KR20200135180A - 스테이지 장치 및 처리 장치 - Google Patents

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KR20200135180A
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다츠오 하타노
나오키 와타나베
고지 마에다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 극저온으로 냉각한 상태에서 회전시킬 수 있으며, 또한 소형화가 가능하고 메인터넌스성이 양호한 스테이지 장치 및 그것을 이용한 처리 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 처리 장치에서 기판을 보지하는 스테이지 장치에 있어서, 처리 용기 내에서 기판을 보지하는 스테이지와, 스테이지의 하면 중심에 하방으로 연장되도록 마련된 회전축 및 회전축을 거쳐서 스테이지를 회전시키는 모터를 갖는 스테이지 회전 기구와, 스테이지의 하방의 회전축의 외측 위치에 고정 배치된, 냉동기의 냉열을 전열하는 냉동 전열체를 가지며, 스테이지와의 사이에 간극을 사이에 두고 마련된 냉동 전열 기구를 갖는다.

Description

스테이지 장치 및 처리 장치{STAGE DEVICE AND PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 스테이지 장치 및 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 기판 등의 기판의 처리 장치, 예를 들면 성막 장치로서, 극저온이 필요한 처리가 존재한다. 예를 들면, 높은 자기 저항비를 갖는 자기 저항 소자를 얻기 위해서, 초고진공 또한 극저온의 환경하에서 자성막을 성막하는 기술이 알려져 있다.
초고진공 환경하에서 기판을 극저온으로 또한 균일하게 냉각하기 위한 기술로서, 기판을 탑재하는 스테이지를 회전 가능하게 마련하고, 스테이지의 이면측의 중앙에 스테이지 이면에 대해서 간극을 가진 상태로 냉동 전열체를 배치한 것이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1). 이 기술은 회전하고 있는 스테이지와, 냉동 전열체의 간극에 냉각 가스를 공급하면서 냉동기의 냉열을 냉동 전열체를 거쳐서 스테이지에 공급하는 것에 의해, 기판을 극저온으로 균일하게 냉각하는 것이다.
일본 특허 공개 제 2019-016771 호 공보
본 개시는 기판을 극저온으로 냉각한 상태에서 회전시킬 수 있고, 또한 소형화가 가능하며 메인터넌스성이 양호한 스테이지 장치 및 그것을 이용한 처리 장치를 제공한다.
본 개시된 일 태양에 따른 스테이지 장치는, 기판을 처리하는 처리 장치에서 기판을 보지하는 스테이지 장치에 있어서, 처리 용기 내에서 기판을 보지하는 스테이지와, 상기 스테이지의 하면 중심에 하방으로 연장되도록 마련된 회전축 및 상기 회전축을 거쳐서 상기 스테이지를 회전시키는 모터를 갖는 스테이지 회전 기구와, 상기 스테이지의 하방의 상기 회전축의 외측 위치에 고정 배치된, 냉동기의 냉열을 전열하는 냉동 전열체를 가지며, 상기 스테이지와의 사이에 간극을 사이에 두고 마련된 냉동 전열 기구를 갖는다.
본 개시에 의하면, 기판을 극저온으로 냉각한 상태에서 회전시킬 수 있으며, 또한 소형화가 가능하며 메인터넌스성이 양호한 스테이지 장치 및 그것을 이용한 처리 장치가 제공된다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
도 3은 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치의 다른 예를 도시하는 평면도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치의 또 다른 예를 도시하는 평면도이다.
도 7은 제 3 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 제 3 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
<제 1 실시형태>
우선, 제 1 실시형태에 대해서 설명한다.
[처리 장치]
최초에, 제 1 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예에 대해서 설명한다. 도 1은 이와 같은 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이며, 도 2는 제 1 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 장치(1)는 진공으로 보지 가능한 처리 용기(10)와, 타겟(30)과, 스테이지 장치(50)를 구비한다. 처리 장치(1)는, 처리 용기(10) 내에서, 초고진공 또한 극저온의 환경하에서, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 "웨이퍼"라 기재함)(W)에 자성막을 스퍼터 성막하는 것이 가능한 성막 장치로서 구성된다. 자성막은 예를 들면 터널 자기 저항(Tunneling Magneto Resistance: TMR) 소자에 이용된다.
