WO2014132301A1 - 真空処理装置 - Google Patents

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grease
rotary joint
path
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諒 石崎
大輔 小日向
久保田　直樹
恭輔 杉
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum processing apparatus.
  • the present invention relates to a vacuum processing apparatus that can cool a substrate held by a substrate holder that is tiltable in a vacuum vessel.
  • a film forming apparatus that cools a substrate held by a substrate holder using a refrigerator is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a GM type refrigerator is arranged in a substrate holder so that the substrate can be efficiently cooled.
  • a compressor that exchanges helium gas with the refrigerator is arranged outside the vacuum vessel, and the refrigerator and the compressor are connected by a hose that transfers helium gas as a refrigerant.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a vacuum processing apparatus having a simple structure and capable of supplying helium to a refrigerator tilted in a vacuum vessel.
  • the vacuum processing apparatus of the present invention includes a vacuum container that enables vacuum processing inside, A substrate holder capable of holding a substrate, and the substrate holder can be rotated about a rotation axis so that the substrate held by the substrate holder can be tilted with respect to a process source provided in the vacuum vessel An inclined part, A cooling device for cooling the substrate held by the substrate holder by acting together with a compression device provided on the substrate holder and provided outside the vacuum vessel; A rotary joint provided in the inclined portion and provided with a supply path for supplying refrigerant gas from the compression device to the cooling device, and a discharge path for discharging refrigerant from the cooling device to the compression device;
  • the rotary joint includes a fixed portion fixed to the vacuum vessel; A rotating part provided rotatably with respect to the fixed part and fixed to the substrate holder; A gas guide path that is provided in the fixed section or the rotating section and guides the refrigerant gas leaked from the supply path or the discharge path to the outside of the rotary joint in a region where the fixed
  • the vacuum processing apparatus of the present invention it is possible to provide a vacuum processing apparatus capable of cooling the substrate held by the substrate holder inclined in the vacuum vessel.
  • the substrate holder for cooling the substrate using a GM type refrigerator is provided, the substrate can be sufficiently cooled while being tilted even in a vacuum process or apparatus configuration in which heat flow is relatively large.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vacuum processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotary joint used in a vacuum processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is the cross-sectional schematic of the rotary joint used for the vacuum processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • FIGS. 1 is a schematic view of the vacuum processing apparatus 1, FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view of the central portion of the vacuum processing apparatus 1 in a plane perpendicular to the holder rotation axis O.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the rotary joint 29. In FIG. 1, a part of the wall surface is removed so that the inside of the vacuum vessel can be seen.
  • the vacuum processing apparatus 1 is a sputtering apparatus, and a deposition target material sputtered from a target TG as a process source attached to the cathode 5 by rotating the substrate holder 10 in a direction inclined with respect to the cathode 5.
  • the angle (incident angle) at which (process particles) is incident on the substrate W can be changed.
  • the vacuum processing apparatus 1 has a substrate holder 10 and a cathode 5 in a vacuum vessel 3.
  • the cathode 5 as a target holder is a rotating cathode that rotates about the cathode rotation axis C as a rotation axis.
  • the target TG used for film formation can be selected.
  • a magnet for generating a magnetic field on the surface of the target TG is provided inside the cathode 5.
  • the selected target TG is sputtered by applying power from a power source (not shown) to the target TG opposed to the substrate holder 10. Further, the relative angle of the target TG facing the substrate W held by the substrate holder 10 can be changed by rotating the cathode 5.
  • the angle at which the deposition target material sputtered from the selected target TG is incident on the substrate W can also be adjusted by the rotation of the cathode 5.
  • the film thickness can be made uniform.
  • a gas introduction device (not shown) for introducing a process gas is provided around the cathode 5.
  • the substrate holder 10 has a stage 11 (substrate stage) for holding the substrate W.
  • the substrate holder 10 is configured to be rotatable (inclinable) around a holder rotation axis O (rotation axis) by an inclination device as an inclination portion.
  • the tilting device is a device that rotates the substrate holder 10 around the holder rotation axis O, and has a rotating member 12 that is connected to the substrate holder 10 and rotates with respect to the vacuum vessel 3.
  • the inside of the substrate holder 10 and the inside of the rotating member 12 are hermetically sealed, and the inside of the substrate holder 10 can be maintained at atmospheric pressure even if the inside of the vacuum vessel 3 is in a vacuum atmosphere.
  • the tilting device (tilting unit) includes a bearing 51 that supports the rotating member 12 on the vacuum container 3, a seal mechanism 52 that seals a connection portion between the rotating member 12 and the vacuum container 3, and rotation.
  • a drive source 53 for rotating the member 12 a sensor (not shown) for detecting the tilt angle of the substrate holder 10 by detecting the rotation angle of the drive source, a drive source based on a signal from the sensor and a preset value inputted in advance. It has a control device (not shown) for controlling 53.
  • a magnetic seal using a magnetic fluid is employed as the seal mechanism 52.
  • the rotating member 12 is connected to a rotary joint 29 described later.
  • the substrate holder 10 fixed to the rotating member 12 can be tilted, and the relative angle at which the substrate W on the stage 11 faces the target TG can be adjusted. That is, the relative angle (incident angle) of the sputtered particles incident on the substrate W from the target TG can be adjusted by the tilting device.
