WO2011043063A1 - 基板冷却装置、スパッタリング装置および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

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遠藤徹哉
アインシタイン ノエル アバラ
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キヤノンアネルバ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate cooling apparatus, a sputtering apparatus, and an electronic device manufacturing method for cooling a substrate using a refrigerator.
  • a method of performing sputtering while holding a substrate at a low temperature for controlling crystal growth.
  • the possibility of forming an amorphous film can be expected by forming the substrate at a low temperature (for example, a minus region). This is because the sputtered particles adhere to the substrate and at the same time lose energy by the low-temperature substrate, and the surface movement of the particles can be suppressed.
  • a low temperature for example, a minus region
  • Patent Document 1 discloses a substrate holding device in which a cooling gas supply hole is provided in an electrostatic adsorption stage having a plurality of convex portions for electrostatic adsorption, and cooling gas can be introduced into the back side of the substrate adsorbed by the convex portions. Has been.
  • the cooling gas is preferably hydrogen or helium, but helium, which is a rare gas, is desirable in view of the influence on the process. It is also possible to cool with argon gas.
  • stages used for electrostatic adsorption can be used at room temperature or higher, and even at low temperatures, it is at most ⁇ 150 ° C. (123 K).
  • substrate temperature is lowered to 50K, substrate fixing by electrostatic adsorption cannot be expected, and it is necessary to rely on a mechanical fixing method.
  • a flexible seal such as silicon rubber is usually sandwiched between the substrate and the substrate stage or the substrate fixing member, and the cooling gas is sealed on the back side of the substrate.
  • the cold resistance limit of most sealing materials is exceeded, and sufficient sealing performance cannot be ensured. For this reason, the cooling gas leaks from between the substrate end and the substrate stage or the substrate fixing member, and there is a problem that the reproducibility of the cooling state cannot be maintained in each substrate.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems. Even when a substrate is cooled using a refrigerator, a means capable of cooling with good reproducibility and reducing the cooling distribution in the substrate surface is provided. It is to provide.
  • a substrate cooling apparatus includes a substrate holding table having a recess that forms a space between a mounting portion on which a substrate can be mounted and a substrate mounted on the mounting portion. , A holding member for generating a pressing force between the substrate holding table and fixing the substrate to the substrate holding table; A refrigerator connected to the substrate holder; A cooling gas introduction passage provided on the substrate holding base and having a cooling gas introduction hole that opens to the concave surface of the recess, and connects the space in the recess and the supply source of the cooling gas through the cooling gas introduction hole.
  • cooling gas discharge hole provided in the substrate holding stand independently of the cooling gas introduction hole and opening in the concave surface of the recess, and the space in the recess and the exhaust device are connected via the cooling gas discharge hole. And a cooling gas discharge passage to be connected.
  • the substrate holder is A base having a concave portion and a substrate holding surface formed on a convex portion around the concave portion, and a groove forming the cooling gas introduction passage or the cooling gas discharge passage formed on the bottom surface of the concave portion; And a sealing plate having the cooling gas introduction hole or the cooling gas discharge hole which is fitted into the bottom surface of the recess of the base and communicates with the groove of the base.
  • the substrate holding base is maintained while maintaining the necessary strength for the substrate holding base. Therefore, it is possible to reduce the startup time until the substrate holding table is brought to a target temperature, and to increase the operating rate of the apparatus.
  • the wall portion forming the cooling gas discharge hole has an attachment structure capable of attaching a conductance adjusting member for reducing the hole diameter of the cooling gas discharge hole to the inside. It is characterized by having.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a sputtering apparatus according to this embodiment.
  • the sputtering apparatus 100 includes a sputtering cathode 102, a sputtering target 103, and a substrate holder 112 in a vacuum vessel 101.
  • the process gas 110 can be introduced into the vacuum vessel 101 via a flow rate controller (mass flow controller: MFC) 110-1.
  • the vacuum vessel 101 includes an exhaust mechanism 104 including an exhaust pump such as a turbo molecular pump for exhausting the process gas 110 and the impurity gas.
  • the exhaust mechanism 104 can exhaust the inside of the vacuum vessel 101 to, for example, 20 Pa or less during the film forming process.
  • the sputtering cathode 102 is connected to a high frequency power source 106 and a DC power source 107 through a matching unit 108 (M).
  • the sputtering cathode 102 can be supplied with only high frequency power, supplied with high frequency + DC superposition, or supplied only with DC power.
  • the DC power supply 107 is supplied without the matching unit 108 and the high-frequency power supply 106.
  • a substrate holding ring 111 is provided on the substrate holding table 112 so that the substrate W can be pressed and fixed.
  • the substrate holding table 112 is formed of a material having a high thermal conductivity such as copper or a copper alloy, and the substrate holding ring 111 is a material such as iron or an iron-based alloy (for example, stainless steel) having a lower thermal conductivity than the substrate holding table 112. Formed with.
  • a refrigerator 105 for cooling the substrate holder 112 is connected to the lower part of the substrate holder 112.
  • the refrigerator 105 may be either a type using a stilling cycle or a type using a GM (Gifford-McMahon) cycle, and is determined in consideration of a necessary refrigerating capacity.
  • the cooling gas 109 can be introduced into the substrate holding table 112 attached to the refrigerator 105 via a flow rate controller (mass flow controller: MFC) 109-1 and provided inside the substrate holding table 112.
  • the cooling gas 109 is blown to the installation surface of the substrate W through the passage 113.
  • the cooling gas 109 may be any gas that is gasified at least at the target substrate cooling temperature.
  • an inert gas such as hydrogen, helium, or argon can be used. Due to the heat transfer of the cooling gas, the heat of the substrate W is transmitted to the substrate holder 112 and the substrate W is cooled.
  • gas pressure management may be performed using an automatic gas pressure controller (auto pleasure controller: APC) instead of the flow rate controller.
  • the cooling gas 109 passes through the cooling gas discharge hole 114 and is mixed with the process gas as it is, or is released into the vacuum vessel 101 through an exhaust pipe connected to the exhaust mechanism 104 of the vacuum vessel 101. Without being guided to the exhaust mechanism 104, the air is exhausted. In this way, by sharing the exhaust mechanism 104 with that for the vacuum vessel 101, it can be configured simply and at low cost. Further, this exhaust pipe is also formed of a material having a lower thermal conductivity than the substrate holding table 112 such as stainless steel, so that heat from the vacuum vessel wall connected to the exhaust pipe or a support member of the pipe to the substrate holding table 112 can be obtained. Inflow can be suppressed and cooling efficiency can be maintained.
  • the substrate holding table 112 is subjected to two-stage countersink processing, and a surface 210, a surface 211, and a surface 212 are formed which increase from the inner peripheral side toward the outer peripheral side.
  • the substrate holding ring 111 is provided on the surface 212, and holds the substrate W between the surface 211 having an outer diameter larger than the substrate diameter (2b in FIG. 2).
  • a gap d is formed between the surface 210 and the substrate W, and a recess surrounded by a step surface between the surfaces 210 and 211. Is formed.
