In addition, it overlaps the inner side of the lower heat insulating structure 70 so as to cover the body portion of the refrigerating heat transfer body 54 other than the second heat transfer portion 54b, and has a vacuum double-tube structure in which the inside is evacuated. An upper heat insulating structure 71 is provided. The upper heat insulating structure 71 can suppress deterioration in cooling performance due to heat input from the outside such as the magnetic fluid seal or the first cooling gas leaking into the space S to the refrigerating heat transfer body 54 . By overlapping the lower heat-insulating structure 70 and the upper heat-insulating structure 71 under the refrigerating heat transfer body 54, it is possible to eliminate the non-insulated portion of the refrigerating heat transfer body 54 and prevent cold head portion 52a and its vicinity. The insulation of the can be strengthened.

また、下部断熱構造体７０および上部断熱構造体７１により、冷凍機５２および冷凍伝熱体５４の冷熱が外部へ伝達することを抑制することもできる。 Further, the lower heat insulating structure 70 and the upper heat insulating structure 71 can suppress the cold heat of the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer body 54 from being transmitted to the outside.

ステージ装置５０は、冷凍伝熱体５４、隙間Ｇ等の温度を検出するための温度センサを有していてもよい。温度センサとしては、例えばシリコンダイオード温度センサ、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。 The stage device 50 may have a temperature sensor for detecting temperatures of the refrigerating heat conductor 54, the gap G, and the like. As the temperature sensor, for example, a temperature sensor for low temperatures such as a silicon diode temperature sensor and a platinum resistance temperature sensor can be used.

［冷却ガス封入部］
次に、ステージ装置５０の冷却ガス封入部６０について詳細に説明する。
上述したように、ステージ装置５０では、極低温の冷凍機５２の冷熱を、冷凍伝熱体５４を介してステージ５６に伝熱し、ステージ５６上のウエハＷを、例えば－３０℃以下の極低温に冷却する。したがって、冷凍機５２および冷凍伝熱体５４へ外部から入熱があると冷却性能が低下してしまう。このため、冷凍機５２および冷凍伝熱体５４への外部からの入熱を極力抑制する必要がある。 [Cooling gas enclosure]
Next, the cooling gas enclosure 60 of the stage device 50 will be described in detail.
As described above, in the stage device 50, the cold heat of the cryogenic refrigerator 52 is transferred to the stage 56 via the refrigeration heat transfer member 54, and the wafer W on the stage 56 is cooled to a cryogenic temperature of -30°C or less, for example. cool to Therefore, if heat is input from the outside to the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer member 54, the cooling performance is lowered. Therefore, it is necessary to suppress heat input from the outside to the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer member 54 as much as possible.

しかし、ステージ５６を冷却する際に隙間Ｇに供給された第１冷却ガスが隙間Ｇから漏出して拡散すると、磁性流体シールや駆動機構６８等で加熱された第１冷却ガスから冷凍機５２や冷凍伝熱体５４へ熱が供給され、冷却性能が低下する。また、冷凍伝熱体５４により冷却された第１冷却ガスを介してステージ５６を冷却するが、第１冷却ガスが隙間Ｇから漏出し続けると冷却効率が悪い。 However, if the first cooling gas supplied to the gap G when cooling the stage 56 leaks from the gap G and diffuses, the first cooling gas heated by the magnetic fluid seal, the drive mechanism 68, etc. Heat is supplied to the refrigerating heat transfer body 54, and the cooling performance is lowered. Also, the stage 56 is cooled via the first cooling gas cooled by the refrigerating heat transfer body 54, but if the first cooling gas continues to leak from the gap G, the cooling efficiency is poor.

そこで、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスを封入する冷却ガス封入部６０を設ける。冷却ガス封入部６０は、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスが流入する空間Ｓと、空間Ｓをシールするシール部材（第１シール部材８１および第２シール部材８２）とを有する。空間Ｓは、冷凍伝熱体５４の上部の周囲に設けられている。具体的には、空間Ｓは、ステージ支持部５８の本体部５８ａと、冷凍伝熱体５４のステージ５６との接続部である第２伝熱部５４ｂとの間、およびステージ支持部５８の本体部５８ａと、上部断熱構造体７１の上部との間に設けられている。第１シール部材８１は、空間Ｓの下端を規定する。具体的には、第１シール部材８１は、ステージ支持部５８の本体部５８ａにおける縮径部５８ｃの下端部近傍と、上部断熱構造体７１との間に設けられ、空間Ｓの下方への第１冷却ガスの拡散を防止している。第２シール部材８２は、上部断熱構造体７１の上部と冷凍伝熱体５４との間に設けられ、上部断熱構造体７１と冷凍伝熱体５４との間への第１冷却ガスの侵入を防止している。 Therefore, a cooling gas enclosing part 60 for enclosing the first cooling gas leaked from the gap G is provided. The cooling gas enclosure 60 has a space S into which the first cooling gas leaking from the gap G flows, and seal members (a first seal member 81 and a second seal member 82) that seal the space S. As shown in FIG. The space S is provided around the upper portion of the refrigerating heat transfer body 54 . Specifically, the space S is defined between the body portion 58a of the stage support portion 58 and the second heat transfer portion 54b, which is the connection portion of the refrigerating heat transfer body 54 and the stage 56, and the main body portion of the stage support portion 58. It is provided between the portion 58 a and the upper portion of the upper heat insulating structure 71 . The first seal member 81 defines the lower end of the space S. Specifically, the first seal member 81 is provided between the vicinity of the lower end portion of the diameter-reduced portion 58c of the main body portion 58a of the stage support portion 58 and the upper heat insulating structure 71, and the first seal member 81 is provided to extend the space S downward. 1 Prevents diffusion of cooling gas. The second seal member 82 is provided between the upper portion of the upper heat insulating structure 71 and the refrigerating heat transfer member 54 to prevent the first cooling gas from entering between the upper heat insulating structure 71 and the refrigerating heat transfer member 54 . are preventing.