  • a refrigerator 13 as a cooling device for cooling the stage 11 is provided inside the substrate holder 10.
  • the refrigerator 13 (cooling device) is a GM type refrigerator.
  • the GM type refrigerator is a device that can cool to a very low temperature by driving a piston (displacer) in a cylinder containing a regenerator inside the refrigerator up and down to adiabatically expand helium gas.
  • helium gas is used as the refrigerant gas, but other gases may be used.
  • a compression device 27 is arranged outside the vacuum vessel 3 as schematically shown in FIG.
  • the refrigerator 13 is configured to act with the compression device 27 to cool the substrate held by the substrate holder 10. That is, the substrate W can be cooled through the stage 11 connected to the refrigerator 13 by expanding the high-pressure helium gas (high-pressure refrigerant) supplied from the compression device 27 in the cylinder of the refrigerator 13.
  • the low-pressure helium gas (low-pressure refrigerant) expanded in the refrigerator 13 is recovered by the compressor 27 through the discharge path.
  • the recovered low-pressure helium gas is compressed by the compression device 27 and sent out to the refrigerator 13 as high-pressure helium gas again.
  • the refrigerator 13 and the compression device 27 are connected via a rotary joint 29 and a hose (transfer unit) 17 that can transfer high-pressure helium gas.
  • the hose 17 includes a supply hose that supplies high-pressure helium gas from the compression device 27 to the supply port 32 of the rotary joint 29, and a recovery hose that returns helium gas from the discharge port 33 of the rotary joint to the compression device 27. .
  • the rotary joint 29 has a fixed portion 30 fixed to the vacuum vessel 3 side, and a rotating portion 31 fixed to the rotating member 12 and rotating with respect to the fixed portion 30. Configured.
  • the rotating part 31 of the rotary joint 29 rotates with the substrate holder 10.
  • the fixing portion 30 is a substantially round bar-shaped resin or metal member, and one end side thereof is fixed to the vacuum vessel 3.
  • the rotating portion 31 is a resin or metal member having a substantially ring shape, and is attached to the fixing portion 30 so as to be rotatable through one end side of the fixing portion 30.
  • the supply port 32 provided in the fixed portion 30 of the rotary joint 29 and the supply port 34 provided in the rotation portion 31 are communicated regardless of the rotation angle of the rotation portion 31, and the cooling device is connected from the compression device side.
  • the supply path which supplies refrigerant gas to the side is comprised.
  • the discharge port 33 provided in the fixed portion 30 of the rotary joint 29 and the discharge port 35 provided in the rotation unit 31 are communicated regardless of the rotation angle of the rotation unit 31, and the cooling device side
  • a discharge path for discharging the refrigerant gas from the compressor to the compressor side is configured.
  • the supply port 34 provided in the rotating portion 31 of the rotary joint 29 is communicated with a transfer port (not shown) that communicates with the cylinder of the refrigerator 13. Then, high-pressure helium gas is supplied from the transfer port into the cylinder of the refrigerator 13, and the low-pressure helium gas expanded in the cylinder is discharged from the other transfer port to the outside of the refrigerator 13.
  • the transfer port of the refrigerator 13 that discharges the low-pressure helium communicates with a discharge port 35 on the discharge side provided in the rotating portion 31 of the rotary joint.
  • each groove is formed in an annular shape on the rotating portion 31 side so as to make one round in the circumferential direction of the fixed portion 30, but each groove described above is formed in the fixed portion 30 or the fixed portion. You may form each said groove
  • the seal groove 57 includes a seal groove 57a provided on both sides of the gas flow groove 55a in the supply path, a seal groove 57b provided on both sides of the gas flow groove 55b in the discharge path, and a gas groove 59b to be described later. There are seal grooves 57c provided on the opposite sides of the flow grooves 55a and 55b.
  • the helium gas is prevented from leaking from the region where the rotating portion 31 and the fixed portion 30 face each other by installing the O-rings 57d in the seal grooves 57c.
  • the two O-rings 57d (first seal members) provided in the seal grooves 57a on both sides of the gas supply groove 55a prevent high-pressure helium gas from leaking from the gas supply groove 55a.
  • high-pressure helium gas is prevented from leaking from the gas supply groove 55b by O-rings 57d (second seal members) that are provided in the seal grooves 57b on both sides of the gas supply groove 55b.
  • the high-pressure helium gas flowing in the gas supply groove 55a is a low-pressure side gas. Inflow to the discharge groove 55b is prevented.
  • the region where the rotating portion 31 and the fixed portion 30 face each other is the portion where the inner surface of the annular portion of the fixed portion 30 and the outer peripheral surface of the rotating portion 31 face each other.
  • the grease grooves 59 (59a, 59b) are provided in the vicinity of the seal grooves 57a, 57b in order to suppress wear of the O-ring 57d, and the grease is always filled in the O-ring 57d. Further, an O-ring 57d is also provided in the seal groove 57c on the atmosphere side next to the grease groove so that dust does not enter the grease from the atmosphere side.
  • the high-pressure helium gas transferred from the compression device 27 enters the supply port 32 of the fixed unit 30 through the hose 17 and is discharged from the supply port 34 of the rotating unit 31 (supply path).