처리 용기(10)는 기판으로서의 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 처리 용기이다. 처리 용기(10)에는, 초고진공으로 감압 가능한 진공 펌프 등의 배기 수단(도시하지 않음)이 접속되어 있으며, 그 내부를 초고진공(예를 들면 10-5 ㎩ 이하)으로 감압 가능하게 구성되어 있다. 처리 용기(10)에는 외부로부터 가스 공급관(도시하지 않음)이 접속되어 있으며, 가스 공급관으로부터 스퍼터 성막에 필요한 스퍼터 가스(예를 들면 아르곤(Ar) 가스, 크립톤(Kr) 가스, 네온(Ne) 가스 등의 희가스나 질소 가스)가 공급된다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입·반출구(도시하지 않음)가 형성되어 있으며, 반입·반출구는 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
타겟(30)은, 처리 용기(10) 내의 상부에, 스테이지 장치(50)에 보지된 웨이퍼(W)의 상방에 대향하도록 마련되어 있다. 타겟(30)에는, 플라즈마 발생용 전원(도시하지 않음)으로부터 교류 전압 또는 직류 전압이 인가된다. 처리 용기(10) 내에 스퍼터 가스가 도입된 상태에서 플라즈마 발생용 전원으로부터 타겟(30)에 교류 전압 또는 직류 전압이 인가되면, 처리 용기(10) 내에 스퍼터 가스의 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내의 이온에 의해 타겟(30)이 스퍼터링된다. 스퍼터링된 타겟 재료의 원자 또는 분자는, 스테이지 장치(50)에 보지된 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적된다. 타겟(30)의 수는 특별히 한정되지 않지만, 1개의 처리 장치(1)로 상이한 재료를 성막할 수 있다는 관점에서 복수인 것이 바람직하다. 예를 들면, 자성막(Ni, Fe, Co 등의 강자성체를 포함한 막)을 퇴적하는 경우, 타겟(30)의 재료로서는, 예를 들면 CoFe, FeNi, NiFeCo를 이용할 수 있다. 또한, 타겟(30)의 재료로서, 이들 재료에 다른 원소를 함유시킨 것을 이용할 수도 있다.
[스테이지 장치]
다음에, 스테이지 장치(50)에 대해서 상세하게 설명한다.
스테이지 장치(50)는 웨이퍼(W)를 스테이지(52)에 보지하고, 웨이퍼(W)와 함께 스테이지(52)를 회전시키면서 스테이지(52)를 거쳐서 웨이퍼(W)를 극저온으로 냉각하는 것이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 스테이지 장치(50)는 스테이지(52)와, 스테이지 회전 기구(54)와, 스테이지 승강 기구(56)와, 냉동 전열 기구(58)와, 냉동기(60)를 갖고 있다.
스테이지(52)는 원판형상을 이루는 본체부를 갖고, 본체부의 상부에 마련된 정전 척(61)과, 본체부의 하면에 마련된 제 1 전열부(64)를 갖는다. 스테이지(52)의 본체부 및 제 1 전열부(64)는 예를 들면 순 구리(Cu) 등의 열전도성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 정전 척(61)은 유전체막으로 이루어지며, 그 중에 척 전극(62)이 매설되어 있다. 척 전극(62)은 배선을 거쳐서 직류 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 척 전극(62)에 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 웨이퍼(W)가 정전 흡착된다. 또한, 스테이지(52)에는 히터(63)가 매설되어 있다. 히터(63)는 배선을 거쳐서 히터 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 히터(63)에 급전되는 것에 의해, 스테이지(52)를 가열 가능하게 되어 있다. 제 1 전열부(64)의 하면에는 스테이지(52)의 중심에 대해서 동심형상으로 볼록부(64a)가 형성되어 있다. 제 1 전열부(64)는 최외주에 원통부(64b)를 갖고 있다. 또한, 스테이지(52)에는 스테이지(52)의 온도를 측정하는 온도 센서(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
스테이지 회전 기구(54)는 스테이지(52)를 회전시키기 위한 것으로서, 스테이지(52)의 하면 중심으로부터 하방으로 연장되는 회전축(70)과, 회전축(70)을 거쳐서 스테이지(52)를 회전시키는 모터(71)를 갖는다. 회전축(70)은 제 1 전열부(64)의 하면의 중심에 하방으로 돌출되는 돌출부(64c)에 절연 부재(72)를 거쳐서 접속되어 있다. 모터(71)는 예를 들면, 감속 기구 등을 이용하지 않고 회전축(70)을 직접 구동하는 다이렉트 드라이브 모터로서 구성된다. 모터(71)의 상하에는, 회전축(70)을 위한 베어링(73)이 마련되어 있다. 모터(71)나 베어링(73) 등의 구동부는 하우징(74)에 수용되어 있다.