  • the substrate holding table 112 is provided with a cooling gas introduction hole 113 and a cooling gas discharge hole 114, so that the supply of the cooling gas and the exhaust of the cooling gas can be performed independently.
  • the plurality of cooling gas introduction holes 113 opened on the surface 210 of the substrate holding table 112 share a gas supply source by a cooling gas introduction guide 201 provided on the bottom surface of the substrate holding table 112.
  • a cooling gas introduction line 203 is connected to the cooling gas introduction guide 201.
  • the cooling gas introduced into the substrate W is collected in the cooling gas discharge guide 202 of the plurality of cooling gas discharge holes 114 opened on the surface 210 of the substrate holding table 112.
  • a cooling gas discharge line 204 is connected to the cooling gas discharge guide 202, and the cooling gas is discharged.
  • the cooling gas introduction holes 113 and the cooling gas discharge holes 114 are interspersed so that the cooling gas can be widely dispersed in the surface, and local cooling due to the ejection pressure can be prevented.
  • the pressure and flow rate on the back surface side of the substrate W are unified by guiding the scattered cooling gas introduction holes 113 from the common cooling gas introduction line and discharging the scattered cooling gas discharge holes 114 to the common discharge line. Can be controlled.
  • FIG. 10 shows an operation example of the sputtering apparatus of the present embodiment.
  • 1 includes a process gas introduction system such as MFC 110-1, a driving device (not shown) for driving the substrate holding ring 111 to a substrate holding position and a holding release position, a sputtering power source such as a DC power source 107 and a high frequency power source 106.
  • the controller 105 is configured to send a command signal to the refrigerator 105 and the exhaust pump to execute a predetermined sequence.
  • the controller con includes a storage unit 81 that stores a control program and an arithmetic processing unit 82 that performs arithmetic processing for process control.
  • the arithmetic processing unit 82 can be configured by, for example, a personal computer (PC) or a microcomputer.
  • the exhaust pump and the refrigerator 105 are driven (ON), the inside of the vacuum vessel 101 is maintained at a predetermined pressure or lower, and the substrate holding table 112 is placed. Is maintained at a predetermined temperature.
  • the process gas is then introduced into the vacuum container 101 (t2 in FIG. 10).
  • the substrate holding ring 111 is driven to fix the substrate to the substrate holding table 112 (t3 in FIG. 10), and the cooling gas is introduced to the back surface of the substrate (t4 in FIG. 10).
  • the sputtering power supply is turned on after a predetermined cooling time T1 (t5 in FIG.
  • the substrate holding table 112 is provided with a plurality of cooling gas introduction holes 113, and a common gas supply source is provided by the cooling gas introduction guide 201.
  • the substrate holding table 112 is provided with grooves in a radial manner, and a cooling gas discharge groove 301 is formed.
  • the cooling gas discharge groove 301 is formed by cutting out the surfaces 210 to 212 and opens to the side of the substrate holder 112 (3b in FIG. 3).
  • the depth of the cooling gas discharge groove 301 may be deeper than the surface 210 or the same height.
  • the cooling gas is discharged from the side of the substrate holder 112 to the inside of the vacuum vessel 101 maintained at a lower pressure than the recess of the substrate holder 112 through the cooling gas discharge groove 301, and is discharged by the exhaust mechanism 104. Exhausted.
  • the surface 210 can be actively used for heat transfer by radiation by increasing the emissivity by performing an alumina spraying process or a black body process.
  • the surface 211 may be mirror-finished, but since a passage for exhausting the cooling gas is provided, There is no gas leak.
  • an O-ring groove 400 and an O-ring 401 may be provided on the surface 211 as shown in FIG. Is possible.
  • the material of the O-ring 401 is desirably a cold resistant type, and silicon rubber is preferable. When used at a temperature lower than the cold resistance temperature of silicon rubber, a polyimide resin or polybenzimidazole (PBI resin) may be used.
  • the O-ring 401 used here is not a sealing component for increasing the gas pressure on the back surface of the substrate, but for preventing damage to the substrate. In this example, since the gas discharge hole is secured, it is not necessary to perform sealing.
  • the cooling gas introduction holes 113 and the cooling gas discharge holes 114 scattered in the substrate holding table 112 may be tapped and countersunk from the surface 210 side as shown in FIG.
  • the countersinking is to prevent the screw head from jumping out from the surface 210.
  • the gas pressure on the back surface of the substrate W can be adjusted by sealing with a necessary number of screws 501 and 502. If, for example, screws 501 and 502 are used as the conductance adjustment member and the number of cooling gas discharge holes 114 is reduced from the number of cooling gas introduction holes 113, the pressure on the back surface of the substrate W can be further increased. As a result, the cooling gas spreads over the entire back surface of the substrate W, and the substrate cooling temperature distribution can be suppressed.
  • the number of the cooling gas discharge holes 114 and the number of the cooling gas introduction holes 113 can be easily increased / decreased without performing additional processing on the substrate holding table 112, and the pressure is increased to a range where the substrate does not warp. An example in which such adjustment is possible is shown.
  • a screw provided with a through hole parallel to the screw rotation axis such as a screw 503 with a through hole
  • the gas pressure on the back surface of the substrate W can be adjusted. For example, by making the through hole diameter of the through hole screw attached to the cooling gas discharge hole 114 smaller than the through hole diameter of the through hole screw attached to the cooling gas introduction hole 113, additional processing to the substrate holder 112 is performed.
  • the size of the cooling gas introduction hole 113 and the cooling gas discharge hole 114 can be changed, and the gas pressure on the back surface of the substrate W can be adjusted.
  • the thickness (screw diameter) is 4 mm or more, and the diameter of the through hole is preferably 1 mm or more. This is because if the thickness of the screw is less than 4 mm, the strength of the screw is lowered when the through hole is opened.
  • the structural example of the cooling gas introduction guide 201 is shown in FIG.6 and FIG.7.
  • the substrate holding table 715 is divided into two parts in the thickness direction, like a substrate holding table base 709 and a substrate holding table sealing plate 710.
  • the substrate holding base 709 is configured such that a recess is formed on the inner periphery by countersink processing, and the substrate W can be held at the outer peripheral end.
  • the bottom surface 700 of the recess is formed with a cooling gas introduction groove 703 and a base side cooling gas introduction hole 705 that communicates the cooling gas introduction groove 703 with the cooling gas supply source.
  • a cooling gas discharge groove 704 formed on the inner peripheral side of the cooling gas introduction groove 703, and a base side cooling gas discharge that communicates the cooling gas discharge groove 704 with the cooling gas exhaust mechanism 104 are formed on the bottom surface 700 of the recess.
  • a hole 706 is formed.
  • a portion having a height different from that of the bottom surface 700 is indicated by hatching or hatching.
  • the gas passage can be formed by brazing or screwing the substrate holding base sealing plate 710 to the upper portion of the bottom surface 700 of the substrate holding base 709.
  • a sealing plate side cooling gas introduction hole 708 communicating with the cooling gas introduction groove 703 and a sealing plate side cooling gas exhaust hole 707 communicating with the cooling gas discharge groove 704 are formed through the substrate holding plate sealing plate 710. ing.