  • the high-pressure helium gas discharged from the supply port 34 is supplied to the refrigerator 13.
  • the low-pressure helium gas discharged from the refrigerator 13 flows from the discharge port 35 of the rotating unit 31 and is discharged from the discharge port 33 of the fixed unit 30 (discharge path). Then, the low-pressure helium gas discharged from the discharge port 33 returns to the compression device 27 via the hose 17.
  • the supply path and the discharge path of the fixed part 30 and the rotation part 31 are separated inside the rotary joint 29, and helium gas does not go back and forth between each other.
  • the fixing unit 30 has a supply port 32 from the compression device 27, a passage 37 parallel to the axis B, and passages 36 and 38 perpendicular to the axis B.
  • the supply port 32, the passage 36, the passage 37, and the passage 38 communicate with each other and form a part of the refrigerant gas supply passage.
  • the fixed portion 30 includes passages 41 and 43 perpendicular to the axis B, a passage 42 parallel to the axis B, and a discharge port 33 to the compression device 27.
  • the discharge port 33, the passage 41, the passage 43, and the passage 42 communicate with each other and form a part of the refrigerant gas discharge passage.
  • the axis B is a rotation axis of the rotation unit 31 and is arranged so as to overlap the axis O in the present embodiment.
  • the rotation portion 31 includes a supply port 34, a gas supply groove 55a formed in the circumferential direction, and a passage 40 connecting the supply port 34 and the gas supply groove 55a. And have. Further, as a part of the refrigerant gas discharge path, a circumferential gas discharge groove 55b, a discharge port 35, and a passage 45 connecting the discharge port 35 and the gas discharge groove 55b are provided.
  • the rotating portion 31 has a housing shape, and when the rotating portion 31 and the fixed portion 30 are passed through the bearing 47, the gas supply groove 55a in the rotation direction of the rotating portion 31 and the fixed portion 30 are provided.
  • the passage 38 perpendicular to the axis B communicates with the gas discharge groove 55b in the rotational direction of the rotating portion 31 and the passage 43 perpendicular to the axis B of the fixed portion 30 communicates.
  • the helium gas flowing in from the supply port 32 of the fixed unit 30 passes through the supply port 34 of the rotating unit 31 to the refrigerator 13 and also flows in from the discharge port 35 of the rotating unit 31.
  • the gas is transferred from the discharge port 33 of the fixed unit 30 to the compression device 27.
  • the grease groove 59 (59a, 59b) is a groove as a grease reservoir for supplying grease to the O-ring 57d, and is provided in the rotating portion 31 adjacent to the seal groove 57 in which the O-ring 57d is disposed. Yes.
  • a grease supply passage 60 (60a, 60b) serving as a grease supply port for supplying grease to the grease groove 59 (59a, 59b) is provided in the rotating portion 31.
  • the grease supply passages 60 are provided in the respective grease grooves 59. In this embodiment, since three grease grooves 59 are provided, three grease supply passages 60 are also provided.
  • the grease groove 59a includes two O grooves disposed in seal grooves 57a and 57b between a gas supply groove 55a that is a part of the supply path and a gas discharge groove 55b that is a part of the discharge path. It is provided to supply grease to the ring 57d. Therefore, the grease groove 59a is provided in a space in contact with any of those O-rings.
  • the grease supply passage 60a communicates with the grease groove 59a.
  • the grease grooves 59b are used to supply grease to an O-ring 57d disposed between one of the seal grooves 57a and the seal groove 57c and between one of the seal grooves 57b and the seal groove 57c, respectively.
  • the grease supply passage 60b communicates with the grease groove 59b.
  • the outer periphery of the rotation part 31 is inside the rotation member 12, it is atmospheric pressure. That is, both sides of the grease supply passages 60a and 60a are in an atmospheric pressure atmosphere.
  • the contaminated gas released from the grease in the grease groove 59 with the passage of time passes through the grease supply passage 60 and is released to the atmosphere. Therefore, the contaminated gas does not flow into the gas supply groove 55a and the gas discharge groove 55b. That is, the grease supply passage 60 (grease supply port) of the present embodiment also serves as a passage (gas induction passage) for releasing the pollutant gas. Further, since the pressure of the helium gas flowing into the gas supply groove 55a and the gas discharge groove 55b with respect to the atmospheric pressure is higher than the pressure in the grease groove 59, the contaminated gas does not enter the helium gas. That is, while supplying an appropriate amount of grease to the O-ring 57d, the contaminated gas generated from the grease can be discharged through the grease supply passage 60 (gas induction passage). Therefore, the purity of helium gas is maintained for a long time.
  • the grease supply passage 60a as a gas guide passage communicates between the gas supply groove 55a through which the high-pressure helium gas flows and the gas discharge groove 55b through which the low-pressure helium gas flows, leakage occurs from the gas supply groove 55a.
  • Helium gas does not flow into the gas discharge groove 55b.
  • the helium gas leaking from the gas discharge groove 55b does not flow into the gas supply groove 55a. Therefore, it is possible to prevent contamination gas generated from the grease from being mixed into the helium gas.