このように、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスが空間Ｓに封入されることにより、隙間Ｇから漏出して拡散した第１ガス冷却ガスから冷凍機５２や冷凍伝熱体５４へ入熱されることによる冷却性能の低下を抑制することができる。また、第１冷却ガスが空間Ｓに封入されると、第１冷却ガスが冷凍伝熱体５４との間で十分に熱交換され、冷却効率を高めることができる。また、第１冷却ガスを封入することにより、第１冷却ガス、例えばＨｅガスの節約にもなる。 Since the first cooling gas leaked from the gap G is enclosed in the space S in this manner, heat is input to the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer member 54 from the first gas cooling gas leaked from the gap G and diffused. It is possible to suppress the deterioration of the cooling performance due to this. Further, when the first cooling gas is enclosed in the space S, heat is sufficiently exchanged between the first cooling gas and the refrigerating heat transfer body 54, and the cooling efficiency can be improved. Also, by enclosing the first cooling gas, the first cooling gas such as He gas can be saved.

第１シール部材８１としては、例えば図３に示すようなものを用いることができる。図３では、第１シール部材８１は、フランジシールとして構成される。具体的には、第１シール部材８１は、真空二重管構造を有する上部断熱構造体７１の外管と一体に形成された本体部８１１と、本体部８１１と内側固定部６２ｂとの間に介在された樹脂シール８１２と、樹脂シール８１２を介して本体部８１１と内側固定部６２ｂとを締結する締結ネジ８１３とを有する。これにより、上部断熱構造体７１とシール回転機構６２との間および上部断熱構造体７１と下部断熱構造体７０との間の空間への第１冷却ガスの流出を防止することができる。 As the first sealing member 81, for example, the one shown in FIG. 3 can be used. In FIG. 3, the first sealing member 81 is configured as a flange seal. Specifically, the first seal member 81 is provided between a body portion 811 formed integrally with the outer pipe of the upper heat insulating structure 71 having a vacuum double-tube structure, and between the body portion 811 and the inner fixing portion 62b. It has an intervening resin seal 812 and a fastening screw 813 that fastens the body portion 811 and the inner fixing portion 62 b via the resin seal 812 . As a result, the first cooling gas can be prevented from flowing out into the spaces between the upper heat insulating structure 71 and the seal rotating mechanism 62 and between the upper heat insulating structure 71 and the lower heat insulating structure 70 .

また、第２シール部材８２としては、例えば図４に示すようなものを用いることができる。図４では、第２シール部材８２は、ガスシールであるオムニシールとして構成される。具体的には、第２シール部材８２は、第１シール８２１および第２シール８２２と、これらを挟持する金属部８２３，８２４および８２５とを有する。第１シール８２１は、内側の冷凍伝熱体５４との間の流路をシールし、第２シール８２２は外側のステージ支持部５８側の流路をシールする。なお、第１シール部材８１も同様なオムニールで構成してもよい。 As the second sealing member 82, for example, the one shown in FIG. 4 can be used. In FIG. 4, the second seal member 82 is configured as an omni-seal, which is a gas seal. Specifically, the second seal member 82 has a first seal 821, a second seal 822, and metal portions 823, 824 and 825 sandwiching them. The first seal 821 seals the flow path between the inner refrigerating heat transfer element 54 and the second seal 822 seals the outer flow path on the stage support section 58 side. Incidentally, the first sealing member 81 may also be made of a similar omniel.

第１シール部材８１を貫通して空間Ｓに接続されたガス流路７２は、第１冷却ガスが第１シール部材８１および第２シール部材８２から漏れ出て空間Ｓの下方やシール部材８２の内側の冷凍伝熱体５４の表面に排出されることを抑制するために、空間Ｓから第１冷却ガスを排出するエバックラインとして機能する。 The gas flow path 72 connected to the space S through the first seal member 81 allows the first cooling gas to leak out from the first seal member 81 and the second seal member 82 and flow below the space S and from the seal member 82 . It functions as an evacuation line for discharging the first cooling gas from the space S in order to prevent it from being discharged onto the surface of the inner refrigerating heat transfer body 54 .

空間Ｓを第１シール部材８１および第２シール部材８２でシールしたとしても、空間Ｓからの第１冷却ガスの漏出を完全に阻止することは困難であり、いずれは空間Ｓから漏出して冷凍機５２や冷凍伝熱体５４へ熱を供給するおそれがある。このため、ガス流路７２を介して空間Ｓ内の第１冷却ガスを排出するようにして、冷凍機５２や冷凍伝熱体５４の周囲の空間へ第１冷却ガスが漏出することを抑制する。 Even if the space S is sealed with the first sealing member 81 and the second sealing member 82, it is difficult to completely prevent the leakage of the first cooling gas from the space S. There is a risk of supplying heat to the machine 52 and the refrigerating heat transfer body 54 . Therefore, by discharging the first cooling gas in the space S through the gas flow path 72, leakage of the first cooling gas to the space around the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer body 54 is suppressed. .

また、ガス流路７２を介して空間Ｓ内の第１冷却ガスを排出することにより、第１冷却ガスがシール回転機構６２へ侵入することを抑制して、磁性流体の温度の低下によりシール性能が低下することを防止することもできる。 In addition, by discharging the first cooling gas in the space S through the gas flow path 72, the first cooling gas is prevented from entering the seal rotation mechanism 62, thereby reducing the temperature of the magnetic fluid and improving the sealing performance. can also be prevented from declining.