  • the degree of freedom in design can be increased, and a device with a higher cooling effect can be configured.
  • the length of the passage from the base side cooling gas introduction hole 705 to each sealing plate side cooling gas introduction hole 708 is substantially equal (relative difference (from the median value). Difference / median value) range of ⁇ 5%), and the lengths of the branch paths for introducing gas are set equal.
  • the lengths of the branch paths in the discharge groove 704 are set to be approximately equal (range of relative difference (difference from median / median) ⁇ 5%). Thereby, the dispersion
  • the branch path opened closer to the substrate transfer port is made longer or narrower than the far side, and the conductance. May be reduced.
  • the branch path rather than dividing the gas introduction path and controlling it independently, thereby reducing the cost and making the cooling effect uniform. Can be planned.
  • the gas introduction passages are provided on the outer peripheral side and the inner peripheral side, the same effect can be obtained even if the inner peripheral branch path is lengthened or narrowed to reduce the conductance.
  • the flow rate of the cooling gas may be set to 3 sccm or more. This is because if it is less than 3 sccm, the substrate cooling efficiency is lowered. Even when the gas flow rate is increased, the gas discharge hole is provided in the application example of the present invention, so that the substrate W hardly warps and the substrate cooling temperature distribution can be kept low. However, when the number and size of the gas discharge holes can be adjusted as in the example shown in FIG. 5, a substrate W back surface pressure that warps the substrate W may be generated. In this case, if the gas pressure on the back surface of the substrate W is set to 500 Pa or less, the cooling temperature distribution due to the warp of the substrate W can be almost ignored.
  • cooling gas introduction hole 113 may be provided only in the center, as described above, the cooling gas is dispersed when the cooling gas introduction holes 113 are scattered, and local cooling due to the ejection pressure is prevented. Therefore, it is preferable.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the cooling gas is introduced from the outer peripheral side and exhausted from the inner peripheral side, but the configuration in which the cooling gas is introduced from the inner peripheral side and exhausted to the outer peripheral side, Various configurations such as a configuration in which the cooling gas discharge holes 114 are provided, and a configuration in which the holes are scattered in a lattice shape instead of a concentric shape may be employed.
  • the flow rate or flow pressure of the inner peripheral is larger than the outer periphery having a large volume, and Heat transfer on the inner peripheral side by the cooling gas that has already deprived of heat is promoted, and heat transfer efficiency can be made uniform on the inner and outer periphery, which is preferable.
  • the bottom surface of the recess is a flat surface.
  • the present invention is not limited to this, and a protrusion that induces a flow may be provided.
  • this protrusion is 1 ⁇ 2 the depth of the recess.
  • the substrate cooling apparatus according to this embodiment can be applied to a dry etching apparatus, an ion beam etching apparatus, and the like.
  • FIG. 8 shows an example of an electronic device manufactured by applying the sputtering apparatus of the present invention.
  • FIG. 8 shows a magnetic tunnel coupling (MTJ) element.
  • the laminated film on these substrates can be produced by sputtering, and among these, the CoFe ferromagnetic layer sandwiching the tunnel barrier layer (mainly magnesium oxide) is sputtered while maintaining the substrate temperature at, for example, ⁇ 0 ° C. or lower.
  • the film is formed by
  • the tunnel barrier layer is formed by sputtering using a ceramic target containing magnesium oxide.
  • FeCo is formed into an amorphous film by low-temperature film formation to obtain MgO organized in the (001) plane direction on amorphous FeCo.
  • FeCo is formed using MgO as a template.
  • a crystallized MTJ element having a high MR ratio can be obtained.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration for cooling a substrate according to a comparative example.
  • a cooling gas introduction hole 603 having a diameter of 5 mm is provided at the center of the substrate holding table 600, and is connected to the cooling gas line 602 on the back side of the substrate holding table 600. There is no exhaust passage for positively discharging the cooling gas.
  • the substrate holder 600 and the substrate W are sealed by a silicon rubber O-ring 606.
  • the cooling gas has a structure in which gas pressure adjustment is performed by an automatic gas pressure controller (APC) 601.
  • the pressing force by the substrate pressing ring 604 was 147N.
  • the gas to be sealed was helium gas and 10 Torr (1330 Pa) was introduced.
  • the gap between the surface 607 and W was 0.2 mm.
  • the temperature of the substrate holder 600 was ⁇ 90 ° C., and a Si substrate with an oxide film having a diameter of 200 mm ⁇ thickness of 0.725 mm was used.
  • the temperature of the substrate was measured by attaching a thermocouple (for example, K type) to a location (referred to as an edge portion) 80 mm away from the center of the substrate.
  • a thermocouple for example, K type
  • the substrate temperature in the equilibrium state was ⁇ 65 ° C. at the center of the substrate and ⁇ 80 ° C. at the edge of the substrate (Table 1).
  • the reason for such a result is that the substrate is warped by the holding force for sealing the cooling gas (the shape in which the center moves away from the substrate holder) and the warp, and the substrate is warped by the pressure of the cooling gas. Conceivable.
  • the substrate pressing force is increased to seal the cooling gas, the substrate warps, and even if the cooling gas pressure is increased, the substrate warps, generating a cooling temperature distribution in the substrate surface, and reducing the substrate pressing force to reduce the substrate. If the warpage is reduced, the reproducibility of the cooling temperature cannot be obtained due to leakage of the cooling gas.
  • Example 1 Substrate cooling experiments were performed with a structure as shown in FIG.
  • the substrate holding ring 111 is made of SUS, and the substrate holding table 112 is made of copper.
  • the surface treatment of the surface 210 was not particularly performed, and the cutting surface was left as it was.
  • the cooling gas introduction holes 113 are holes having a diameter of 1 mm, and are equally disposed at eight positions, shifted by 45 degrees from the center of the substrate holder 112.
  • the cooling gas discharge holes 114 are also 1 mm in diameter, and are equally disposed at eight positions 45 degrees inside the cooling gas introduction holes 113 at positions away from the center of the substrate holder 112.
  • the diameter of the surface 210 is 196 mm, the diameter of the surface 211 is 203 mm, and the distance between the surface 210 and the substrate W is 0.2 mm.
  • a Stirling cycle type refrigerator is connected to the substrate holder 112, and the temperature of the substrate holder 112 is controlled to be ⁇ 90 ° C.
  • the substrate pressing force was 19.6 N, and 100 sccm was flowed by the gas flow rate controller.
  • the temperature of the substrate was measured by attaching a thermocouple (for example, K type) to a location (referred to as an edge portion) 80 mm away from the center of the substrate.
  • the final temperature at the center of the substrate was ⁇ 78 ° C.
  • the temperature at the edge of the substrate was ⁇ 80 ° C., thereby suppressing the temperature difference in the substrate surface.
  • the difference between the substrates can also be suppressed within ⁇ 2 ° C., which shows the effect of the present invention (Table 1).
  • Example 2 Next, a substrate cooling experiment was performed with the configuration shown in FIG. 3 to which the present invention can be applied.