회전축(70)의 내부에는, 웨이퍼(W) 이면에 전열 가스를 공급하기 위한 전열 가스 유로(75)가 마련되어 있다. 전열 가스 유로(75)는 절연 부재(72) 및 스테이지(52)를 지나 스테이지(52)의 표면에 도달하고 있다. 전열 가스는 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 전열 가스 유로(75)를 통하여 웨이퍼(W)의 이면에 공급된다. 전열 가스로서는, 높은 열전도성을 갖는 He 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 회전축(70)의 내부에는 척 전극(62) 및 히터의 배선이 마련되어 있다.
스테이지 승강 기구(56)는 플레이트(91)를 거쳐서, 스테이지(52)를, 웨이퍼(W)를 스테이지(52)에 탑재할 때의 반송 위치와, 스테이지(52)에 탑재된 웨이퍼(W)에 성막을 실행할 때의 처리 위치 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 반송 위치는 처리 위치보다 낮은 위치에 설정된다. 또한, 스테이지 승강 기구(56)에 의해, 타겟(30)과 웨이퍼(W) 사이의 거리를 제어할 수 있다.
냉동 전열 기구(58)는 냉동기(60)로부터의 냉열을 스테이지(52)에 전열하기 위한 것으로서, 스테이지(52)와의 사이에 간극을 사이에 두고 마련되어 있다. 냉동 전열 기구(58)는 냉동 전열체(65)와, 제 2 전열부(스테이지측 전열부)(66)를 갖는다. 냉동 전열체(65)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 원기둥형상을 이루며, 스테이지(52)의 하방의, 회전축(70)의 외측 위치에 편심된 상태로 고정 배치되어 있다. 제 2 전열부(66)는 냉동 전열체(65) 상에 접속되며, 냉동 전열체(65)에 도달한 냉열을 간극에 공급된 냉각 가스를 거쳐서 스테이지(52)에 전열하기 위한 것이다. 냉동 전열체(65) 및 제 2 전열부(66)는 냉동기(60)의 냉열을 효율적으로 전열하기 위해서, 예를 들면 순 구리(Cu) 등의 열전도성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다. 냉동기(60)는 냉각 유체 공급 기구의 적어도 일부로 기능한다.
냉동기(60)는 베이스 플레이트(92)에 장착되며, 냉동 전열체(65)를 보지하고, 냉동 전열체(65)를 냉각한다. 냉동기(60)에 의해 냉동 전열 기구(58)의 상면(즉, 제 2 전열부(66)의 상면)이 극저온(예를 들면 -20℃ 이하)으로 냉각된다. 냉동기(60)는 상부에 콜드 헤드부를 가지며, 콜드 헤드부로부터 냉동 전열체(65)로 냉열이 전열된다. 냉동기(60)는 냉각 능력의 관점에서, GM(Gifford-McMahon) 사이클을 이용한 타입인 것이 바람직하다. TMR 소자에 이용되는 자성막을 성막할 때에는, 냉동기(60)에 의한 냉동 전열 기구(58)를 거친 스테이지(52)의 냉각 온도는 -23℃ 내지 -223℃(250K 내지 500K)의 범위가 바람직하다.
또한, 냉동기(60)의 냉동 사이클을 역사이클로 구동시키는 것에 의해, 가열 모드로 할 수 있다. 메인터넌스 등 시에, 냉동기(60)를 가열 모드로 하는 것에 의해, 냉동 전열 기구(58)를 거쳐서 스테이지(52)를 가열하여 상온으로 되돌리는 것이 가능하다. 이 때, 히터(63)에 의해 스테이지(52)를 가열함으로써, 보다 신속하게 스테이지(52)를 상온으로 되돌릴 수 있다.
냉동 전열체(65)의 외주에는 단열 구조체(59)가 마련되어 있다. 단열 구조체(59)는 예를 들면 내부가 진공으로 된 진공 단열 구조(진공 이중관 구조)를 이루고 있다. 단열 구조체(59)에 의해, 냉동 전열체(65)의 냉각 성능의 저하를 억제할 수 있다.