なお、ガス流路７２から、アルゴン（Ａｒ）ガスやネオン（Ｎｅ）ガスのような第１冷却ガスよりも熱伝導性の低い第３冷却ガスを空間Ｓに流入させ、第１冷却ガスに対するカウンターフローとしてとして機能させてもよい。これにより、第１冷却ガスによる熱伝導を抑制することができる。また、第３の冷却ガスにより結露を防止することもできる。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３冷却ガスの供給圧力は、第１冷却ガスの供給圧力と略同一、または、わずかに高い圧力であることが好ましい。 A third cooling gas having a lower thermal conductivity than the first cooling gas, such as argon (Ar) gas or neon (Ne) gas, is caused to flow into the space S from the gas flow path 72 to counter the first cooling gas. You may make it function as a flow. Thereby, heat conduction by the first cooling gas can be suppressed. Also, condensation can be prevented by the third cooling gas. From the viewpoint of enhancing the counterflow function, the supply pressure of the third cooling gas is preferably substantially the same as or slightly higher than the supply pressure of the first cooling gas.

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態のステージ装置を備えた処理装置の一例を示す概略断面図である。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a processing apparatus provided with the stage device of the second embodiment.

処理装置１´は、第１の実施形態のステージ装置５０に代えて、ステージ装置５０´を有する。ステージ装置５０´は、ウエハＷと静電チャック５６ａとの間の伝熱ガスとして、隙間Ｇに供給される第１冷却ガスを用いる点、および空間Ｓに封入される第１冷却ガスを排出するバルブを設けた点がステージ装置５０とは異なる。ステージ装置５０´の他の構成は第１の実施形態のステージ装置と同様であるから、同じ符号を付して説明を省略する。 The processing apparatus 1' has a stage device 50' instead of the stage device 50 of the first embodiment. The stage device 50' uses the first cooling gas supplied to the gap G as the heat transfer gas between the wafer W and the electrostatic chuck 56a, and discharges the first cooling gas enclosed in the space S. It differs from the stage device 50 in that a valve is provided. Since other configurations of the stage device 50' are the same as those of the stage device of the first embodiment, they are denoted by the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.

テージ装置５０´では、ステージ５６に隙間Ｇに連通した貫通孔５６ｆが設けられている。これにより、第１冷却ガス供給路５４ａから隙間Ｇに供給される第１冷却ガスの一部が、貫通孔５６ｆを介して、静電チャック５６ａとウエハＷとの間に伝熱ガスとして供給される。貫通孔５６ｆは、１つでもよいが、冷凍伝熱体５４の冷熱を特に効率よくウエハＷに伝達するという観点から、複数であることが好ましい。このように、ウエハＷの裏面に供給される冷却ガスとして隙間Ｇに供給される第１冷却ガスを用いることにより、冷却ガス供給路を少なくすることができる。 In the stage device 50', the stage 56 is provided with a through hole 56f communicating with the gap G. As shown in FIG. As a result, part of the first cooling gas supplied to the gap G from the first cooling gas supply path 54a is supplied as a heat transfer gas between the electrostatic chuck 56a and the wafer W through the through holes 56f. be. Although one through-hole 56f may be provided, it is preferable that there be a plurality of through-holes 56f from the viewpoint of transferring the cold heat of the refrigerating heat transfer body 54 to the wafer W particularly efficiently. By using the first cooling gas supplied to the gap G as the cooling gas supplied to the back surface of the wafer W in this manner, the number of cooling gas supply paths can be reduced.

また、ステージ装置５０´は、空間Ｓから真空容器１０内に第１冷却ガスを排出するためのバルブ８４を有する。本実施形態では、第１冷却ガス供給路５４ａから隙間Ｇに供給される第１冷却ガスの一部をウエハＷ裏面に供給する構成であるため、処理後、静電チャック５６ａによるウエハＷの吸着を解除する際に、空間Ｓの第１冷却ガスを迅速に排出する必要がある。このため、リリーフバルブ８４を用いる。 Further, the stage device 50 ′ has a valve 84 for discharging the first cooling gas from the space S into the vacuum vessel 10 . In the present embodiment, since part of the first cooling gas supplied to the gap G from the first cooling gas supply path 54a is supplied to the rear surface of the wafer W, the wafer W is attracted by the electrostatic chuck 56a after processing. is released, the first cooling gas in the space S must be discharged quickly. For this reason, a relief valve 84 is used.

図６はステージ装置５０´のバルブ８４を設けた部分を示す断面図、図７は図６のステージ装置５０´をＡ方向から見た図である。図６に示すように、バルブ８４は、ステージ支持部５８の水平部に形成された孔５８１に対応する部分に取り付けられている。リリーフバルブ８４は、バルブ本体部８４１と、バルブシャフト８４２と、シャフト挿通パイプ８４３と、バルブシール部８４４と、バルブ本体部シール部材８４５と、プレート８４６と、板バネ８４７とを有している。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a portion of the stage device 50' where the valve 84 is provided, and FIG. 7 is a view of the stage device 50' in FIG. As shown in FIG. 6, the valve 84 is attached to a portion corresponding to the hole 581 formed in the horizontal portion of the stage support portion 58 . The relief valve 84 has a valve body portion 841 , a valve shaft 842 , a shaft insertion pipe 843 , a valve seal portion 844 , a valve body portion seal member 845 , a plate 846 and a leaf spring 847 .

