(57)【要約】【課題】基板を極低温に冷却した状態で回転させることができ、かつ小型化が可能でメンテナンス性が良好なステージ装置およびそれを用いた処理装置を提供する。【解決手段】基板を処理する処理装置において基板を保持するステージ装置であって、処理容器内で基板を保持するステージと、ステージの下面中心に下方に延びるように設けられた回転軸および回転軸を介してステージを回転させるモータを有するステージ回転機構と、ステージの下方の回転軸の外側位置に固定配置された、冷凍機の冷熱を伝熱する冷凍伝熱体を有し、ステージとの間に隙間を介して設けられた冷凍伝熱機構と、を有する。【選択図】図１
2020190019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理装置において基板を保持するステージ装置であって、
処理容器内で基板を保持するステージと、
前記ステージの下面中心に下方に延びるように設けられた回転軸および前記回転軸を介して前記ステージを回転させるモータを有するステージ回転機構と、
前記ステージの下方の前記回転軸の外側位置に固定配置された、冷凍機の冷熱を伝熱する冷凍伝熱体を有し、前記ステージとの間に隙間を介して設けられた冷凍伝熱機構と、
を有するステージ装置。
【請求項２】
前記隙間に前記冷凍伝熱機構の冷熱を前記ステージに伝熱するための冷却流体を供給する冷却流体供給機構をさらに有する、請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記冷却流体は、冷却ガスである、請求項２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記冷凍伝熱機構は、前記隙間を介して前記ステージに対応して設けられ、前記冷凍伝熱体が接続されるステージ側伝熱部をさらに有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記ステージと前記ステージ側伝熱部の間、前記隙間を介してくし歯状の熱交換部を有している、請求項４に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記冷凍伝熱体は、柱状をなし、前記回転軸から偏心した位置に配置されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記冷凍伝熱機構は、前記冷凍伝熱体を複数有する、請求項６に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記冷凍伝熱体は、円筒状をなし、前記回転軸を取り囲むように配置される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項９】
前記ステージ回転機構の前記モータは、前記回転軸の周囲に配置されるダイレクトドライブモータである、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項１０】
前記ステージは、−２３〜−２２３℃の温度に冷却される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項１１】
基板を処理する処理装置であって、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で基板を回転可能に保持するための、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のステージ装置と、
前記処理容器内で基板に処理を施す処理機構と、
を有する処理装置。
【請求項１２】
前記処理機構は、前記真空容器内の前記ステージの上方に配置された、スパッタリング成膜用のターゲットを有する、請求項１１に記載の処理装置。
【請求項１３】
前記ターゲットは、トンネル磁気抵抗素子に用いられる磁性体を成膜する材料からなる、請求項１２に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ステージ装置および処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
超高真空環境下において基板を極低温にかつ均一に冷却するための技術として、基板を載置するステージを回転可能に設け、ステージの裏面側の中央にステージ裏面に対して隙間を有した状態で冷凍伝熱体を配置したものが知られている（例えば特許文献１）。この技術は、回転しているステージと冷凍伝熱体の隙間に冷却ガスを供給しつつ、冷凍機の冷熱を冷凍伝熱体を介してステージに供給することにより、基板を極低温に均一に冷却するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１９−０１６７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、基板を極低温に冷却した状態で回転させることができ、かつ小型化が可能でメンテナンス性が良好なステージ装置およびそれを用いた処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係るステージ装置は、基板を処理する処理装置において基板を保持するステージ装置であって、処理容器内で基板を保持するステージと、前記ステージの下面中心に下方に延びるように設けられた回転軸および前記回転軸を介して前記ステージを回転させるモータを有するステージ回転機構と、前記ステージの下方の前記回転軸の外側位置に固定配置された、冷凍機の冷熱を伝熱する冷凍伝熱体を有し、前記ステージとの間に隙間を介して設けられた冷凍伝熱機構と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、基板を極低温に冷却した状態で回転させることができ、かつ小型化が可能でメンテナンス性が良好なステージ装置およびそれを用いた処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る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。