냉동 전열 기구(58)의 제 2 전열부(66)는 스테이지(52)(제 1 전열부(64))에 대응하여 마련되며, 중앙에 회전축(70)이 삽통되는 구멍(66a)을 갖는 대략 원환상을 이룬다. 제 2 전열부(66)는 제 1 전열부(64)와 거의 대응한 크기를 갖고 있으며, 제 1 전열부(64)보다 약간 작게 구성되어 있다. 제 2 전열부(66)의 상면에는 제 1 전열부(64)의 요철에 대응하는 요철이 형성되어 있으며, 양자는 간극을 가진 상태로 배치된다. 즉, 제 2 전열부(66)에는 제 1 전열부(64)의 동심형상의 볼록부(64a)에 대응한 동심형상의 오목부(66b)가 형성되어 있으며, 볼록부(64a)와 오목부(66b)는 예를 들면 2㎜ 이하의 간극(G)을 갖고서 끼워맞추어져, 빗살형상을 이루는 열교환부를 구성한다.
냉동 전열체(65)에는 그 내부의 중앙에 냉각 가스를 통류 가능한 냉각 가스 공급로(76)가 형성되며, 냉각 가스 공급로(76)는 제 2 전열부(66)를 관통하여 연장되어 있다. 그리고, 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 공급된 냉각 가스는, 냉각 가스 공급로(76)를 지나 간극(G)에 공급되며, 냉동기(60)의 냉열이 냉동 전열 기구(58) 및 냉각 가스를 거쳐서 스테이지(52)에 전열되고, 스테이지(52)가 극저온으로 냉각된다. 이와 같이, 냉각 가스를 거쳐서 스테이지(52)가 냉각되기 때문에, 스테이지(52)의 회전이 가능하게 된다.
이 때, 열교환부가 빗살형상으로 간극(G)이 굴곡되므로, 제 1 전열부(64)와 제 2 전열부(66) 사이의 냉각 가스에 의한 열전달 효율을 높일 수 있다. 볼록부(64a) 및 오목부(66b)의 형상 및 수는 적절한 열교환이 실행되도록 적절히 설정된다. 오목부(66b)의 높이는 볼록부(64a)의 높이와 동일하여도 좋으며, 예를 들면 40㎜ 내지 50㎜로 할 수 있다. 오목부(66b)의 폭은 볼록부(64a)의 폭보다 약간 넓은 폭으로 할 수 있으며, 예를 들면 7㎜ 내지 9㎜로 할 수 있다.
볼록부(64a)와 오목부(66b)는 파형상을 이루는 형상으로 할 수 있다. 또한, 볼록부(64a) 및 오목부(66b)의 표면은 블러스트 등에 의해 요철 가공이 실시되어 있어도 좋다. 이들에 의해, 열전달을 위한 표면적을 크게 하여 열전달 효율을 보다 높일 수 있다.
또한, 스테이지(52)를 회전 가능하게 냉각하는 수단으로서는, 이상과 같이 냉각 가스를 이용하는 것 이외, 부동액과 같은 액체 냉매를 이용하여도 좋으며, 또한 열전도성이 양호한 열전도 윤활유를 간극(G)에 충전하여도 좋다.
냉동 전열 기구(58)의 냉동 전열체(65)와 제 2 전열부(66)는 일체적으로 형성되어 있어도 좋으며, 별체로 성형되어 접합되어 있어도 좋다.
냉동 전열 기구(58)는 고정 프레임(80)에 지지되어 있다. 또한, 제 1 전열부(64)의 원통부(64b)의 외측 하단부에는, 하방으로 연장되며 원통형상을 이루는 커버 부재(77)가 장착되어 있으며, 스테이지(52)의 회전에 따라서 커버 부재(77)도 회전하도록 되어 있다. 커버 부재(77)는 제 2 전열부(66) 및 냉동 전열체(65)의 상부를 덮도록 마련되어 있다.
고정 프레임(80)은 커버 부재(77)의 내측에 대향하는 원통부(80a)를 가지며, 회전 가능한 커버 부재(77)와 고정 프레임(80)의 원통부(80a) 사이에는 자성 유체 시일(81)이 마련되어 있다. 또한, 자성 유체 시일(81)의 근방에는 자성 유체 시일(81)을 가열하는 히터(82a, 82b)가 마련되어 있다. 또한, 회전축(70)과 고정 프레임(80) 사이에도 자성 유체 시일(83)이 마련되며, 자성 유체 시일(83)의 근방에는, 자성 유체 시일(83)을 가열하는 히터(84)가 마련되어 있다. 자성 유체 시일(81, 83)에 의해, 커버 부재(77)와 고정 프레임(80) 사이 및 회전축(70)과 고정 프레임(80) 사이가 기밀하게 시일된 상태에서, 회전축(70)을 거쳐서 스테이지(52)를 회전시킬 수 있다. 또한, 히터(82a, 82b, 84)에 의해, 자성 유체 시일(81, 83)을 가열할 수 있어서, 자성 유체의 온도 저하에 의한 시일 성능의 저하나 결로가 생기는 것을 억제할 수 있다.