  • the substrate holding ring 111 is made of SUS, and the substrate holding table 112 is made of copper.
  • the surface treatment of the surface 210 was not particularly performed, and the cutting surface was left as it was.
  • the cooling gas introduction holes 113 are holes having a diameter of 1 mm and are equally arranged at 8 locations of 22.5 degrees apart from the center of the substrate holder 112.
  • the diameter of the surface 210 is 196 mm, the diameter of the surface 211 is 203 mm, and the distance between the surface 210 and the substrate W is 0.2 mm.
  • a Stirling cycle type refrigerator is connected to the substrate holder 112, and the temperature of the substrate holder 112 is controlled to be ⁇ 90 ° C.
  • the substrate pressing force was 19.6 N, and 100 sccm was flowed by the gas flow rate controller.
  • the temperature of the substrate was measured by attaching a thermocouple (for example, K type) to a location (referred to as an edge portion) 80 mm away from the center of the substrate.
  • the final temperature at the center of the substrate was ⁇ 79 ° C. and the temperature at the edge of the substrate was ⁇ 77 ° C., thereby suppressing the temperature difference in the substrate surface.
  • the difference between the substrates can also be suppressed within ⁇ 2 ° C., which shows the effect of the present invention (Table 1).
  • the substrate holding ring 111 is made of SUS, and the substrate holding table base plate 709 and the substrate holding table sealing plate 710 are made of copper.
  • the surface treatment on the side facing the substrate of the substrate holding base sealing plate 710 was not particularly performed, and the cutting surface was left as it was.
  • the cooling gas introduction holes 708 were holes having a diameter of 1 mm, and were uniformly arranged at four positions of 90 degrees at positions away from the center of the substrate holding table 715.
  • the cooling gas discharge holes 707 were also 1 mm in diameter, and were equally arranged at 90 degrees inside the cooling gas introduction holes at positions away from the center of the substrate holder 715.
  • the distance between the substrate holding base sealing plate 710 and the substrate W is 0.2 mm.
  • a GM cycle type refrigerator (not shown) is connected to the substrate holding table 715, and the temperature of the substrate holding table 112 is controlled to be ⁇ 200 ° C.
  • the substrate pressing force was 19.6 N, and 50 sccm was flowed by the gas flow rate controller.
  • the temperature of the substrate was measured by attaching a thermocouple (for example, K type) to a location (referred to as an edge portion) 80 mm away from the center of the substrate.
  • the temperature difference in the substrate surface was suppressed such that the temperature at the center of the substrate was ⁇ 145 ° C. and the temperature at the edge of the substrate was ⁇ 149 ° C.
  • the difference between the substrates can also be suppressed within ⁇ 2 ° C., which shows the effect of the present invention (Table 1).

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Abstract

　基板冷却装置は、基板を載置することが可能な載置部と載置部に載置される基板との間に空間を形成する凹部を有する基板保持台と、基板保持台との間に押し付け力を発生させて、基板を基板保持台に固定する保持部材と、基板保持台に接続される冷凍機と、基板保持台に設けられかつ凹部の凹面に開口する冷却ガス導入孔を有し、冷却ガス導入孔を介して凹部内の空間と冷却ガスの供給源とを接続する冷却ガス導入通路と、冷却ガス導入孔と独立して基板保持台に設けられかつ凹部の凹面に開口する冷却ガス排出孔を有し、冷却ガス排出孔を介して凹部内の空間と排気装置とを接続する冷却ガス排出通路と、を備える。

Description

基板冷却装置、スパッタリング装置および電子デバイスの製造方法