  • a grease supply passage 60b as a gas guide passage communicates between the gas supply groove 55a and the outside of the rotary joint 29 at atmospheric pressure.
  • a grease supply passage 60b as a gas guide passage communicates between the gas discharge groove 55b and the outside of the rotary joint 29 at atmospheric pressure. Therefore, helium gas does not flow into the gas discharge groove 55a from the atmospheric pressure side, and contamination gas generated from grease can be prevented from being mixed into the helium gas.
  • the reliability of the operation of the refrigerator 13 can be improved. That is, the pollutant gas (impurities) freezes at the low temperature portion in the refrigerator 13 and does not interfere with the flow path of the refrigerant gas, so that the cooling performance does not deteriorate due to the decrease in the flow rate of the refrigerant gas. Moreover, since there is no fear of malfunction or failure of the refrigerator 13 due to freezing of impurities attached to the moving parts of the refrigerator 13, the reliability of the refrigerator can be improved. Therefore, the maintenance interval can be extended.
  • the impurities may mix and freeze at the extremely low temperature due to the adiabatic expansion characteristic of the refrigerator 13. Conceivable. In this case, maintenance of the refrigerant gas flow path is obstructed.
  • the contaminated gas is discharged through the grease supply passage 60, but a gas guiding path for discharging the contaminated gas is provided in the rotating portion 31 separately from the grease supply passage 60. Also good.
  • a small passage communicating with the grease groove 59 may be formed so as to penetrate the rotating portion 31.
  • the gas guiding path also serves as the grease supply path 60 and is provided in the rotating part 31, but a gas guiding path may be provided in the fixed part 30.
  • a gas guiding path is provided in the fixed portion 30, a refrigerant gas discharge port may be provided on the outside of the vacuum vessel for the refrigerant gas leaked from the supply path or the discharge path. If the pollutant gas is collected from the pollutant gas outlet and subjected to a predetermined treatment, it can be regenerated as a refrigerant gas.
  • the grease supply passage 60b also serves as a gas induction path.
  • the grease supply path 60b and the gas induction path may be configured by different paths.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a rotary joint used in a vacuum processing apparatus according to the second embodiment.
  • a grease supply passage 60b is provided as a grease supply port for supplying grease to the rotating portion 31, and the gas supply passage 60b is configured separately from the grease supply passage 60b.