【図２】第１の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【図３】第２の実施形態に係る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。
【図４】第２の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【図５】第２の実施形態に係るステージ装置の他の例を示す平面図である。
【図６】第２の実施形態に係るステージ装置のさらに他の例を示す平面図である。
【図７】第３の実施形態に係る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。
【図８】第３の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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＞
まず、第１の実施形態について説明する。
【００１０】
［処理装置］
最初に、第１の実施形態に係るステージ装置を備えた処理装置の一例について説明する。図１はこのような処理装置の一例を示す概略断面図、図２は第１の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【００１１】
図１に示すように、処理装置１は、真空に保持可能な処理容器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。
【００１２】
処理容器１０は、基板としてのウエハＷを処理するための処理容器である。処理容器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。処理容器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、処理容器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。
【００１３】
ターゲット３０は、処理容器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）から交流電圧または直流電圧が印加される。処理容器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に交流電圧または直流電圧が印加されると、処理容器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。
【００１４】
［ステージ装置］
次に、ステージ装置５０について詳細に説明する。
ステージ装置５０は、ウエハＷをステージ５２に保持し、ウエハＷとともにステージ５２を回転させながらステージ５２を介してウエハＷを極低温に冷却するものである。
【００１５】
図１に示すように、ステージ装置５０は、ステージ５２と、ステージ回転機構５４と、ステージ昇降機構５６と、冷凍伝熱機構５８と、冷凍機６０とを有している。
【００１６】
ステージ５２は、円板状をなす本体部を有し、本体部の上部に設けられた静電チャック６１と、本体部の下面に設けられた第１伝熱部６４とを有する。ステージ５２の本体部および第１伝熱部６４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。静電チャック６１は、誘電体膜からなり、その中にチャック電極６２が埋設されている。チャック電極６２は、配線を介して直流電源（図示せず）に接続されており、チャック電極６２に直流電圧が印加されることにより、ウエハＷが静電吸着される。また、ステージ５２にはヒータ６３が埋設されている。ヒータ６３は、配線を介してヒータ電源（図示せず）に接続されており、ヒータ６３に給電されることにより、ステージ５２を加熱可能となっている。第１伝熱部６４の上面には、ステージ５２の中心に対して同心状に凸部６４ａが形成されている。第１伝熱部６４は、最外周に円筒部６４ｂを有している。また、ステージ５２には、ステージ５２の温度を測定する温度センサ（図示せず）が設けられている。
【００１７】
ステージ回転機構５４は、ステージ５２を回転させるためのものであり、ステージ５２の下面中心から下方に延びる回転軸７０と、回転軸７０を介してステージ５２を回転させるモータ７１とを有する。回転軸７０は、第１伝熱部６４の下面の中心に下方に突出する突出部６４ｃに絶縁部材７２を介して接続されている。モータ７１は、例えば、減速機構等を用いずに回転軸７０を直接駆動するダイレクトドライブモータとして構成される。モータ７１の上下には、回転軸７０のためのベアリング７３が設けられている。モータ７１やベアリング７３等の駆動部は筐体７４に収容されている。