　本発明は、冷凍機を用いて基板を冷却する基板冷却装置、スパッタリング装置および電子デバイスの製造方法に関する。
　従来、結晶成長の制御等のために、基板を低温に保持してスパッタリングを行う方法が知られている。例えば、基板を低温（例えばマイナス領域）で成膜することでアモルファス膜形成の可能性を期待できる。これは、スパッタ粒子が基板へ付着したと同時に低温基板によりエネルギーを失い、粒子の表面移動が抑えられるからである。低温領域におけるスパッタリングプロセスを実現するには、基板保持台（基板ステージ）が低温制御できる必要がある。
　基板ステージへの基板保持方法は、機械的に基板を挟み込んで固定する方法や静電吸着による固定方法が考えられる。特許文献１には静電吸着用の凸部を複数有する静電吸着ステージに冷却ガスの供給孔を設け、凸部に吸着される基板の裏面側に冷却ガスを導入可能な基板保持装置が開示されている。このように、基板ステージに固定された基板を効率よく冷却するには基板ステージと基板との間に冷却ガスを流すことが有効である。冷却ガスは水素やヘリウムが望ましいが、プロセスへの影響を考えると希ガスであるヘリウムが望ましい。また、アルゴンガスでも冷却することも可能である。
特許第３２６５７４３号公報
　しかし、静電吸着に使用されるステージは室温以上で使用可能なものが多く、低温側でもせいぜい－１５０℃（１２３Ｋ）である。例えば５０Ｋまで基板温度を下げるような場合には静電吸着による基板固定は期待できず、機械的な固定方法に頼らざるを得ない。
　また、機械的に基板を固定した場合、通常、基板と基板ステージ又は基板固定部材との間にシリコンゴム等の可撓性のシールを挟み、基板裏面側で冷却ガスを密封するが、例えば１００Ｋ以下では、大抵のシール材料の耐寒限界を越え、十分なシール性能を確保できない。このため、基板端部と基板ステージ又は基板固定部材の間から冷却ガスが漏れ出し、各基板で冷却状態の再現性が保てないという問題が生じていた。
　これに対し、基板と基板ステージ又は基板固定部材との間の固定力を強めて冷却ガスの漏れを抑える方法が考えられるが、この強い固定力により基板が反ってしまい、冷却ムラが発生するという問題がある。
　本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、冷凍機を用いて基板を冷却する場合にも、再現性よく冷却でき、かつ、基板面内の冷却分布を低減可能な手段を提供することにある。
　本発明に一形態にかかる基板冷却装置は、基板を載置することが可能な載置部と当該載置部に載置される基板との間に空間を形成する凹部を有する基板保持台と、
　前記基板保持台との間に押し付け力を発生させて、前記基板を前記基板保持台に固定する保持部材と、
　前記基板保持台に接続される冷凍機と、
　前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス導入孔を有し、前記冷却ガス導入孔を介して前記凹部内の空間と冷却ガスの供給源とを接続する冷却ガス導入通路と、
　前記冷却ガス導入孔と独立して前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス排出孔を有し、前記冷却ガス排出孔を介して前記凹部内の空間と排気装置とを接続する冷却ガス排出通路と、を備えることを特徴とする。
　このように、基板保持台の凹部に冷却ガス排気孔を設けて、冷却ガスの排気を行うことで、固定力を高めなくても再現性を確保し、かつ、基板温度の面内分布を抑制し、目的の温度まで冷却することが可能になった。これは基板保持台の凹部に沿った冷却ガスの流れを作ることで、凹部内で必要な冷却ガス圧力を維持しつつ基板方向への冷却ガスの拡散が抑えられ、結果、基板端部からの真空容器内へのガスの漏れを抑制される為ではないか、と推測される。
　また、本発明の一形態にかかる基板冷却装置において、前記基板保持台は、
　凹部及び前記凹部の周囲の凸部に形成される基板保持面を有すると共に、前記凹部の底面に前記冷却ガス導入通路または冷却ガス排出通路を構成する溝が形成された基台と、
　前記基台の前記凹部の底面にはめ込まれ、前記基台の溝に通じる前記冷却ガス導入孔または冷却ガス排出孔を有する封止板と、を有することを特徴とする。
　このように、基板保持面を有し強度を要する基台の方に溝を形成し、貫通孔を形成した封止板をはめ込むことで、基板保持台に必要な強度を保ちつつ、基板保持台の薄型化が可能であり、これにより基板保持台を目的の温度にするまでの起動時間の短縮でき、装置の稼動率を高めることができる。
　また、本発明の一形態にかかる基板冷却装置において、前記冷却ガス排出孔を形成する壁部は、前記冷却ガス排出孔の孔径を小さくするためのコンダクタンス調整部材を内側に取り付け可能な取付構造を有することを特徴とする。
　これにより、部分的なコンダクタンス調整により面内分布の改善ができる。
　この発明に係る冷却方法を用いることで、基板に反りを発生させること無く基板を冷却することが可能になり、十分な冷却効果が望めるとともに、基板面内の冷却ムラを低減することが可能になる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本実施形態に係るスパッタリング装置の一例を示す図である。 実施形態にかかる基板保持台の構成を示す図である。 実施形態にかかる他の基板保持台の構成を示す図である。 実施形態にかかる他の基板保持台の構成を示す断面図である。 実施形態にかかる他の基板保持台の構成を示す断面図である。 実施形態にかかる他の基板保持台の構成を示す断面図である。 図６の基板保持台を説明するための図である。 実施形態にかかるスパッタリング装置を適用して作成するデバイスの例を示す。 比較例の基板保持台を示す断面図である。 基板搬入から搬出までの各装置のシーケンスを示す図である。
　図１は本実施形態に係るスパッタリング装置の一例を示す図である。スパッタリング装置１００は真空容器１０１内にスパッタリングカソード１０２、スパッタリングターゲット１０３そして基板保持台１１２を備えている。
　真空容器１０１には、流量制御器（マスフローコントローラー：ＭＦＣ）１１０－１を介してプロセスガス１１０が導入可能である。真空容器１０１はプロセスガス１１０や不純物ガスを排気するためのターボ分子ポンプなどの排気ポンプを含む排気機構１０４を備えている。排気機構１０４は、成膜処理中は、例えば、２０Ｐａ以下まで真空容器１０１の内部を排気することが可能である。
　スパッタリングカソード１０２は整合器１０８（Ｍ）を介して高周波電源１０６ならびに直流電源１０７に接続されている。これにより、スパッタリングカソード１０２には高周波のみの電力供給、高周波＋直流重畳による電力供給、そして直流電力のみの電力供給のいずれかが可能になっている。もちろん、整合器１０８と高周波電源１０６を省いて直流電源１０７のみの電力供給にしても問題ない。