  • a guide path 70b is provided.
  • helium gas can be supplied to a refrigerator tilted in a vacuum vessel with a simple structure. Further, by forming a grease groove for supplying grease to the O-ring and a passage communicating with the atmosphere side, impurities can be prevented from being mixed into the refrigerant gas, and the reliability of the refrigerator can be improved.

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Abstract

　真空処理装置１は、冷却機１３を備えた基板ホルダー１０を真空容器３内で傾斜させる傾斜部と、傾斜部に設けられ、冷却機１３との間で冷媒ガスを供給又は排出する冷媒通路が形成された回転継手２９と、を備えており、回転継手２９は、真空容器３に固定された固定部３０と、固定部３０に対して回動可能に設けられ、基板ホルダー１０に固定された回動部３１と、固定部３０と回動部３１の隙間において冷媒通路から漏れた冷媒ガスを、回転継手２９の外部に導くガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ａを備えている。

Description

真空処理装置
　本発明は真空処理装置に関する。特に、真空容器内で傾斜可能に設けられた基板ホルダーに保持された基板を冷却できる真空処理装置に関する。
　冷凍機を用いて基板ホルダーに保持された基板を冷却する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この成膜装置では、基板ホルダー内にＧＭ式の冷凍機を配置し、基板を効率よく冷却できるように構成されている。そして、冷凍機との間でヘリウムガスをやり取りする圧縮装置を真空容器の外部に配置し、冷凍機と圧縮装置とは、冷媒としてのヘリウムガスを移送するホースで接続されている。
特開２０１１－１４９１００号公報
　特許文献１の技術では、基板ホルダーに冷凍機が内蔵されている構造のため、基板ホルダーを傾けるためには冷凍機をも傾けなければならない。しかしながら、冷凍機に連結されているホースは曲げに弱いために、冷凍機を傾ける際にホースの曲げ量を小さく抑える機構を必要としていた。しかしながら、装置のさらなる小型化もしくは低コスト化のため、傾斜する冷凍機に対してより簡便な構成でヘリウムを供給できる装置が望まれていた。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡便な構造で、真空容器内で傾斜する冷凍機にヘリウムを供給できる真空処理装置を提供することを目的にする。
　本発明の真空処理装置は、内部で真空処理を可能とする真空容器と、
　基板を保持することが可能な基板ホルダーと、前記基板ホルダーを回動軸まわりに回動させ、前記基板ホルダーに保持された基板を前記真空容器内に設けられたプロセスソースに対して傾斜可能な傾斜部と、
　前記基板ホルダーに設けられ、前記真空容器の外側に設けられた圧縮装置とともに作用することで、前記基板ホルダーに保持された基板を冷却する冷却装置と、
　前記傾斜部に設けられ、前記圧縮装置から前記冷却装置へ冷媒ガスを供給する供給路、及び前記冷却装置から前記圧縮装置へ冷媒を排出する排出路が形成された回転継手と、を備え、
　前記回転継手は、前記真空容器に固定された固定部と、
　前記固定部に対して回動可能に設けられ、前記基板ホルダーに固定された回動部と、
　前記固定部または前記回動部に設けられ、前記固定部と前記回動部とが対向する領域において前記供給路または前記排出路から漏れた冷媒ガスを、前記回転継手の外部に導くガス誘導路と、を備えることを特徴とする。
　本発明の真空処理装置によれば、真空容器内で傾斜する基板ホルダーに保持された基板を冷却できる真空処理装置を提供できる。特に、ＧＭ式の冷凍機を用いて基板を冷却する基板ホルダーを備えているため、熱流入の比較的大きな真空プロセスや装置構成においても基板を傾けながら十分に冷却できる。
　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。
本発明の第１実施形態に係る真空処理装置の概略図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。 本発明の第２実施形態に係る真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。
　以下に、本発明の各実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。各実施形態において、真空処理装置１としてスパッタリング装置を例にとって説明するが、他の蒸着装置やエッチング装置にも本発明を適用できることは勿論である。例えば、本発明をエッチング装置に適用する場合は、プロセスソースとしてイオンビームソースを用いる。
 （第１実施形態）
　第１実施形態に係る真空処理装置を図１～４に基づいて説明する。図１は真空処理装置１の概略図、図２は図１のＡ－Ａ断面図であり、ホルダー回動軸Ｏに垂直な面での真空処理装置１中央部の断面概略図、図３は図１のＢ－Ｂ断面図であり、ホルダー回動軸Ｏに平行な重力方向の面での基板ホルダー１０の断面概略図である。また、図４は回転継手２９の断面概略図である。なお図１は真空容器の内側が見えるように壁面の一部を取り除いて記載した。
　真空処理装置１は、スパッタリング装置であり、基板ホルダー１０がカソード５に対して傾斜する方向に回動することにより、カソード５に取付けられたプロセスソースとしてのターゲットＴＧからスパッタされた被成膜物質（プロセス粒子）が基板Ｗに入射する角度（入射角）を変化させることができる。真空処理装置１は、基板ホルダー１０とカソード５を真空容器３内に有している。