バルブ本体部８４１は、ステージ支持部５８の水平部の下面の孔５８１の周囲に取り付けられ、例えばステンレス鋼からなる。バルブ本体部８４１には、孔５８１に連通する垂直孔８４１ａおよび垂直孔８４１ａに繋がる水平孔８４１ｂを有している。 The valve body portion 841 is attached around the hole 581 on the lower surface of the horizontal portion of the stage support portion 58, and is made of stainless steel, for example. The valve body 841 has a vertical hole 841a communicating with the hole 581 and a horizontal hole 841b communicating with the vertical hole 841a.

シャフト挿通パイプ８４３は、テフロン（登録商標）等の樹脂からなり、垂直孔８４１ａ内に設けられ、バルブ本体部８４１に取り付けられている。シャフト挿通パイプ８４３の側面には、バルブ本体部８４１の水平孔８４１ｂに連通する孔８４３ａを有している。 The shaft insertion pipe 843 is made of resin such as Teflon (registered trademark), is provided in the vertical hole 841a, and is attached to the valve body portion 841 . A side surface of the shaft insertion pipe 843 has a hole 843 a that communicates with the horizontal hole 841 b of the valve body portion 841 .

バルブシール部８４４は、ＰＴＦＥ等の樹脂からなり、シャフト挿通パイプ８４３の上端に設けられ、弁座として機能する。 The valve seal portion 844 is made of resin such as PTFE, is provided at the upper end of the shaft insertion pipe 843, and functions as a valve seat.

バルブシャフト８４２は、シャフト挿通パイプ８４３内に挿通され、上端にシャフトヘッド８４２ａを有している。また、バルブシャフト８４２の下端には、例えばステンレス鋼製のプレート８４５が取り付けられている。バルブシャフト８４２はバルブ本体部８４１に対して相対的に上下動されることにより、シャフトヘッド８４２ａが、バルブシール部８４４に対して接離され、バルブ８４が開閉されるようになっている。プレート８４６は、バルブ開閉用のハンドルの機能を有する。 The valve shaft 842 is inserted through the shaft insertion pipe 843 and has a shaft head 842a at its upper end. A plate 845 made of, for example, stainless steel is attached to the lower end of the valve shaft 842 . By moving the valve shaft 842 up and down relative to the valve main body portion 841, the shaft head 842a is brought into contact with and separated from the valve seal portion 844, and the valve 84 is opened and closed. Plate 846 has the function of a handle for opening and closing the valve.

バルブ本体部シール部材８４５は、例えばカーボンシートからなり、バルブ本体部８４１をシールする。 The valve body sealing member 845 is made of, for example, a carbon sheet, and seals the valve body 841 .

板バネ８４７は、図７に示すように、ステージ支持部５８の水平部と、プレート８４６の間に板バネ押さえ８４８を介して取り付けられており、バルブシャフト８４２を下方に付勢する。これにより、リリーフバルブ８４はノーマルクローズとなる。板バネ８４７は、極低温でもばね性を有する材料、例えばインコネルのようなニッケル基合金で形成されている。また、板バネ８４７は、バルブシャフト８４２の回転防止機能も有する。すなわち、例えば、バルブ開閉時にバルブシャフト８４２を所定向きにしてブラケット等に装着する必要があるときは、バルブシャフト８４２を回転させないようにする必要がある。ただし、バルブシャフト８４２が回転してもかまわない場合は、板バネ８４７の代わりにコイルバネ等の他のバネ部材を用いてもよい。 As shown in FIG. 7, the leaf spring 847 is attached between the horizontal portion of the stage support portion 58 and the plate 846 via a leaf spring retainer 848, and biases the valve shaft 842 downward. As a result, the relief valve 84 is normally closed. The leaf spring 847 is made of a material having spring properties even at extremely low temperatures, such as a nickel-based alloy such as Inconel. The plate spring 847 also has a function of preventing rotation of the valve shaft 842 . That is, for example, when the valve shaft 842 needs to be oriented in a predetermined direction and attached to a bracket or the like when opening and closing the valve, it is necessary to prevent the valve shaft 842 from rotating. However, if the rotation of the valve shaft 842 does not matter, another spring member such as a coil spring may be used instead of the leaf spring 847 .

図８はリリーフバルブ８４が閉成した状態を示す断面図であり、図９はリリーフバルブ８４が開成した状態を示す断面図である。リリーフバルブ８４が開成した状態では、空間Ｓに存在する第１冷却ガスが、シャフト挿通パイプ８４３から、孔８４３ａ、水平孔８４１ｂを通って空間Ｓからその外部の真空容器１０内に流出される。 8 is a cross-sectional view showing a state in which the relief valve 84 is closed, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the relief valve 84 is open. When the relief valve 84 is opened, the first cooling gas existing in the space S flows out of the space S from the shaft insertion pipe 843 through the hole 843a and the horizontal hole 841b into the vacuum vessel 10 outside thereof.

バルブシャフト８４２の相対的な昇降は、ステージ装置５０´全体の昇降を行う昇降機構７４を利用して行うことができる。すなわち、昇降機構７４により、ステージ装置５０´を上昇させた際に、リリーフバルブ８４が板バネ８４７により閉成した状態となり、ステージ装置５０´を下降させた際に、バルブシャフト８４２が所定位置に規制され、バルブシャフト８４２が相対的に上昇してリリーフバルブ８４を開成した状態とすることができる。 The relative elevation of the valve shaft 842 can be performed using the elevation mechanism 74 that raises and lowers the entire stage device 50'. That is, when the stage device 50' is lifted by the lifting mechanism 74, the relief valve 84 is closed by the plate spring 847, and when the stage device 50' is lowered, the valve shaft 842 is moved to a predetermined position. The valve shaft 842 is regulated, and the valve shaft 842 is relatively raised to open the relief valve 84 .