　基板保持台１１２には基板保持リング１１１が設けられ、基板Ｗを押し付け固定することが可能になっている。基板保持台１１２は銅や銅合金などの熱伝導率が高い材料で形成され、基板保持リング１１１は基板保持台１１２よりも熱伝導率が低い鉄や鉄系合金（例えばステンレス鋼）などの材料で形成される。基板保持台１１２の下部には基板保持台１１２を冷却する冷凍機１０５が接続されている。冷凍機１０５はｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用したタイプか、ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ－ＭｃＭａｈｏｎ）サイクルを利用したタイプのどちらでもよく、必要な冷凍能力を考慮のうえ決定する。また、冷凍機１０５に取り付けられる基板保持台１１２の内部には、流量制御器（マスフローコントローラー：ＭＦＣ）１０９－１を介して冷却ガス１０９が導入可能で、基板保持台１１２の内部に設けられた通路１１３を通って基板Ｗの設置面に冷却ガス１０９が吹きつけられる。冷却ガス１０９は、少なくとも目的の基板冷却温度においてガス化しているものであればよく、例えば、水素やヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。冷却ガスの熱伝達により、基板Ｗの熱が基板保持台１１２に伝えられ、基板Ｗが冷却される。なお、流量制御器の代わりに自動ガス圧制御器（オートプレジャーコントローラー：ＡＰＣ）を用いてガス圧管理を行ってもよい。以下、「ＭＦＣ/ＡＰＣ１０９－１」と表記する。一方、冷却ガス１０９は、基板Ｗを冷却した後に冷却ガス排出孔１１４を通りそのままプロセスガスと混合されるか、真空容器１０１の排気機構１０４に接続する排気管によって真空容器１０１内に放出されること無く排気機構１０４に導かれ、排気される。このように、排気機構１０４を真空容器１０１用のものと共用化することで、簡便かつ低コストに構成可能である。また、この排気管もステンレス鋼などの基板保持台１１２よりも熱伝導率の小さい材料で形成することで、排気管が接続する真空容器壁や配管の支持部材等から基板保持台１１２への熱の流入を抑え、冷却効率を維持することができる。
　次に、図２を用いて本発明を適用できる基板保持台１１２の詳細を説明する。なお、図２の２ａでは基板保持リング１１１と基板Ｗは非図示としている。基板保持台１１２には二段の座繰り処理が施されており、内周側から外周側に向かって高くなる面２１０、面２１１、面２１２が形成されている。基板保持リング１１１は面２１２に設けられ、外径が基板径よりも大きな面２１１との間で基板Ｗを保持する（図２の２ｂ）。面２１０の径は基板径よりも小さく面２１１の径は基板径よりも大きいため、面２１０と基板Ｗの間には隙間ｄが形成され、面２１０，２１１間の段差面に囲まれた凹部が形成されている。
　基板保持台１１２には冷却ガス導入孔１１３と冷却ガス排出孔１１４が設けられており、冷却ガスの供給と冷却ガスの排気とを独立に行なうことが可能になっている。一方、基板保持台１１２の面２１０に開口する複数の冷却ガス導入孔１１３は、基板保持台１１２の底面に設けられた冷却ガス導入ガイド２０１によってガス供給元が共通化されている。冷却ガス導入ガイド２０１には冷却ガス導入ライン２０３が接続されている。冷却ガス導入ガイド２０１と冷却ガス導入ライン２０３の接続口は１箇所であっても、複数であってもよい。そして、基板Ｗに導入された冷却ガスは、基板保持台１１２の面２１０に開口する複数の冷却ガス排出孔１１４の冷却ガス排出ガイド２０２に集められる。冷却ガス排出ガイド２０２には冷却ガス排出ライン２０４が接続されており、冷却ガスの排出が行われる。冷却ガス排出ガイド２０２と冷却ガス排出ライン２０４の接続口は１箇所であっても、複数であってもよい。
　このように、冷却ガス導入孔１１３と冷却ガス排出孔１１４を点在させることにより、面内に広く冷却ガスを分散させることができ、噴出圧による局部的な冷却を防ぐことができる。点在する冷却ガス導入孔１１３を共通に冷却ガスの導入ラインから導き、点在する冷却ガス排出孔１１４を共通に排出ラインへ排出することによって、基板Ｗの裏面側の圧力や流量を統一的にコントロールできる。
　［スパッタリング装置の動作］
　図１０に、本実施形態のスパッタリング装置の動作例を示す。図１のスパッタリング装置に適用した場合を例に説明する。図１のスパッタリング装置は、ＭＦＣ１１０－１などのプロセスガス導入系、基板保持リング１１１を基板保持位置及び保持解除位置に駆動する駆動装置（不図示）、直流電源１０７、高周波電源１０６などのスパッタ電源、冷凍機１０５、及び、排気ポンプに指令信号を送り、所定のシーケンスを実行させるコントローラｃｏｎを備えて構成される。コントローラｃｏｎは、制御プログラムを格納する記憶部８１、プロセス制御の演算処理を行う演算処理部８２を備える。演算処理部８２は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やマイクロコンピュータ等で構成できる。
　図１０に示すように、基板が真空容器１０１に搬入される前から排気ポンプ及び冷凍機１０５は駆動され（ＯＮ）、真空容器１０１内が所定の圧力以下に保たれるとともに、基板保持台１１２が所定の温度に保たれている。基板が真空容器１０１内に搬入されると（図１０のｔ１）、その後、プロセスガスが真空容器１０１内に導入される（図１０のｔ２）。そして、基板保持リング１１１が駆動されて基板が基板保持台１１２に固定され（図１０のｔ３）、基板裏面に冷却ガスが導入される（図１０のｔ４）。冷却ガスの導入後、所定の冷却時間Ｔ１を経て、スパッタ電源をＯＮし（図１０のｔ５）、成膜が開始される。スパッタ電源のＯＦＦにより（図１０のｔ６）、成膜処理を終了し、これと共に冷却ガス及びプロセスガスの供給を停止し、基板保持リング１１１による固定を解除（保持解除）する（図１０のｔ６）。冷却ガスを停止し（図１０のｔ６）、待機時間Ｔ２を経て基板が搬出される（図１０のｔ７）。待機時間Ｔ２中に基板の温度を他の部材の温度と近づけることで、真空容器１０１から基板を搬出する搬送ロボットのエンドエフェクタへ（不図示）、基板を受け渡す際の位置ずれを防止できる。
　［変形例］
　更に図３を用いて本発明を適用できる別の基板保持台１１２の詳細を説明する。なお、図３の３ａでは基板保持リング１１１と基板Ｗは非図示としている。基板保持台１１２には冷却ガス導入孔１１３が点在して設けられており冷却ガス導入ガイド２０１によってガス供給元が共通化されている。一方、基板保持台１１２には放射状に溝が設けられており、冷却ガス排出溝３０１を形成している。図３では、冷却ガス排出溝３０１は、面２１０～２１２を切り欠いて形成され、基板保持台１１２の側方に開口している（図３の３ｂ）。冷却ガス排出溝３０１の深さは面２１０よりも深くてもよいし、同じ高さであってもよい。これにより、冷却ガスは、冷却ガス排出溝３０１を介して、基板保持台１１２の凹部よりも低圧に維持された真空容器１０１の内部に基板保持台１１２の側方から放出され、排気機構１０４によって排気される。
　なお、面２１０はアルミナ溶射処理や、黒体処理を行うことで放射率を高め輻射による熱の授受を積極的に利用することも可能である。一方、面２１１と基板Ｗとの面接触を高めることを目的として、面２１１は鏡面処理を行ってもよいが、冷却ガスを排気する通路が設けられているから、面接触している箇所からのガスの漏れはない。
　しかし、基板Ｗと面２１１の接触により基板Ｗに傷などが付くことを避ける必要がある場合には、図４に示すように、面２１１上にＯリング溝４００とＯリング４０１を設けることも可能である。Ｏリング４０１の材質は耐寒タイプのものが望ましく、シリコンゴムが好適である。シリコンゴムの耐寒温度よりも低い温度で使用する場合にはポリミド樹脂やポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ樹脂）などを使用してもよい。なお、ここで使用するＯリング４０１は基板裏面のガス圧力を高めるためのシール部品ではなく、基板への傷つき防止のためのものである。本例ではガス排出孔が確保されているため、シールを行う必要はない。
　基板保持台１１２に点在する冷却ガス導入孔１１３、冷却ガス排出孔１１４には図５のように面２１０側からタップ加工と座繰り加工を行ってもよい。座繰り加工は、ネジ頭が面２１０から飛び出すことを防ぐためにある。これによって必要な数のネジ５０１や５０２を用いて封止することで基板Ｗ裏面のガス圧を調節することが可能になる。コンダクタンス調整部材として、例えば、ネジ５０１、５０２を用いて、冷却ガス排出孔１１４の数を冷却ガス導入孔１１３の数より減らすなどすれば、基板Ｗ裏面の圧力をより高めることが可能になる。これによって、冷却ガスが基板Ｗ裏面全域に行き渡り、基板冷却温度分布を抑えることが可能になる。以上は、基板保持台１１２に追加工を行うことなく冷却ガス排出孔１１４の数と冷却ガス導入孔１１３の数を簡単に増減させることを可能にして、基板が反らない範囲まで圧力を高めるような調整が可能になる例を示したものである。