　ターゲットホルダーとしてのカソード５は、カソード回転軸Ｃを回転軸として回転する回転カソードである。外周部に３つのターゲットＴＧを取り付けて、基板ホルダー１０に対向させることで成膜に使用するターゲットＴＧを選択しうる。ターゲットＴＧ表面に磁場を生じさせるマグネットがカソード５の内部に備えられている。基板ホルダー１０に対向させたターゲットＴＧに不図示の電源からの電力を印加することにより選択したターゲットＴＧをスパッタする。また、カソード５を回転させて、基板ホルダー１０に保持された基板Ｗに対向するターゲットＴＧの相対角度を変化させることもできる。従って、カソード５の回転によっても、選択したターゲットＴＧからスパッタされた被成膜物質が基板Ｗに入射する角度を調整することができる。スパッタ粒子を基板Ｗに角度を付けて入射させることにより膜厚の均一化に効果がある。カソード５の周囲にはプロセスガスを導入する不図示のガス導入装置が設けられている。
　基板ホルダー１０は、基板Ｗを保持するステージ１１（基板ステージ）を有している。傾斜部としての傾斜装置によって基板ホルダー１０は、ホルダー回動軸Ｏ（回動軸）のまわりに回動可能（傾斜可能）に構成されている。傾斜装置は、基板ホルダー１０をホルダー回動軸Ｏのまわりに回動動作させる装置であり、基板ホルダー１０と連結され、真空容器３に対して回動する回動部材１２を有している。基板ホルダー１０は内部及び回動部材１２の内部は気密に構成されており、真空容器３内が真空雰囲気であっても基板ホルダー１０内部は大気圧に保持しうる。
　傾斜装置（傾斜部）は、回動部材１２の他に、回動部材１２を真空容器３に支持するベアリング５１、回動部材１２と真空容器３の接続部分をシールするシール機構５２、回動部材１２を回動させる駆動源５３、駆動源の回動角度を検知することで基板ホルダー１０の傾斜角度を検知する不図示のセンサー、センサーからの信号と予め入力された設定値とから駆動源５３を制御する不図示の制御装置を有して構成されている。本実施形態ではシール機構５２としては磁性流体を用いた磁気シールが採用されている。また、回動部材１２には後述の回転継手２９が連結されている。
　傾斜装置の回動部材１２を回動させることで、回動部材１２に固定された基板ホルダー１０を傾けて、ステージ１１上の基板ＷがターゲットＴＧと対向する相対角度を調整しうる。すなわち、傾斜装置によってターゲットＴＧから基板Ｗに入射するスパッタ粒子の相対角度（入射角度）を調整しうる。基板ホルダー１０の内部にはステージ１１を冷却する冷却装置としての冷凍機１３が備えられている。
　冷凍機１３（冷却装置）はＧＭ式の冷凍機である。ＧＭ式冷凍機は、冷凍機内部の蓄冷剤の入ったシリンダ内のピストン（ディスプレーサ）を上下駆動させてヘリウムガスを断熱膨張させることで極低温まで冷却しうる装置である。本実施形態では冷媒ガスとしてヘリウムガスを用いているが他のガスを用いても良い。
　真空容器３の外側には図３に模式的に示すように圧縮装置２７が配置されている。冷凍機１３は圧縮装置２７とともに作用して基板ホルダー１０に保持された基板を冷却するように構成されている。すなわち、冷凍機１３のシリンダ内で圧縮装置２７から供給された高圧ヘリウムガス（高圧冷媒）を膨張させることで、冷凍機１３に連結されたステージ１１を介して基板Ｗを冷却しうる。また、冷凍機１３内で膨張した低圧ヘリウムガス（低圧冷媒）は排出路を通って圧縮装置２７に回収される。回収された低圧ヘリウムガスは圧縮装置２７で圧縮され高圧ヘリウムガスとして再び冷凍機１３へ送り出される。
　冷凍機１３と圧縮装置２７は、回転継手２９及び高圧ヘリウムガスを移送できるホース（移送部）１７を介して接続されている。ホース１７は圧縮装置２７から回転継手２９の供給用口３２に高圧ヘリウムガスを供給する供給ホースと、回転継手の排出用口３３から圧縮装置２７にヘリウムガスを戻す回収ホースとから構成されている。
　図４に示すように、回転継手２９は、真空容器３側に固定された固定部３０と、回動部材１２に固定され、固定部３０に対して回動する回動部３１とを有して構成されている。回転継手２９の回動部３１は基板ホルダー１０に伴って回動する。固定部３０は、略丸棒状の樹脂若しくは金属部材であり、一端側が真空容器３に固定されている。回動部３１は、略環形状を有する樹脂若しくは金属部材であり、固定部３０の一端側を内部に通し、固定部３０に対して回動可能に取り付けられている。
　回転継手２９の固定部３０に設けられた供給用口３２と回動部３１に設けられた供給用口３４は、回動部３１の回動角度によらず連通され、圧縮装置側から冷却装置側へ冷媒ガスを供給する供給路を構成している。同様に、回転継手２９の固定部３０に設けられた排出用口３３と回動部３１に設けられた排出用口３５は、回動部３１の回動角度によらず連通され、冷却装置側から圧縮装置側へ冷媒ガスを回収するために排出する排出路を構成している。
　また、回転継手２９の回動部３１に設けられた供給用口３４は冷凍機１３のシリンダ内に通じる不図示の移送口に連通されている。そして、移送口から冷凍機１３のシリンダ内に高圧ヘリウムガスを供給し、シリンダ内で膨張した低圧ヘリウムガスを他の移送口から冷凍機１３の外部に排出する。低圧ヘリウムを排出する冷凍機１３の移送口は回転継手の回動部３１に設けられた排出側の排出用口３５に連通されている。
　回転継手２９の回動部３１と固定部３０とが対向する領域には、ヘリウムが流れるガス流通溝５５（５５ａ，５５ｂ）と、Ｏリング５７ｄ（シール部材）を設けるシール溝５７（５７ａ，５７ｂ，５７ｃ）と、グリースが滞留するグリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）とが設けられている。本実施形態では、それぞれの溝は、固定部３０の円周方向に一周するように回動部３１側に環状に形成されているが、固定部３０に上記の各溝を形成、若しくは固定部３０と回動部３１のいずれにも上記の各溝を形成しても良い。