なお、リリーフバルブ８４は、板バネ等のバネ部材により、バルブシャフト８４２を反対側に付勢してノーマルオープンとし、昇降機構７４を利用して閉じるようにしてもよい。また、リリーフバルブ８４は、本実施形態の隙間Ｇに供給される第１冷却ガスの一部をウエハＷ裏面に供給する場合に限らず、空間Ｓから第１冷却ガスを排出する必要があれば、設けることができる。 The relief valve 84 may be normally opened by urging the valve shaft 842 to the opposite side by a spring member such as a plate spring, and closed by using the elevating mechanism 74 . Further, the relief valve 84 is not limited to the case where part of the first cooling gas supplied to the gap G in the present embodiment is supplied to the rear surface of the wafer W, and the relief valve 84 is provided when it is necessary to discharge the first cooling gas from the space S. , can be provided.

＜処理装置の動作およびステージ装置の作用・効果＞
処理装置１においては、真空容器１０内を真空状態とし、ステージ装置５０の冷凍機５２を作動させる。また、第１冷却ガスを、第１冷却ガス流路５４ａを介して隙間Ｇに供給する。 <Operation of processing device and action/effect of stage device>
In the processing apparatus 1, the inside of the vacuum vessel 10 is brought into a vacuum state, and the refrigerator 52 of the stage device 50 is operated. Also, the first cooling gas is supplied to the gap G through the first cooling gas flow path 54a.

そして、昇降機構７４によりステージ装置５０を、ステージ５６が搬送位置になるように移動（下降）させ、真空搬送室から搬送装置（いずれも図示せず）により、ウエハＷを真空容器１０内に搬送し、ステージ５６上に載置する。次いで、チャック電極５６ｂに直流電圧を印加し、静電チャック５６ａによりウエハＷを静電吸着する。 Then, the stage device 50 is moved (lowered) by the lifting mechanism 74 so that the stage 56 is at the transfer position, and the wafer W is transferred from the vacuum transfer chamber to the vacuum vessel 10 by a transfer device (none of which is shown). and placed on the stage 56 . Next, a DC voltage is applied to the chuck electrode 56b, and the wafer W is electrostatically attracted by the electrostatic chuck 56a.

その後、昇降機構７４によりステージ装置５０を、ステージ５６が処理位置になるように移動（上昇）させるとともに、真空容器１０内を処理圧力である超高真空（例えば１０^－５Ｐａ以下）に調整する。そして、駆動機構６８を駆動させ、ロータ６８ａの回転を、回転体６６ａ、回転部６２ａ、ステージ支持部５８を介してステージ５６に伝達させ、ステージ５６およびその上のウエハＷを冷凍伝熱体５４に対して回転させる。 Thereafter, the lifting mechanism 74 moves (raises) the stage device 50 so that the stage 56 is at the processing position, and adjusts the inside of the vacuum chamber 10 to an ultra-high vacuum (for example, 10 ⁻⁵ Pa or less), which is the processing pressure. . Then, the driving mechanism 68 is driven to transmit the rotation of the rotor 68a to the stage 56 via the rotating body 66a, the rotating portion 62a, and the stage support portion 58. rotate with respect to

このとき、ステージ装置５０においては、ステージ５６が、固定して設けられた冷凍伝熱体５４に対して分離しているため、ステージ５６を、ステージ支持部５８を介して駆動機構６８により回転させることができる。また極低温に保持された冷凍機５２から冷凍伝熱体５４に伝熱された冷熱は、２ｍｍ以下の狭い隙間Ｇに供給された第１冷却ガスを介してステージ５６に伝熱される。そして、ウエハＷの裏面に第２冷却ガスを供給しつつ静電チャック５６ａによりウエハＷを吸着することにより、ステージ５６の冷熱によりウエハＷを効率良く冷却することができる。このため、ウエハＷを、例えば－３０℃以下の極低温に保持しつつ、ステージ５６とともにウエハＷを回転させることができる。 At this time, in the stage device 50 , the stage 56 is separated from the fixedly provided refrigerating heat transfer element 54 , so the stage 56 is rotated by the drive mechanism 68 via the stage support section 58 . be able to. Cold heat transferred from the cryogenic refrigerator 52 to the refrigerating heat transfer element 54 is transferred to the stage 56 via the first cooling gas supplied to the narrow gap G of 2 mm or less. By sucking the wafer W with the electrostatic chuck 56 a while supplying the second cooling gas to the rear surface of the wafer W, the wafer W can be efficiently cooled by the cold heat of the stage 56 . Therefore, it is possible to rotate the wafer W together with the stage 56 while maintaining the wafer W at an extremely low temperature of -30.degree.

このとき、ステージ５６の第１伝熱部５６ｃと冷凍伝熱体５４の第２伝熱部５４ｂとの間がくし歯部となっており、隙間Ｇが屈曲しているので、冷凍伝熱体５４からステージ５６への冷熱伝達効率が高い。 At this time, a comb tooth portion is formed between the first heat transfer portion 56c of the stage 56 and the second heat transfer portion 54b of the refrigerating heat transfer member 54, and the gap G is bent. to the stage 56 is highly efficient.