　なお、ネジ５０１、５０２の代わりに貫通孔付きネジ５０３のようなネジ回転軸に平行な貫通孔を設けたネジを用いることも可能である。貫通孔径を変えた貫通孔付きネジ５０３を冷却ガス導入孔１１３と冷却ガス排出孔１１４に取り付ければ、基板Ｗ裏面ガス圧を調節することができる。例えば、冷却ガス排出孔１１４に取り付けた貫通孔付きネジの貫通孔径を冷却ガス導入孔１１３に取り付けた貫通孔付きネジの貫通孔径よりも小さくすることで、基板保持台１１２への追加工を行うこと無しに、冷却ガス導入孔１１３と冷却ガス排出孔１１４のサイズを変更できて、基板Ｗ裏面のガス圧を調整することが可能になる。なお、ここで用いるネジのサイズは太さ（ネジ径）が４ｍｍ以上で、貫通孔径は１ｍｍ以上が好適である。ネジの太さが４ｍｍ未満では貫通孔を開けた場合、ネジ強度が低くなってしまうからである。
　更に、冷却ガス導入ガイド２０１の構成例を図６及び図７に示す。図６のように基板保持台７１５を厚み方向に基板保持台ベース７０９と基板保持台封止板７１０のように２分割して構成している。基板保持台ベース７０９は、内周に凹部が座繰り加工により形成され、外周端部で基板Ｗを保持可能に構成されている。また、この凹部の底面７００には、冷却ガス導入溝７０３、冷却ガス導入溝７０３と冷却ガスの供給元とを連通させるベース側冷却ガス導入孔７０５が形成されている。更に、この凹部の底面７００には、冷却ガス導入溝７０３より内周側に形成された冷却ガス排出溝７０４、冷却ガス排出溝７０４と冷却ガスの排気機構１０４とを連通させるベース側冷却ガス排出孔７０６が形成されている。図７中、底面７００と高さが異なる部分をハッチング又は網掛けで示す。
　そして、この基板保持台ベース７０９の底面７００の上部に基板保持台封止板７１０をロウ付けやネジ止めすることでガスの通路を形成することが可能になる。基板保持台封止板７１０には、冷却ガス導入溝７０３に連通する封止板側冷却ガス導入孔７０８と、冷却ガス排出溝７０４に連通する封止板側冷却ガス排出孔７０７が貫通加工されている。
　このように、基板保持台１１２を別体に形成し、溝の形成により分岐路を設けることで、設計の自由度を高めることができ、より冷却効果の高い装置を構成可能である。例えば、図７の７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの例では、ベース側冷却ガス導入孔７０５から各封止板側冷却ガス導入孔７０８に至る通路の長さは略同等（相対差（中央値からの差／中央値）±５％の範囲）に設定され、ガス導入の分岐路の長さが等しく設定されている。排出溝７０４についても同様に分岐路の長さが略等しく（相対差（中央値からの差／中央値）±５％の範囲）設定されている。これにより、冷却ガスの分散ムラを防ぐことができる。
　なお、等しく設定する場合に限られない。例えば、真空容器１０１内へ基板を搬送するための基板搬送口付近では部材の温度が低下しやすいことから、基板搬送口から近い方に開口する分岐路を遠い方よりも長く又は狭くし、コンダクタンスを小さくしてもよい。このような定常的に冷却効率の差等が発生する部分については、ガス導入路を分けて独立に制御するよりも、分岐路の調整を行うことで、低コスト、簡易に冷却効果の均一を図ることができる。同様に、外周側、内周側にガス導入通路を設ける場合に、内周側の分岐路を長く又は狭くし、コンダクタンスを小さくしても、同様の効果が得られる。
　なお、いずれの適用例においても冷却ガスの流量は３ｓｃｃｍ以上に設定すればよい。３ｓｃｃｍより少ない場合、基板冷却効率が低くなってしまうからである。また、ガス流量が大きくなっても、本発明の適用例ではガス排出孔が設けられているため、基板Ｗの反りはほとんど発生せず、基板冷却温度分布も低く抑えられる。しかし、図５に示される例のように、ガス排出孔の数、サイズが調整できるような場合には、基板Ｗを反らせるような基板Ｗ裏面圧力が発生し得る。この場合には基板Ｗ裏面ガス圧が５００Ｐａ以下になるようにすれば基板Ｗの反りによる冷却温度分布は殆ど無視できる。
　以上、実施形態について説明したが、本発明の適用は上記実施形態に限定されない。中央のみに冷却ガス導入孔１１３を設けてもよいが、上述のように、冷却ガス導入孔１１３を点在させた方が、冷却ガスが分散され、噴出圧力による局所的な冷却が防がれるので好ましい。
　また、外周側から冷却ガスを導入し、内周側から排気する構成に限定されず、内周側から導入し、外周側に排気する構成、同一円周上に交互に冷却ガス導入孔１１３及び冷却ガス排出孔１１４を設ける構成、各孔を同心円状でなく、格子状に点在させる構成等、種々の構成を採用しうる。このうち、上記実施形態のように、外周側から冷却ガスを導入し、内周側から排気する構成をとると、容積の大きな外周よりも内周の流量又は流圧が大きくなり、外周側で既に熱を奪った冷却ガスによる内周側での熱伝達が促進され、内外周で熱伝達効率を均一化できるので好ましい。
　また、上記実施形態では、凹部の底面は平坦面としているが、これに限定されず、流れを誘導するような突出を設けてもよい。しかし、この突出は凹部の深さの１／２とすることが、ガスの拡散の観点から好ましい。なお、スパッタリング装置以外にも、ドライエッチング装置、イオンビームエッチング装置等にも本実施形態にかかる基板冷却装置を適用可能である。
　［電子デバイスの製造方法］
　図８に、本発明のスパッタリング装置を適用して製造する電子デバイスの例を示す。図８は、磁気トンネル結合（ＭＴＪ）素子である。これら基板上の積層膜は、スパッタリング法により作製できるが、このうちトンネルバリア層（酸化マグネシウムを主成分とする）を挟むＣｏＦｅ強磁性層を、基板温度を例えば－０℃以下に保ちながらスパッタリング法により成膜する。また、トンネルバリア層は、酸化マグネシウムを含むセラミックターゲットを用いてスパッタリングにより、成膜する。
　この工程において、ＦｅＣｏを低温成膜によりアモルファスに成膜することで、アモルファスＦｅＣｏ上に（００１）面直方向に組織化したＭｇＯが得られ、これを熱処理することで、ＭｇＯをテンプレートとしてＦｅＣｏが結晶化された、高ＭＲ比のＭＴＪ素子を得ることができる。
　（比較例１）
　本発明の効果を明確にするために、比較例を以下に示す。図９は比較例による基板を冷却する構成を示す図である。基板保持台６００の中心には直径５ｍｍの冷却ガス導入孔６０３が設けられており、基板保持台６００の裏面側で冷却ガスライン６０２と接続されている。冷却ガスを積極的に排出するための排気通路は設けられていない。基板保持台６００と基板Ｗはシリコンゴム製Ｏリング６０６によって密閉される。冷却ガスは自動ガス圧制御器（ＡＰＣ）６０１によってガス圧力調整が行われる構造となっている。基板押えリング６０４による押え力は１４７Ｎとした。また、密封させるガスはヘリウムガスで１０Ｔｏｒｒ（１３３０Ｐａ）導入した。面６０７とＷとの隙間は０．２ｍｍとした。
　基板保持台６００の温度は－９０℃とし、基板は直径２００ｍｍ×厚み０．７２５ｍｍの酸化膜付きＳｉ基板を用いた。基板の温度測定には、熱電対（例えばＫタイプ）を基板中心部と中心から８０ｍｍはなれた箇所（エッジ部と呼ぶ）に貼り付けて行った。
　その結果、平衡状態の基板温度は、基板中心部の温度が－６５℃、基板エッジの温度が－８０℃となった（表１）。このような結果になった理由は、冷却ガスを密封するための押え力による基板の反り（中心が基板保持台から遠ざかる形状）やゆがみと、冷却ガスの圧力による基板の反りによるものであると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（比較例２）
　そこで、密封する冷却ガス圧力を１Ｔｏｒｒとして、基板押え力を９．８Ｎと弱めたところ、基板の反りは減少したが、ガスの漏洩量が大きくなり、基板エッジ温度の時間変化が発生、更には基板間差が発生し、再現性が得られなくなってしまった（表１）。