　ガス流通溝５５としては、圧縮装置２７から高圧ヘリウムを供給するガス供給溝５５ａと冷凍機１３から圧縮装置２７にヘリウムガスを戻すガス排出溝５５ｂが設けられている。シール溝５７としては、供給路のガス流通溝５５ａの両側に設けられるシール溝５７ａと、排出路のガス流通溝５５ｂの両側に設けられるシール溝５７ｂ、さらに、後述するグリース溝５９ｂを挟んでガス流通溝５５ａ、５５ｂの逆側にそれぞれ設けられたシール溝５７ｃとがある。
　このシール溝５７ｃにＯリング５７ｄをそれぞれ環装することでヘリウムガスが回動部３１と固定部３０が対向する領域からヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。ガス供給溝５５ａの両側のシール溝５７ａのそれぞれに環装された２つのＯリング５７ｄ（第１シール部材）によって、ガス供給溝５５ａから高圧ヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。同様に、ガス供給溝５５ｂの両側のシール溝５７ｂのそれぞれに環装されたＯリング５７ｄ（第２シール部材）によってガス供給溝５５ｂから高圧ヘリウムガスが漏れるのを防いでいる。
　また、ガス供給溝５５ａとガス排出溝５５ｂの間のシール溝（５７ａ，５７ｂのそれぞれ一方側）にＯリング５７ｄを環装することで、ガス供給溝５５ａに流れる高圧ヘリウムガスが低圧側のガス排出溝５５ｂに流入するのを防いでいる。なお、本実施形態では、回動部３１と固定部３０が対向する領域は、固定部３０の環状部分の内面と回動部３１の外周面とが対向する部分である。
　グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）は、Ｏリング５７ｄの磨耗を抑えるためシール溝５７ａ，５７ｂの近傍に設けられており、常にＯリング５７ｄにグリースが充填されるような構造となっている。さらに、グリースに大気側から塵が混入しないよう、グリース溝横の大気側のシール溝５７ｃにもＯリング５７ｄが設けられている。
　圧縮装置２７から移送された高圧のヘリウムガスはホース１７を介して固定部３０の供給用口３２に入り、回動部３１の供給用口３４から排出される（供給路）。供給用口３４から排出された高圧のヘリウムガスは冷凍機１３へ供給される。一方、冷凍機１３から排出された低圧のヘリウムガスは回動部３１の排出用口３５から流入し、固定部３０の排出用口３３から排出される（排出路）。そして、排出用口３３から排出された低圧のヘリウムガスはホース１７を介して圧縮装置２７に戻る。固定部３０及び回動部３１の供給路と排出路は回転継手２９の内部で別れており、互いにヘリウムガスが行き来することがない構造となっている。
　具体的には、固定部３０は圧縮装置２７からの供給用口３２と、軸Ｂと平行な通路３７と、軸Ｂと垂直な通路３６，３８とを有している。供給用口３２と通路３６と通路３７と通路３８は連通し、冷媒ガスの供給路の一部をなしている。また、固定部３０は軸Ｂと垂直な通路４１，４３と、軸Ｂと平行な通路４２と、圧縮装置２７への排出用口３３と、を有している。排出用口３３と通路４１と通路４３と通路４２は連通し、冷媒ガスの排出路の一部をなしている。なお、軸Ｂは回動部３１の回動軸であり、本実施形態においては軸Ｏと重なるように配置されている。
　回動部３１には、冷媒ガスの供給路の一部として、供給用口３４と、円周方向に形成されたガス供給溝５５ａと、供給用口３４とガス供給溝５５ａとを繋ぐ通路４０とを有している。また、冷媒ガスの排出路の一部として、円周方向のガス排出溝５５ｂと、排出用口３５と、排出用口３５とガス排出溝５５ｂとを繋ぐ通路４５とを有している。
　回動部３１はハウジング形状となっており、ベアリング４７を介して、回動部３１と固定部３０とを軸通させると、回動部３１の回転方向のガス供給溝５５ａと、固定部３０の軸Ｂと垂直な通路３８とが連通し、回動部３１の回転方向のガス排出溝５５ｂと、固定部３０の軸Ｂと垂直な通路４３とが連通する。これにより、固定部３０の供給用口３２から流入したヘリウムガスは、回動部３１の供給用口３４を通り冷凍機１３へ移送するとともに、回動部３１の排出用口３５から流入したヘリウムガスは、固定部３０の排出用口３３から圧縮装置２７へ移送される。
　グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）は、Ｏリング５７ｄにグリースを供給するためのグリース溜まりとしての溝であり、Ｏリング５７ｄが配置されるシール溝５７に隣接して回動部３１に設けられている。グリース溝５９（５９ａ，５９ｂ）にグリースを供給するグリース供給口としてのグリース供給用通路６０（６０ａ，６０ｂ）が回動部３１に設けられている。グリース供給用通路６０はそれぞれのグリース溝５９に備えられている。本実施形態においては３つのグリース溝５９が設けられているため、グリース供給用通路６０も３つ設けられている。
　具体的には、グリース溝５９ａは、供給路の一部であるガス供給溝５５ａ及び、排出路の一部であるガス排出溝５５ｂの間にあるシール溝５７ａ，５７ｂに配置された２つのＯリング５７ｄにグリースを供給するため設けられている。そのため、グリース溝５９ａはそれらのＯリングのいずれにも接する空間に設けられている。グリース供給用通路６０ａはグリース溝５９ａに連通している。同様に、グリース溝５９ｂは、シール溝５７ａの一方とシール溝５７ｃの間、及びシール溝５７ｂの一方とシール溝５７ｃの間に配置されたＯリング５７ｄにそれぞれグリースを供給するために、それらのＯリングのいずれにも接する空間に設けられている。グリース供給用通路６０ｂはグリース溝５９ｂに連通している。なお、回動部３１の外周は回動部材１２の内側であるため大気圧である。すなわち、グリース供給用通路６０ａ，６０ａの両側は大気圧雰囲気である。
　時間経過により、グリース溝５９内のグリースから放出された汚染ガスは、グリース供給用通路６０を通り大気へ放出される。そのため、ガス供給溝５５ａ及びガス排出溝５５ｂに汚染ガスが流入することはない。すなわち、本実施形態のグリース供給用通路６０（グリース供給口）は汚染ガスを放出する通路（ガス誘導路）を兼ねている。また、大気圧に対し、ガス供給溝５５ａ及びガス排出溝５５ｂに流入しているヘリウムガス圧力はグリース溝５９内の圧力よりも高いため汚染ガスがヘリウムガスに混入することはない。すなわち、Ｏリング５７ｄに適度なグリースを供給しながら、グリースから発生する汚染ガスはグリース供給用通路６０（ガス誘導路）を介して排出できる。そのため、長期間に亘りヘリウムガスの純度が保たれる。