제 2 전열부(66)와 제 1 전열부(64)의 돌출부(64c) 사이, 및 제 2 전열부(66)와 제 1 전열부(64)의 원통부(64b) 사이에는, 각각 시일 부재(85 및 86)가 마련되어 있다. 시일 부재(85, 86)에 의해, 간극(G)으로부터의 냉각 가스의 누설이 방지된다.
또한, 제 2 전열부(66)의 이면측에는 단열 부재(87)가 마련되어 있어, 제 2 전열부(66)로부터의 냉열의 방출이 억제된다.
플레이트(91)와 처리 용기(10)의 하면 사이에는, 상하방향으로 신축 가능한 금속제의 주름상자 구조체인 벨로우즈(88)가 마련되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(92)와 처리 용기(10)의 하면 사이에도 마찬가지로 벨로우즈(89)가 마련되어 있다. 벨로우즈(88 및 89)는 처리 용기(10)와 연통되는 진공으로 보지된 공간과, 대기 분위기를 분리하는 기능을 갖는다.
또한, 도 1에서는 편의상, 스테이지 회전 기구(54)에 의해 회전하는 부분 및 회전축(70)을 도트를 부여하여 나타내고 있다.
[처리 장치 및 스테이지 장치의 동작]
처리 장치(1)에 있어서는, 처리 용기(10) 내를 진공 상태로 하여, 스테이지 장치(50)의 냉동기(60)를 작동시킨다. 또한, 냉각 가스(예를 들면 He 가스)를 냉각 가스 유로(76)를 거쳐서 간극(G)에 공급한다. 이에 의해, 극저온으로 보지된 냉동기(60)로부터 냉동 전열 기구(58)에 전열된 냉열에 의해, 스테이지(52)가 -20℃ 이하의 극저온으로 보지된다. 보다 구체적으로는, 냉동기(60)로부터 냉동 전열체(65)를 지나 제 2 전열부(66)에 전열된 냉열이 간극(G)의 냉각 가스를 거쳐서 스테이지(52)에 전열되어, 스테이지(52)가 -20℃ 이하의 극저온으로 보지된다.
그리고, 스테이지 승강 기구(56)에 의해 스테이지(52)를 반송 위치로 이동(하강)시키고, 진공 반송실로부터 반송 장치(모두 도시하지 않음)에 의해, 웨이퍼(W)를 처리 용기(10) 내에 반송하고, 스테이지(52) 상에 탑재한다. 이어서, 척 전극(62)에 직류 전압을 인가하고, 정전 척(61)에 의해 웨이퍼(W)를 정전 흡착한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 이면에는 전열 가스 유로(75)를 거쳐서 전열 가스(예를 들면 He 가스)가 웨이퍼(W) 이면에 공급되고, 웨이퍼(W)도 스테이지(52)와 마찬가지로 -20℃ 이하의 극저온으로 보지된다.
그 후, 스테이지(52)를 처리 위치로 상승시키고, 극저온으로 보지된 스테이지(52)를 회전시키면서 성막 처리를 실행한다.
그런데, 냉동기의 냉열을 냉동 전열체를 거쳐서 전열하고, 냉동 전열체와 스테이지 사이에 형성된 간극에 공급된 냉각 가스를 거쳐서 스테이지를 회전하면서 냉각하는 기술은 특허문헌 1에 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술은 냉동 전열체를 스테이지의 중앙에 마련하고, 스테이지 회전 기구를 냉동 전열체의 주위에 마련하고 있기 때문에, 스테이지 회전 기구가 대규모이며 모터가 대형화된다. 또한, 스테이지 회전 기구의 존재에 의해 냉동기를 스테이지에 근접하여 배치하지 못해, 냉동 전열체가 대형화(장척화)되어, 냉동기도 대형의 것이 필요하게 된다. 또한, 냉동 전열체의 주위에 스테이지 회전 기구가 마련되어 있기 때문에, 메인터넌스성도 나쁘다.
이에 반하여, 본 실시형태에서는 스테이지(52)의 하면 중심으로부터 하방으로 연장되는 회전축(70)을 마련하고, 모터(71)에 의해 회전축(70)을 거쳐서 스테이지를 회전시키도록 하며, 또한 냉동 전열체(65)를 스테이지(52)의 하방의 회전축(70)의 외측 위치에 마련하도록 했다.