【００１８】
回転軸７０の内部には、ウエハＷ裏面に伝熱ガスを供給するための伝熱ガス流路７５が設けられている。伝熱ガス流路７５は、絶縁部材７５およびステージ５２を経てステージ５２の表面に達している。伝熱ガスは、ガス供給源（図示せず）から伝熱ガス流路７５を通ってウエハＷの裏面に供給される。伝熱ガスとしては、高い熱伝導性を有するＨｅガスを用いることが好ましい。また、回転軸７０の内部には、チャック電極６２およびヒータの配線が設けられている。
【００１９】
ステージ昇降機構５６は、プレート９１を介して、ステージ５２を、ウエハＷをステージ５２に載置するときの搬送位置と、ステージ５２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可能となっている。搬送位置は処理位置よりも低い位置に設定される。また、ステージ昇降機構５６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。
【００２０】
冷凍伝熱機構５８は、冷凍機６０からの冷熱をステージ５２に伝熱するためのものであり、ステージ５２との間に隙間を介して設けられている。冷凍伝熱機構５８は、冷凍伝熱体６５と、第２伝熱部（ステージ側伝熱部）６６とを有する。冷凍伝熱体６５は、図２に示すように、円柱状をなし、ステージ５２の下方の、回転軸７０の外側位置に偏心した状態で固定配置されている。第２伝熱部６６は、冷凍伝熱体６５の上に接続され、冷凍伝熱体６５に達した冷熱を、隙間に供給された冷却ガスを介してステージ５２に伝熱するためのものである。冷凍伝熱体６５および第２伝熱部６６は、冷凍機６０の冷熱を効率良く伝熱するために、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。
【００２１】
冷凍機６０は、ベースプレート９２に取り付けられ、冷凍伝熱体６５を保持し、冷凍伝熱体６５を冷却する。冷凍機６０により冷凍伝熱機構５８の上面（すなわち第２伝熱部６６の上面）が極低温（例えば−２０℃以下）に冷却される。冷凍機６０は、上部にコールドヘッド部を有し、コールドヘッド部から冷凍伝熱体６５へ冷熱が伝熱される。冷凍機６０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６０による冷凍伝熱機構５８を介したステージ５２の冷却温度は、−２３〜−２２３℃（２５０〜５０Ｋ）の範囲が好ましい。
【００２２】
なお、冷凍機６０の冷凍サイクルを逆サイクルで駆動させることにより、加熱モードとすることができる。メンテナンス等の際に、冷凍機６０を加熱モードとすることにより、冷凍伝熱機構５８を介してステージ５２を加熱して常温に戻すことが可能である。このとき、ヒータ６３によりステージ５２を加熱することにより、より迅速にステージ５２を常温に戻すことができる。
【００２３】
冷凍伝熱体６５の外周には、断熱構造体５９が設けられている。断熱構造体５９は、例えば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。断熱構造体５９により、冷凍伝熱体６５の冷却性能の低下を抑制することができる。
【００２４】
冷凍伝熱機構５８の第２伝熱部６６は、ステージ５２（第１伝熱部６４）に対応して設けられ、中央に回転軸７０が挿通される穴６６ａを有する略円環状をなす。第２伝熱部６６は、第１伝熱部６４とほぼ対応した大きさを有しており、第１伝熱部６４よりもわずかに小さく構成されている。第２伝熱部６６の上面には、第１伝熱部６４の凹凸に対応する凹凸が形成されており、両者は隙間を有した状態で配置される。すなわち、第２伝熱部６６には、第１伝熱部６４の同心状の凸部６４ａに対応した同心状の凹部６６ｂが形成されており、凸部６４ａと凹部６６ｂとは例えば２ｍｍ以下の隙間Ｇを有して嵌合され、くし歯状をなす熱交換部を構成する。
【００２５】
冷凍伝熱体６５には、その内部の中央に、冷却ガスを通流可能な冷却ガス供給路７６が形成され、冷却ガス供給路７６は、第２伝熱部６６を貫通して延びている。そして、ガス供給源（図示せず）から供給された冷却ガスは、冷却ガス供給路７６を経て隙間Ｇに供給され、冷凍機６０の冷熱が、冷凍伝熱機構５８および冷却ガスを介してステージ５２に伝熱され、ステージ５２が極低温に冷却される。このように、冷却ガスを介してステージ５２が冷却されるため、ステージ５２の回転が可能になる。
【００２６】
このとき、熱交換部がくし歯状であり、隙間Ｇが屈曲するので、第１伝熱部６４と第２伝熱部６６との間の冷却ガスによる熱伝達効率を高くすることができる。凸部６４ａおよび凹部６６ｂの形状および数は、適切な熱交換が行われるように適宜設定される。凹部６６ｂの高さは、凸部６４ａ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６６ｂの幅は、凸部６４ａ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とすることができる。
【００２７】
凸部６４ａと凹部６６ｂは、波状をなす形状とすることができる。また、凸部６４ａおよび凹部６６ｂの表面は、ブラスト等により凹凸加工が施されていてもよい。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。