　また、高圧ヘリウムガスが流通するガス供給溝５５ａと、低圧ヘリウムガスが流通するガス排出溝５５ｂの間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ａが連通しているため、ガス供給溝５５ａから漏れたヘリウムガスがガス排出溝５５ｂに流入することがない。もちろん、ガス排出溝５５ｂから漏れたヘリウムガスがガス供給溝５５ａに流入することもない。そのため、グリースから発生する汚染ガスのヘリウムガスへの混入を防ぐことができる。同様に、ガス供給溝５５ａと、大気圧の回転継手２９の外側との間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ｂが連通している。また、ガス排出溝５５ｂと、大気圧の回転継手２９の外側との間にガス誘導路としてのグリース供給用通路６０ｂが連通している。そのため、大気圧側からガス排出溝５５ａにヘリウムガスが流入することがなく、グリースから発生する汚染ガスのヘリウムガスへの混入を防ぐことができる。
　汚染ガスを排出するグリース供給用通路６０（ガス誘導路）によって、汚染ガスがヘリウムガスに混入することがないため、冷凍機１３の動作の信頼性を向上させることができる。すなわち、冷凍機１３内の低温部分で汚染ガス（不純物）が凍りつき、冷媒ガスの流路を妨げることがないため、冷媒ガスの流量の減少により冷却性能が低下することがない。また、冷凍機１３の可動部品に付着した不純物が凍ることによる冷凍機１３の動作不良や故障の心配がないため、冷凍機の信頼性を向上させることができる。そのため、メンテナンス間隔を延長できる。
　もちろん、グリースから発生したガスに限らず、冷媒ガスに不純物が混入し冷凍機１３へ流入した場合、冷凍機１３の特徴である断熱膨張による極低温となったところに不純物が混入し凍りつくことが考えられる。この場合、冷媒ガスの流路が妨げられるためメンテナンスの必要が生じる。
　なお、本実施形態においては、汚染ガスはグリース供給用通路６０を介して排出しているが、グリース供給用通路６０とは別途に汚染ガス排出用のガス誘導路を回動部３１に設けてもよい。この場合は、グリース溝５９に連通する小さな通路を、回動部３１を貫通するように形成するとよい。
　また、本実施形態においては、ガス誘導路はグリース供給用通路６０を兼ねており、回動部３１に設けられているが、固定部３０にガス誘導路を設けても良い。固定部３０にガス誘導路を設ける場合は、供給路もしくは排出路から漏れた冷媒ガスを真空容器の外部側に汚染ガス用の排出口を設けてもよい。汚染ガス用の排出口から汚染ガスを回収して所定の処理を行えば冷媒ガスとして再生しうる。
　（第２実施形態）
　上記の第１実施形態は、グリース供給用通路６０ｂがガス誘導路を兼ねる構成であったが、グリース供給用通路６０ｂとガス誘導路とを、それぞれ異なる通路により構成してもよい。図５は、第２実施形態にかかる真空処理装置に用いられる回転継手の断面概略図である。図５に示す構成では、回動部３１にグリースを供給するグリース供給口としてのグリース供給用通路６０ｂが設けられており、グリース供給用通路６０ｂとは別構成で、ガスを放出する通路としてガス誘導路７０ｂが設けられている。
　上述したように、第１および第２実施形態の真空処理装置によれば、簡便な構造で、真空容器内で傾斜する冷凍機にヘリウムガスを供給できる。さらに、Ｏリングにグリースを供給するグリース溝と大気側を連通する通路を形成することにより、冷媒ガスへの不純物の混入を防ぎ、冷凍機の信頼性を向上することができる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１３年２月２８日提出の日本国特許出願特願２０１３－３８１１１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 (4)

  1. 　内部で真空処理を可能とする真空容器と、
    　基板を保持することが可能な基板ホルダーと、
    　前記基板ホルダーを回動軸まわりに回動させ、前記基板ホルダーに保持された基板を前記真空容器内に設けられたプロセスソースに対して傾斜可能な傾斜部と、
    　前記基板ホルダーに設けられ、前記真空容器の外側に設けられた圧縮装置とともに作用することで、前記基板ホルダーに保持された基板を冷却する冷却装置と、
    　前記傾斜部に設けられ、前記圧縮装置から前記冷却装置へ冷媒ガスを供給する供給路、及び前記冷却装置から前記圧縮装置へ冷媒を排出する排出路が形成された回転継手と、を備え、
    　前記回転継手は、
    　前記真空容器に固定された固定部と、
    　前記固定部に対して回動可能に設けられ、前記基板ホルダーに固定された回動部と、
    　前記固定部または前記回動部に設けられ、前記固定部と前記回動部とが対向する領域において前記供給路または前記排出路から漏れた冷媒ガスを、前記回転継手の外部に導くガス誘導路と、を備えることを特徴とする真空処理装置。
  2. 　前記回転継手は、
    　前記領域において、前記供給路をシールする第１シール部材と、
    　前記領域において、前記排出路をシールする第２シール部材と、をさらに備え、
    　前記ガス誘導路は、前記第１シール部材、及び前記第２シール部材のいずれにも接する空間に連結されることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  3. 　前記回転継手は、前記第１シール部材、及び第２シール部材の少なくとも一方にグリースを供給するために、前記空間に接続されたグリース供給口をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の真空処理装置。
  4. 　前記グリース供給口は、前記ガス誘導路を兼ねていることを特徴とすることを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。
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