이에 의해, 냉동 전열체(65)의 위치를 고려하는 일 없이, 회전축(70)을 스테이지(52)의 중심에 마련하고, 모터(71)를 회전축의 근방에 마련할 수 있다. 이 때문에, 모터(71)로서 소형의 것을 이용할 수 있다. 또한, 이와 같이 회전 기구(54)와 냉동 전열체(65)가 분리되어 있기 때문에, 냉동기(60)를 스테이지 회전 기구(54)를 고려하는 일 없이 소망의 위치에 배치할 수 있다. 이 때문에, 냉동기(60)를 모터(71)보다 위에 배치할 수 있어서, 냉동 전열체(65)의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 냉동 전열체(65)의 길이를 짧게 할 수 있으므로 냉동기(60)도 소형화할 수 있다. 따라서, 스테이지 장치(50) 전체를 소형화할 수 있다. 또한, 스테이지 회전 기구(54)와, 냉동 전열체(65)가 분리되어 마련되기 때문에, 스테이지 회전 기구(54) 및 냉동 전열 기구(58)의 부품의 착탈이 용이하게 되어, 메인터넌스성이 양호해진다.
또한, 냉동 전열체(65)가 특허문헌 1과 같이 스테이지(52)의 중앙에 마련되어 있는 경우는 냉동 전열체(65) 및 제 2 전열부(66)의 온도 분포가 그대로 스테이지(52) 및 웨이퍼(W)에 전사되기 쉬워, 동심원형상의 분포가 되기 쉽다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는, 냉동 전열체(65)가 스테이지(52)의 중심으로부터 편심된 위치에 마련되어 있으므로, 스테이지(52)의 회전에 의해 온도 분포가 평균화되어 스테이지(52) 및 웨이퍼(W)의 온도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 냉동 전열 기구(58)가 스테이지(52)에 대응하도록 마련된 제 2 전열부(66)를 가지므로, 냉동 전열 기구(58)와 스테이지(52)의 냉각 가스를 거친 열교환성이 높아져, 스테이지(52)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 특히, 스테이지(52)의 제 1 전열부(64)의 볼록부(64a)와, 냉동 전열 기구(58)의 제 2 전열부(66)의 오목부(66b)는 빗살형상을 이루는 열교환부를 구성하여, 굴곡된 간극(G)에 냉각 가스가 공급되므로 냉각 효율을 보다 높일 수 있다.
또한, 냉동 전열체(65)를 소형화(단척화)할 수 있으므로, 메인터넌스시에 냉동기(60)를 가열 모드로 하여 냉동 전열 기구(58)를 거쳐서 스테이지(52)를 상온으로 되돌리는 작업을 단시간에 실행할 수 있어서, 메인터넌스 시간을 단축할 수 있다. 이에 부가하여 히터(63)에 의해 스테이지(52)를 직접 가열할 수 있으므로, 메인터넌스 시간을 한층 단축시킬 수 있다.
<제 2 실시형태>
다음에, 제 2 실시형태에 대해서 설명한다.
도 3은 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이며, 도 4는 제 2 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
본 실시형태의 스테이지 장치(50')는 제 1 실시형태의 냉동 전열 기구(58) 대신, 냉동 전열체(65)를 복수(본 예에서는 2개) 가지며, 이들 복수의 냉동 전열체(65)가 제 2 전열부(66)에 접속된 구조를 갖는 냉동 전열 기구(58')를 구비한다. 냉동기(60)는 복수의 냉동 전열체(65)에 대응하여 복수 마련되어 있다. 단, 복수의 냉동 전열체(65)에 대해서, 공통의 냉동기를 마련하여도 좋다. 스테이지 장치(50') 이외의 구성은 제 1 실시형태의 스테이지 장치(50)와 마찬가지이다.
본 실시형태에 있어서는, 원기둥형상을 이루는 냉동 전열체(65)는 스테이지(52)의 하방에 마련되어 있기 때문에, 냉동 전열 기구(58')는 냉동 전열체(65)를 복수 갖고 있지만, 제 1 실시형태의 냉동 전열 기구(58)로부터 풋 프린트는 증가하지 않는다. 이 때문에, 스테이지 장치(50')는 제 1 실시형태의 스테이지 장치(50)와 마찬가지로 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 냉동 전열체(65)를 복수 마련하여도 메인터넌스성은 양호하다. 이 때문에, 본 실시형태의 스테이지 장치(50')에 의하면, 소형화 및 양호한 메인터넌스성을 유지한 그대로, 냉동 전열체(65)의 수만큼 스테이지(52)의 냉각 효과를 높일 수 있다.