【００２８】
なお、ステージ５２を回転可能に冷却する手段としては、以上のように冷却ガスを用いる他、不凍液のような液体冷媒を用いてもよく、また、熱伝導性の良好な熱伝導グリースを隙間Ｇに充填してもよい。
【００２９】
冷凍伝熱機構５８の冷凍伝熱体６５と第２伝熱部６６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。
【００３０】
冷凍伝熱機構５８は、固定フレーム８０に支持されている。また、第１伝熱部６４の円筒部６４ｂの外側下端部には、下方に延び円筒状をなすカバー部材７７が取り付けられており、ステージ５２の回転にともなってカバー部材７７も回転するようになっている。カバー部材７７は、第２伝熱部６６および冷凍伝熱体６５の上部を覆うように設けられている。
【００３１】
固定フレーム８０は、カバー部材７７の内側に対向する円筒部８０ａを有し、回転可能なカバー部材７７と固定フレーム８０の円筒部８０ａとの間には磁性流体シール８１が設けられている。また、磁性流体シール８１の近傍には、磁性流体シール８１を加熱するヒータ８２ａ、８２ｂが設けられている。また、回転軸７０と固定フレーム８０との間にも磁性流体シール８３が設けられ、磁性流体シール８３の近傍には、磁性流体シール８３を加熱するヒータ８４が設けられている。磁性流体シール８１，８３により、カバー部材７７と固定フレーム８０との間、および回転軸７０と固定フレーム８０との間が気密にシールされた状態で、回転軸７０を介してステージ５２を回転させることができる。また、ヒータ８２ａ，８２ｂ，８４により、磁性流体シール８１，８３を加熱することができ、磁性流体の温度低下によるシール性能の低下や結露が生じることを抑制することができる。
【００３２】
第２伝熱部６６と第１伝熱部６４の突出部６４ｃとの間、および第２伝熱部６６と第１伝熱部６４の円筒部６４ｂとの間には、それぞれシール部材８５および８６が設けられている。シール部材８５，８６により、隙間Ｇからの冷却ガスの漏洩が防止される。
【００３３】
また、第２伝熱部６６の裏面側には、断熱部材８７が設けられており、第２伝熱部６６からの冷熱の放出が抑制される。
【００３４】
プレート９１と処理容器１０の下面との間には、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８８が設けられている。また、ベースプレート９２と処理容器１０の下面との間にも同様に、ベローズ８９が設けられている。ベローズ８８および８９は、処理容器１０と連通する真空に保持された空間と、大気雰囲気とを分離する機能を有する。
【００３５】
なお、図１では、便宜上、ステージ回転機構５４により回転する部分および回転軸７０を、ドットを付して示している。
【００３６】
［処理装置およびステージ装置の動作］
処理装置１においては、処理容器１０内を真空状態とし、ステージ装置５０の冷凍機６０を作動させる。また、冷却ガス（例えばＨｅガス）を、冷却ガス流路７６を介して隙間Ｇに供給する。これにより、極低温に保持された冷凍機６０から冷凍伝熱機構５８に伝熱された冷熱により、ステージ５２が−２０℃以下の極低温に保持される。より具体的には、冷凍機６０から冷凍伝熱体６５を経て第２伝熱部６６に伝熱された冷熱が、隙間Ｇの冷却ガスを介してステージ５２に伝熱され、ステージ５２が−２０℃以下の極低温に保持される。
【００３７】
そして、ステージ昇降機構５６によりステージ５２を搬送位置に移動（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を処理容器１０内に搬送し、ステージ５２上に載置する。次いで、チャック電極６２に直流電圧を印加し、静電チャック６１によりウエハＷを静電吸着する。そして、ウエハＷの裏面には伝熱ガス流路７５を介して伝熱ガス（例えばＨｅガス）がウエハＷ裏面に供給され、ウエハＷもステージ５２と同様、−２０℃以下の極低温に保持される。
【００３８】
その後、ステージ５２を処理位置に上昇させて、極低温に保持されたステージ５２を回転させながら成膜処理を行う。
【００３９】
ところで、冷凍機の冷熱を、冷凍伝熱体を介して伝熱し、冷凍伝熱体とステージとの間に形成された隙間に供給された冷却ガスを介してステージを回転しつつ冷却する技術は特許文献１に記載されている。
【００４０】
しかし、特許文献１の技術は、冷凍伝熱体をステージの中央に設け、ステージ回転機構を冷凍伝熱体の周囲に設けているため、ステージ回転機構が大がかりでありモータが大型化する。また、ステージ回転機構の存在により冷凍機をステージに近接して配置することができず、冷凍伝熱体が大型化（長尺化）し、冷凍機も大型のものが必要となる。さらに、冷凍伝熱体の周囲にステージ回転機構が設けられているため、メンテナンス性も悪い。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、ステージ５２の下面中心から下方に延びる回転軸７０を設け、モータ７１により回転軸７０を介してステージを回転するようにし、かつ、冷凍伝熱体６５をステージ５２の下方の、回転軸７０の外側位置に設けるようにした。
【００４２】