このようにウエハＷを回転させた状態で、真空容器１０内にスパッタガスを導入しつつ、プラズマ発生用電源（図示せず）からターゲット３０に電圧を印加する。これにより、スパッタガスのプラズマが生成され、プラズマ中のイオンによってターゲット３０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材料の原子または分子は、ステージ装置５０に極低温状態で保持されたウエハＷの表面に堆積し、所望の膜、例えば、高い磁気抵抗比を有するＴＭＲ素子用の磁性膜を成膜することができる。 With the wafer W rotated in this manner, a voltage is applied to the target 30 from a power supply for plasma generation (not shown) while introducing a sputtering gas into the vacuum chamber 10 . Thereby, plasma of the sputtering gas is generated, and the target 30 is sputtered by ions in the plasma. Atoms or molecules of the sputtered target material are deposited on the surface of the wafer W held in a cryogenic state by the stage device 50 to form a desired film, for example, a magnetic film for a TMR element having a high magnetoresistance ratio. can be membrane.

特許文献１のように、冷却装置と成膜装置を別個に設ける場合は、冷却性能を高く維持することは困難であり、また、装置の台数が多くなってしまう。一方、特許文献２では、成膜容器内で冷凍機により冷却される冷却ヘッドを用いて基板を極低温に冷却できるが、ステージが固定されているため、均一な成膜が困難である。 When a cooling device and a film forming device are provided separately as in Patent Document 1, it is difficult to maintain high cooling performance, and the number of devices increases. On the other hand, in Patent Literature 2, the substrate can be cooled to an extremely low temperature using a cooling head cooled by a refrigerator in the film formation container, but uniform film formation is difficult because the stage is fixed.

これに対して、第１の実施形態および第２の実施形態では、極低温に保持される冷凍機５２の冷熱を伝熱する冷凍伝熱体５４とステージ５６とを隙間Ｇを介して分離して設け、隙間Ｇに伝熱用の冷却ガスを供給するとともに、ステージ支持部５８を介してステージを回転可能な構成とする。これにより、ウエハＷに対する高い冷却性能と、成膜の均一性を両立させることができる。 On the other hand, in the first embodiment and the second embodiment, the stage 56 is separated from the refrigerating heat transfer body 54 that transfers cold heat from the refrigerator 52 that is kept at an extremely low temperature. A cooling gas for heat transfer is supplied to the gap G, and the stage is rotatable via the stage support portion 58 . Accordingly, it is possible to achieve both high cooling performance for the wafer W and uniformity of film formation.

また、例えば、ＴＭＲ素子用の磁性膜を成膜する際には、ウエハＷは１００～４００℃の高温状態でステージ５６に搬送されることがある。そして、このような高温状態のウエハＷを５０～１５０Ｋ（－２２３～－１２３℃）、例えば１００Ｋ（－１７３℃）という極低温に冷却する必要がある。したがって、冷凍機５２の冷却性能を高く維持して所望の冷却温度に到達させる必要がある。 Further, for example, when forming a magnetic film for a TMR element, the wafer W may be transported to the stage 56 at a high temperature of 100 to 400.degree. Then, it is necessary to cool the wafer W in such a high temperature state to an extremely low temperature of 50 to 150 K (-223 to -123.degree. C.), for example, 100 K (-173.degree. C.). Therefore, it is necessary to maintain high cooling performance of the refrigerator 52 to reach the desired cooling temperature.

そこで、第１の実施形態および第２の実施形態では、隙間Ｇから漏出した第１冷却ガスを封入する冷却ガス封入部６０を設ける。冷却ガス封入部６０は、第１冷却ガスが流入する空間Ｓと、空間Ｓをシールするシール部材（第１シール部材８１および第２シール部材８２）とを有する。これにより、隙間Ｇから漏出して拡散した第１ガス冷却ガスから冷凍機５２や冷凍伝熱体５４へ入熱されることによる冷却性能の低下を抑制することができる。また、第１冷却ガスが空間Ｓに封入されると、第１冷却ガスが冷凍伝熱体５４との間で十分に熱交換され、冷却効率を高めることができる。また、第１冷却ガスを封入することにより、第１冷却ガス、例えばＨｅガスの節約にもなる。したがって、低ランニングコストで高スループットの極低温成膜を実現することができる。 Therefore, in the first embodiment and the second embodiment, the cooling gas enclosing part 60 that encloses the first cooling gas leaked from the gap G is provided. The cooling gas enclosure 60 has a space S into which the first cooling gas flows and sealing members (first sealing member 81 and second sealing member 82) that seal the space S. As shown in FIG. As a result, it is possible to suppress a decrease in cooling performance due to heat input to the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer member 54 from the first gas cooling gas that has leaked and diffused through the gap G. Further, when the first cooling gas is enclosed in the space S, heat is sufficiently exchanged between the first cooling gas and the refrigerating heat transfer body 54, and the cooling efficiency can be improved. Also, by enclosing the first cooling gas, the first cooling gas such as He gas can be saved. Therefore, it is possible to realize cryogenic film formation with low running cost and high throughput.

また、第１の実施形態では、ウエハＷ裏面に隙間Ｇに供給される第１冷却ガスとは別個の第２冷却ガスを、第１冷却ガス供給路と異なる供給路を介して供給することで、第１冷却ガスの供給にかかわらず、ウエハＷの裏面に所望の圧力、流量で冷却ガスを供給することができる。同時に、裏面に供給されるガスの圧力、流量および供給タイミング等に制限されることなく、ウエハＷ隙間Ｇに連続的に高圧・極低温状態の冷却ガスを供給することができる。 Further, in the first embodiment, the second cooling gas separate from the first cooling gas supplied to the gap G is supplied to the rear surface of the wafer W through a supply path different from the first cooling gas supply path. , the cooling gas can be supplied to the rear surface of the wafer W at a desired pressure and flow rate regardless of the supply of the first cooling gas. At the same time, it is possible to continuously supply a high-pressure, cryogenic cooling gas to the gap G between the wafers W without being restricted by the pressure, flow rate, supply timing, and the like of the gas supplied to the rear surface.