특히, 본 실시형태와 같이, 스테이지(52)를 냉각 가스를 거쳐서 -23℃ 내지 -223℃(250K 내지 50K)와 같은 극저온으로 냉각하는 경우는, 이와 같이 원기둥 형상의 냉동 전열체(65)를 복수 배치하여 냉각을 강화하는 것이 효과적이다.
도 4에서는 냉동 전열 기구(58')로서 원기둥형상을 이루는 냉동 전열체(65)의 수를 2개 갖는 것을 예시했지만, 본 실시형태에서는, 원기둥형상을 이루는 냉동 전열체(65)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 스테이지(52)의 하방에 수용할 수 있는 수이면 좋다. 도 5는 냉동 전열체(65)를 4개 배치한 예를 도시한다. 또한, 도 4 및 도 5에서는 복수의 냉동 전열체(65)를 균등하게 마련하고 있지만, 도 6과 같이, 복수의 냉동 전열체(65)를 편재시켜도 좋다.
<제 3 실시형태>
다음에, 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.
도 7은 제 3 실시형태에 따른 스테이지 장치를 구비한 처리 장치의 일 예를 도시하는 개략 단면도이며, 도 8은 제 3 실시형태에 따른 스테이지 장치의 일 예를 도시하는 평면도이다.
본 실시형태의 스테이지 기구(150)는 제 1 실시형태의 냉동 전열 기구(58) 대신, 원통형상의 냉동 전열체(165)를 가지며, 냉동 전열체(165)가 제 2 전열부(66)에 접속된 구조를 갖는 냉동 전열 기구(158)를 구비한다. 냉동 전열체(165)는 회전축(70)의 주위를 둘러싸도록 고정 배치되며, 냉동 전열체(65)와 마찬가지로 순 구리(Cu) 등의 열전도성이 높은 재료에 의해 형성되어 있다.
냉동 전열체(165)는 순 구리(Cu) 등의 열전도성이 높은 재료에 의해 형성된 접속 부재(161)를 거쳐서 제 1 실시형태와 마찬가지의 냉동기(60)에 접속되어 있다. 접속 부재(161)는 베이스 플레이트(191)에 지지되어 있다.
냉동 전열체(165)에는 그 내부에, 냉각 가스를 통류 가능한 냉각 가스 공급로(176)가 형성되며, 냉각 가스 공급로(176)는 제 2 전열부(66)를 관통하여 연장되어 있다. 그리고, 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 공급된 냉각 가스는 냉각 가스 공급로(176)를 지나 간극(G)에 공급되고, 냉동기(60)의 냉열이 냉동 전열 기구(158) 및 냉각 가스를 거쳐서 스테이지(52)에 전열되어, 스테이지(52)가 극저온으로 냉각된다.
냉동 전열 기구(158)는 고정 프레임(180)에 지지되어 있다. 또한, 제 1 전열부(64)의 원통부(64b)의 외측 하단부에는 하방으로 연장되며 단을 갖는 원통형상을 이루는 커버 부재(177)가 장착되어 있으며, 스테이지(52)의 회전에 따라서 커버 부재(177)도 회전하도록 되어 있다. 커버 부재(177)는 제 2 전열부(66) 및 냉동 전열체(165)의 상부를 덮도록 마련되어 있다. 커버 부재(177)는 상측이 대경부, 하측이 소경부로 되어 있다. 냉동 전열체(165)의 외주에는 단열 구조체(159)가 마련되어 있다. 또한, 제 2 전열체(66)의 이면에는 단열 부재(187)가 마련되어 있다.
고정 프레임(180)과 커버 부재(177)의 소경부 사이에는 자성 유체 시일(181)이 마련되어 있다. 또한, 고정 프레임(180)의 자성 유체 시일(181) 근방 부분에는, 자성 유체 시일(181)을 가열하는 히터(182)가 마련되어 있다. 또한, 회전축(70)과 베이스 플레이트(191) 사이에도 자성 유체 시일(183)이 마련되며, 자성 유체 시일(183)의 근방에는, 자성 유체 시일(83)을 가열하는 히터(184)가 마련되어 있다. 자성 유체 시일(81, 83)에 의해, 커버 부재(177)와 고정 프레임(180) 사이, 및 회전축(70)과 베이스 플레이트(191) 사이가 기밀하게 시일된 상태에서, 회전축(70)을 거쳐서 스테이지(52)를 회전시킬 수 있다. 또한, 히터(182, 184)에 의해, 자성 유체 시일(181, 183)을 가열할 수 있어서, 자성 유체의 온도 저하에 의한 시일 성능의 저하나 결로가 생기는 것을 억제할 수 있다. 스테이지 장치(150)의 다른 구성은 제 1 실시형태의 스테이지 장치(50)와 마찬가지이다.