　すなわち、冷却ガスを密閉するために基板押え力を強めれば基板が反り、冷却ガス圧を高めても基板が反ることで基板面内冷却温度分布が発生し、基板押え力を弱めて基板の反りを減少させると、冷却ガスの漏洩により冷却温度の再現性が得られなくなってしまう。
　（実施例１）
　本発明を適用できる図２のような構造で基板冷却実験を行った。基板保持リング１１１はＳＵＳ製、基板保持台１１２は銅製である。面２１０の表面処理は特に行っておらず、切削面のままとした。冷却ガス導入孔１１３は直径１ｍｍの孔で基板保持台１１２の中心から離れた位置に４５度ずつずらして８箇所均等配置させた。冷却ガス排出孔１１４も直径１ｍｍで、基板保持台１１２の中心から離れた位置で、冷却ガス導入孔１１３よりも内側に４５度ずつ８箇所均等配置させた。
　面２１０の直径は１９６ｍｍ、面２１１の直径は２０３ｍｍとし、面２１０と基板Ｗとの距離は０．２ｍｍである。基板保持台１１２にはＳｔｉｒｌｉｎｇサイクルタイプの冷凍機が接続され、基板保持台１１２の温度が－９０℃になるように制御されている。基板押え力は１９．６Ｎとし、ガス流量制御器によって１００ｓｃｃｍ流した。基板の温度測定には、熱電対（例えばＫタイプ）を基板中心部と中心から８０ｍｍはなれた箇所（エッジ部と呼ぶ）に貼り付けて行った。
　この結果、最終的な基板中心部の温度は－７８℃、基板エッジ部の温度は－８０℃と基板面内の温度差が抑えられた。基板間差についても±２℃以内に抑えることができ、本発明の効果を示している（表１）。
　（実施例２）
　次に、本発明を適用できる図３に示されるような構成にて基板冷却実験を行った。基板保持リング１１１はＳＵＳ製、基板保持台１１２は銅製である。面２１０の表面処理は特に行っておらず、切削面のままとした。冷却ガス導入孔１１３は直径１ｍｍの孔で基板保持台１１２の中心から離れた位置に２２．５度ずつ８箇所均等配置させた。
　面２１０の直径は１９６ｍｍ、面２１１の直径は２０３ｍｍとし、面２１０と基板Ｗとの距離は０．２ｍｍである。基板保持台１１２にはＳｔｉｒｌｉｎｇサイクルタイプの冷凍機が接続され、基板保持台１１２の温度が－９０℃になるように制御されている。基板押え力は１９．６Ｎとし、ガス流量制御器によって１００ｓｃｃｍ流した。基板の温度測定には、熱電対（例えばＫタイプ）を基板中心部と中心から８０ｍｍはなれた箇所（エッジ部と呼ぶ）に貼り付けて行った。
　この結果、最終的な基板中心部の温度は－７９℃、基板エッジ部の温度は－７７℃と基板面内の温度差が抑えられた。基板間差についても±２℃以内に抑えることができ、本発明の効果を示している（表１）。
　（実施例３）
　そして、本実施例を適用できるような図６の構成で基板冷却を確認した。基板保持リング１１１はＳＵＳ製、基板保持台ベース板７０９ならびに基板保持台封止板７１０は銅製である。基板保持台封止板７１０のうち基板に対向する側の表面処理は特に行っておらず、切削面のままとした。冷却ガス導入孔７０８は直径１ｍｍの孔で基板保持台７１５の中心から離れた位置に９０度ずつ４箇所均等配置させた。冷却ガス排出孔７０７も直径１ｍｍで、基板保持台７１５の中心から離れた位置で、冷却ガス導入孔の内側に９０度ずつ４箇所均等配置させた。
　基板保持台封止板７１０と基板Ｗとの距離は０．２ｍｍである。基板保持台７１５には非図示のＧＭサイクルタイプの冷凍機が接続され、基板保持台１１２の温度が－２００℃になるように制御されている。基板押え力は１９．６Ｎとし、ガス流量制御器によって５０ｓｃｃｍ流した。基板の温度測定には、熱電対（例えばＫタイプ）を基板中心部と中心から８０ｍｍはなれた箇所（エッジ部と呼ぶ）に貼り付けて行った。
　この結果、基板温度平衡状態にて、基板中心部の温度は－１４５℃、基板エッジ部の温度は－１４９℃と基板面内の温度差が抑えられた。基板間差についても±２℃以内に抑えることができ、本発明の効果を示している（表１）。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
　本願は、２００９年１０月５日提出の日本国特許出願特願２００９－２３１２９２を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (8)

  1. 　基板を載置することが可能な載置部と当該載置部に載置される基板との間に空間を形成する凹部を有する基板保持台と、
    　前記基板保持台との間に押し付け力を発生させて、前記基板を前記基板保持台に固定する保持部材と、
    　前記基板保持台に接続される冷凍機と、
    　前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス導入孔を有し、前記冷却ガス導入孔を介して前記凹部内の空間と冷却ガスの供給源とを接続する冷却ガス導入通路と、
    　前記冷却ガス導入孔と独立して前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス排出孔を有し、前記冷却ガス排出孔を介して前記凹部内の空間と排気装置とを接続する冷却ガス排出通路と、
    　を備えることを特徴とする基板冷却装置。
  2. 　前記冷却ガス導入孔と前記冷却ガス排出孔とは、前記凹部の底面に開口していることを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
  3. 　前記保持部材は、前記基板保持台よりも熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
  4. 　前記基板保持台は、
    　凹部及び前記凹部の周囲の凸部に形成される基板保持面を有すると共に、前記凹部の底面に前記冷却ガス導入通路または冷却ガス排出通路を構成する溝が形成された基台と、
    　前記基台の前記凹部の底面にはめ込まれ、前記基台の溝に通じる前記冷却ガス導入孔または冷却ガス排出孔を有する封止板と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
  5. 　前記冷却ガス排出孔を形成する壁部は、前記冷却ガス排出孔の孔径を小さくするためのコンダクタンス調整部材を内側に取り付け可能な取付構造を有することを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
  6. 　真空容器と、
    　前記真空容器の内部に設けられ、基板を載置することが可能な載置部と当該載置部に載置される基板との間に空間を形成する凹部を有する基板保持台と、
    　前記基板保持台との間に押し付け力を発生させて、前記基板を前記基板保持台に固定する保持部材と、
    　前記基板保持台に接続される冷凍機と、
    　前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス導入孔を有し、前記冷却ガス導入孔を介して前記凹部内の空間と冷却ガスの供給源とを接続する冷却ガス導入通路と、
    　前記冷却ガス導入孔と独立して前記基板保持台に設けられかつ前記凹部の凹面に開口する冷却ガス排出孔を有し、前記冷却ガス排出孔を介して前記凹部内の空間と排気装置とを接続する冷却ガス排出通路と、
    　を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
  7. 　前記冷却ガス排出通路は、前記真空容器の内部を排気する前記排気装置と前記凹部内の空間を連通させることを特徴とする請求項６に記載のスパッタリング装置。
  8. 　請求項６に記載されたスパッタリング装置により基板に成膜する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
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