一方、第２の実施形態では、ウエハＷ裏面に供給する冷却ガスとして、隙間Ｇに供給された第１冷却ガスの一部を用いることにより、冷却ガス供給路を少なくして装置を簡略化することができる。 On the other hand, in the second embodiment, part of the first cooling gas supplied to the gap G is used as the cooling gas supplied to the rear surface of the wafer W, thereby reducing the number of cooling gas supply paths and simplifying the apparatus. be able to.

隙間Ｇに供給される第１冷却ガスの一部をウエハＷの裏面に供給する場合には、ウエハＷを搬出する際に、空間Ｓ内の第１冷却ガスを排出する必要がある。すなわち、処理終了後には、静電チャック５６ａによるウエハＷの吸着を解除する必要があるが、その際に空間Ｓ内に第１冷却ガスが存在していると、ガス圧によりウエハＷがずれてしまうため、空間Ｓ内の第１冷却ガスが排出された後にウエハＷの吸着を解除する必要がある。 If part of the first cooling gas supplied to the gap G is supplied to the rear surface of the wafer W, the first cooling gas in the space S must be discharged when the wafer W is unloaded. That is, after the processing is finished, it is necessary to release the chucking of the wafer W by the electrostatic chuck 56a. If the first cooling gas exists in the space S at that time, the wafer W may be displaced by the gas pressure. Therefore, it is necessary to release the adsorption of the wafer W after the first cooling gas in the space S is exhausted.

しかし、第１冷却ガスを空間Ｓに封入して安定した冷却を行うには空間Ｓの容積をある程度大きくする必要があるため、空間Ｓ内から第１冷却ガスを排出するには時間がかかってしまい、ウエハＷごとにこのような操作を行うとスループットが低下する。 However, in order to enclose the first cooling gas in the space S and perform stable cooling, it is necessary to increase the volume of the space S to some extent. Therefore, it takes time to discharge the first cooling gas from the space S. Therefore, if such an operation is performed for each wafer W, the throughput is lowered.

このため、第２の実施形態では、空間Ｓから第１冷却ガスを真空容器１０内に排出するためのリリーフバルブ８４を設ける。これにより、空間Ｓの排気を迅速に行うことができる。 Therefore, in the second embodiment, a relief valve 84 for discharging the first cooling gas from the space S into the vacuum vessel 10 is provided. As a result, the space S can be quickly evacuated.

また、リリーフバルブ８４の操作は、ステージ装置５０´の昇降で以下のように行うことができ、リリーフバルブ８４の構造をシンプルなものとすることができる。すなわち、リリーフバルブ８４のバルブシャフト８４２は板バネにより下方に付勢されノーマルクローズ状態であり、ステージ装置５０´を上昇させてウエハＷの処理を行う際にはリリーフバルブ８４は図８のように閉じている。処理終了後、ウエハＷ搬送のためにステージ装置５０´を下降させると、バルブシャフト８４２が所定位置に規制され、図９のようにバルブシャフト８４２が相対的に上昇してリリーフバルブ８４を開放した状態とすることができる。 Further, the operation of the relief valve 84 can be performed by raising and lowering the stage device 50' as follows, and the structure of the relief valve 84 can be simplified. That is, the valve shaft 842 of the relief valve 84 is urged downward by a leaf spring and is in a normally closed state. closed. After completion of the processing, when the stage device 50' is lowered to transfer the wafer W, the valve shaft 842 is regulated at a predetermined position, and the valve shaft 842 rises relatively to open the relief valve 84 as shown in FIG. state can be

さらに、冷凍機５２および冷凍伝熱体５４の下部を覆うように、真空二重管構造を有する円筒状の下部断熱構造体７０および上部断熱構造体７１を設けたので、冷凍機５２のコールドヘッド部５２ａおよび冷凍伝熱体５４への入熱をより効果的に抑制することができる。 Furthermore, since the cylindrical lower heat insulating structure 70 and the upper heat insulating structure 71 having a vacuum double tube structure are provided so as to cover the lower portions of the refrigerator 52 and the refrigerating heat transfer body 54, the cold head of the refrigerator 52 Heat input to the portion 52a and the refrigerating heat transfer body 54 can be suppressed more effectively.

さらにまた、ステージ５６に直接接触し、磁性流体シール等の発熱部からの入熱が存在するステージ支持部材５８も真空断熱構造としたので、磁性体シール部等の発熱部からステージ支持部材５８を介したステージ５６への入熱を抑制することができ、冷却性能の低下を一層抑制することができる。 Furthermore, since the stage support member 58, which is in direct contact with the stage 56 and receives heat input from heat-generating portions such as magnetic fluid seals, also has a vacuum insulation structure, the stage support member 58 is isolated from heat-generating portions such as magnetic seal portions. It is possible to suppress heat input to the stage 56 through the air, thereby further suppressing deterioration of the cooling performance.

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 <Other applications>
Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

例えば、上記実施形態のシール部材８１および８２の構造は例示に過ぎず、他の種々の構成のシール部材を適用することもできる。また、バルブ８４の構造やバルブ８４の取り付け位置も上記実施形態に限定されるものではない。 For example, the structures of the seal members 81 and 82 in the above embodiment are merely examples, and seal members having various other configurations can also be applied. Also, the structure of the valve 84 and the mounting position of the valve 84 are not limited to the above embodiment.

また、上記実施形態ではＴＭＲ素子に用いられる磁性膜のスパッタ成膜に適用する場合を例にとって説明したが、極低温で均一処理が必要な処理であればこれに限るものではない。さらに、被処理基板として半導体ウエハを例示したが、これに限らず、種々の基板を用いることができる。 Further, in the above-described embodiment, the case of application to the sputter deposition of the magnetic film used for the TMR element has been described as an example, but the present invention is not limited to this as long as it requires uniform processing at an extremely low temperature. Furthermore, although the semiconductor wafer is exemplified as the substrate to be processed, it is not limited to this, and various substrates can be used.