본 실시형태에 있어서는, 스테이지(52)의 하방 위치에 회전축(70)을 둘러싸도록 원통형상의 냉동 전열체(165)를 마련했으므로, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 스테이지 장치(150)의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 냉동 전열체(165)의 두께가 얇아도 냉열을 전열하는 체적을 확보할 수 있으므로, 냉동 전열체(165)의 외경을 소경화할 수 있어서, 공간 절약화를 도모할 수 있는 동시에, 자성 유체 시일(181)을 소경화할 수 있다. 또한, 양호한 메인터넌스성도 확보할 수 있다.
<다른 적용>
이상, 실시형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 하는 것이다. 상기의 실시형태는 첨부된 특허청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 여러가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 원기둥형상 또는 회전축을 둘러싸도록 배치된 원통형상의 냉동 전열체를 이용한 예를 나타냈지만, 냉동 전열체가 회전축의 외측에 배치되어 있으면 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시형태에서는 TMR 소자에 이용되는 자성막의 스퍼터 성막에 적용하는 경우를 예를 들어 설명했지만, 극저온으로 균일 처리가 필요한 처리이면 이것에 한정하는 것은 아니다.
1: 처리 장치 10: 처리 용기
30: 타겟 50, 50', 150: 스테이지 장치
52: 스테이지 54: 스테이지 회전 기구
56: 스테이지 승강 기구 58, 58', 158: 냉동 전열 기구
60: 냉동기 61: 정전 척
62: 척 전극 64: 제 1 전열부
65, 165: 냉동 전열체 66: 제 2 전열부
70: 회전축 71: 모터
76, 176: 냉각 가스 공급로 81, 83, 181, 183: 자성 유체 시일
G: 간극 W: 웨이퍼(기판)

Claims (13)

  1. 기판을 처리하는 처리 장치에서 기판을 보지하는 스테이지 장치에 있어서,
    처리 용기 내에서 기판을 보지하는 스테이지와,
    상기 스테이지의 하면 중심에 하방으로 연장되도록 마련된 회전축 및 상기 회전축을 거쳐서 상기 스테이지를 회전시키는 모터를 갖는 스테이지 회전 기구와,
    상기 스테이지의 하방의 상기 회전축의 외측 위치에 고정 배치된, 냉동기의 냉열을 전열하는 적어도 하나의 냉동 전열체를 가지며, 상기 스테이지와의 사이에 간극을 사이에 두고 마련된 냉동 전열 기구를 갖는
    스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극에 상기 냉동 전열 기구의 냉열을 상기 스테이지에 전열하기 위한 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급 기구를 추가로 갖는
    스테이지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 냉각 가스인
    스테이지 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉동 전열 기구는, 상기 간극을 사이에 두고 상기 스테이지에 대응하여 마련되며, 상기 냉동 전열체가 접속되는 스테이지측 전열부를 추가로 갖는
    스테이지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스테이지와 상기 스테이지측 전열부의 사이, 상기 간극을 사이에 두고 빗살형상의 열교환부를 갖고 있는
    스테이지 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉동 전열체는, 기둥 형상을 이루며, 상기 회전축으로부터 편심된 위치에 배치되어 있는
    스테이지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉동 전열 기구는 상기 냉동 전열체를 복수 갖는
    스테이지 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉동 전열체는 원통형상을 이루며, 상기 회전축을 둘러싸도록 배치되는
    스테이지 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지 회전 기구의 상기 모터는 상기 회전축의 주위에 배치되는 다이렉트 드라이브 모터인
    스테이지 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지는 -23℃ 내지 -223℃의 온도로 냉각되는
    스테이지 장치.
  11. 기판을 처리하는 처리 장치에 있어서,
    기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 회전 가능하게 보지하기 위한, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 스테이지 장치와,
    상기 처리 용기 내에서 기판에 처리를 실시하는 처리 기구를 갖는
    처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 기구는 상기 처리 용기 내의 상기 스테이지의 상방에 배치된, 스퍼터링 성막용의 타겟을 갖는
    처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 타겟은, 터널 자기 저항 소자에 이용되는 자성체를 성막하는 재료로 이루어지는
    처리 장치.
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