１；成膜装置
１０；真空容器
３０；ターゲット
５０；ステージ装置
５２；冷凍機
５２ａ；コールドヘッド部
５４；冷凍伝熱体
５４ａ；第１冷却ガス供給路
５４ｂ；第２伝熱部
５６；ステージ
５６ｃ：第１伝熱部
５６ｅ，５６ｆ；
５８；ステージ支持部
５８ａ；本体部
５８ｃ；縮径部
６０；ガス封入部
６２；シール回転機構
６４；ベローズ
６８；駆動機構
７０；下部断熱構造体
７１；上部断熱構造体
７２；ガス流路
８１；第１シール部材
８２；第２シール部材
８４；バルブ
Ｇ；隙間
Ｓ；空間
Ｗ；ウエハ（被処理基板） 1; film deposition device 10; vacuum vessel 30; target 50; stage device 52; refrigerator 52a; cold head section 54; : first heat transfer parts 56e, 56f;
58; stage support portion 58a; body portion 58c; reduced diameter portion 60; gas enclosure portion 62; First sealing member 82; Second sealing member 84; Valve G; Gap S; Space W; Wafer (substrate to be processed)

Claims

a stage for holding the substrate to be processed within the vacuum chamber;
a refrigerator having a cold head maintained at a cryogenic temperature;
a refrigerating heat transfer body fixedly arranged in contact with the cold head portion and provided on the back side of the stage with a gap from the stage;
a first cooling gas supply unit that supplies a first cooling gas to the gap for transferring cold heat of the refrigeration heat transfer body to the stage;
a cooling gas enclosing portion enclosing the first cooling gas leaked from the gap;
a stage support section that is rotated by a drive mechanism and rotatably supports the stage;
a cylindrical stage support portion that is rotated by a drive mechanism, rotatably supports the stage, and covers the upper portion of the refrigeration heat transfer body;
with
The cooling gas enclosure has a space into which the first cooling gas leaking from the gap flows, and a sealing member that seals the space,
The refrigerating heat transfer body has a body portion and a connection portion with the stage, and is provided with an upper heat insulation structure forming a vacuum heat insulation structure around the body portion,
the space is provided between the stage support portion and the connection portion of the refrigeration heat transfer body and between the stage support portion and the upper heat insulating structure;
The sealing member is provided between the stage support portion and the upper heat insulating structure, and is provided between a first sealing member that defines the lower end of the space and between an upper portion of the upper heat insulating structure and the refrigerating heat transfer body. and a second sealing member provided therebetween .

2. The stage apparatus according to claim 1 , wherein said first seal member has a flange seal or an omni-seal, and said second seal member has an omni-seal.

3. The cooling gas enclosure according to claim 1 , further comprising a gas flow path connected to the space and functioning as an echo line for suppressing leakage of the first cooling gas from the space. stage device.

4. The stage apparatus according to claim 1, wherein said stage has an electrostatic chuck that electrostatically attracts said substrate to be processed.

5. The stage device according to claim 4 , further comprising a relief valve for discharging the first cooling gas in said space into said vacuum vessel.

6. The stage apparatus according to claim 5 , wherein said relief valve is provided on said stage support portion and is opened and closed by raising and lowering said stage itself.

The relief valve has a valve body, a valve shaft that is inserted through the valve body to open and close the valve, and a spring member that biases the valve shaft. 7. The stage device according to claim 6 , wherein said relief valve is opened or closed by closing or normally opening and raising or lowering said stage device.

The first cooling gas supply unit has a first cooling gas supply path provided inside the refrigeration heat transfer body, and the first cooling gas is supplied to the gap through the first cooling gas supply path . 8. The stage apparatus according to any one of claims 4 to 7, wherein

The stage has a through hole communicating with the first cooling gas supply path and penetrating the electrostatic chuck, and part of the first cooling gas passes through the through hole to the electrostatic chuck and the electrostatic chuck. 9. The stage device according to claim 8 , wherein the stage device is supplied between the substrate to be processed and the substrate to be processed which is attracted to the electrostatic chuck.

The stage has a through hole passing through the electrostatic chuck, and the second cooling gas is supplied to the electrostatic chuck and the electrostatic chuck through the through hole and a supply path separate from the first cooling gas supply path. 9. The stage device according to claim 8 , wherein the stage device is supplied between the substrate to be processed that is sucked by the chuck.

11. The stage apparatus according to any one of claims 1 to 10 , further comprising a cylindrical lower heat insulating structure having a vacuum heat insulating structure, which is provided in a cylindrical shape so as to cover lower portions of the refrigerator and the heat transfer refrigerating body. .

12. The stage device according to any one of claims 1 to 11, wherein said stage support section has a vacuum insulation structure.

13. The stage device according to any one of claims 1 to 12 , wherein the connecting portion between the stage and the refrigerating heat transfer body has a comb tooth portion that makes the gap uneven.

a vacuum vessel;
a stage device according to any one of claims 1 to 13 for rotatably holding a substrate to be processed within the vacuum vessel;
a processing mechanism for processing a substrate to be processed within the vacuum vessel;
A processing device having

15. The processing apparatus according to claim 14 , wherein said processing mechanism has a target for sputtering film formation disposed above said stage within said vacuum vessel.

16. The processing apparatus according to claim 15 , wherein said target is made of a material for forming a film of a magnetic material used for a tunnel magnetoresistive element.