これにより、冷凍伝熱体６５の位置を考慮することなく、回転軸７０をステージ５２の中心に設け、モータ７１を回転軸の近傍に設けることができる。このため、モータ７１として小型のものを用いることができる。また、このように回転機構５４と冷凍伝熱体６５とが分離されているため、冷凍機６０をステージ回転機構５４を考慮することなく所望の位置に配置することができる。このため、冷凍機６０をモータ７１よりも上に配置することができ、冷凍伝熱体６５の長さを短くすることができる。また、冷凍伝熱体６５の長さを短くできることから冷凍機６０も小型化することができる。したがって、ステージ装置５０全体を小型化することができる。また、ステージ回転機構５４と、冷凍伝熱体６５が分離して設けられるため、ステージ回転機構５４および冷凍伝熱機構５８の部品の着脱が容易となり、メンテナンス性が良好となる。
【００４３】
また、冷凍伝熱体６５が特許文献１のように中央に設けられている場合は、冷凍伝熱体６５および第２伝熱部６６の温度分布がそのままステージ５２およびウエハＷに転写されやすく、同心円状の分布になりやすい。これに対して、本実施形態では、冷凍伝熱体６５がステージ５２の中心から偏心した位置に設けられているので、ステージ５２の回転により温度分布が均されてステージ５２およびウエハＷの温度分布をより均一にすることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、冷凍伝熱機構５８がステージ５２に対応するように設けられた第２伝熱部６６を有するので、冷凍伝熱機構５８とステージ５２との冷却ガスを介した熱交換性が高まり、ステージ５２を効率的に冷却することができる。特に、ステージ５２の第１伝熱部６４の凸部６４ａと、冷凍伝熱機構５８の第２伝熱部６６の凹部６６ｂとは、くし歯状をなす熱交換部を構成し、屈曲した隙間Ｇに冷却ガスが供給されるので冷却効率をより高めることができる。
【００４５】
また、冷凍伝熱体６５を小型化（短尺化）できることから、メンテナンス時に冷凍機６０を加熱モードとして冷凍伝熱機構５８を介してステージ５２を常温に戻す作業を短時間で行うことができ、メンテナンス時間を短縮することができる。これに加えてヒータ６３によりステージ５２を直接加熱できることから、メンテナンス時間を一層短縮することができる。
【００４６】
＜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３は第２の実施形態に係る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、図４は第２の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【００４７】
本実施形態のステージ機構５０´は、第１の実施形態の冷凍伝熱機構５８の代わりに、冷凍伝熱体６５を複数（本例では２個）有し、これら複数の冷凍伝熱体６５が第２伝熱部６６に接続された構造を有する冷凍伝熱機構５８´を備える。冷凍機６０は、複数の冷凍伝熱体６５に対応して複数設けられている。ただし、複数の冷凍伝熱体６５に対して、共通の冷凍機を設けてもよい。ステージ５０´の他の構成は、第１の実施形態のステージ装置５０と同様である。
【００４８】
本実施形態においては、円柱状をなす冷凍伝熱体６５はステージ５２の下方に設けられているため、冷凍伝熱体５８´は冷凍伝熱体６５を複数有しているものの、第１の実施形態の冷凍伝熱体５８からフットプリントは増加しない。このため、ステージ装置５０´は、第１の実施形態のステージ装置５０と同様、小型化を実現できる。また、冷凍伝熱体６５を複数設けてもメンテナンス性は良好である。このため、本実施形態のステージ装置５０´によれば、小型化および良好なメンテナンス性を維持したまま、冷凍伝熱体６５の数だけステージ５２の冷却効果を高めることができる。
【００４９】
特に、本実施形態のように、ステージ５２を、冷却ガスを介して−２３〜−２２３℃（２５０〜５０Ｋ）といった極低温に冷却する場合は、このように円柱状の冷凍伝熱体６５を複数配置して冷却を強化することが効果的である。
【００５０】
図４では、冷凍伝熱体５８´として円柱状をなす冷凍伝熱体６５の数が２個有するものを例示したが、本実施形態では、円柱状をなす冷凍伝熱体６５の数は特に限定されず、ステージ５２の下方に収容できる数であればよい。図５は、冷凍伝熱体６５を４個配置した例を示す。また、図４、図５では、複数の冷凍伝熱体６５を均等に設けているが、図６のように、複数の冷凍伝熱体６５を偏在させてもよい。
【００５１】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図７は第３の実施形態に係る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、図８は第３の実施形態に係るステージ装置の一例を示す平面図である。
【００５２】
本実施形態のステージ機構１５０は、第１の実施形態の冷凍伝熱機構５８の代わりに、円筒状の冷凍伝熱体１６５を有し、冷凍伝熱体１６５が第２伝熱部６６に接続された構造を有する冷凍伝熱機構１５８を備える。冷凍伝熱体１６５は、回転軸７０の周囲を取り囲むように固定配置され、冷凍伝熱体６５と同様、純銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料により形成されている。
【００５３】
冷凍伝熱体１６５は、純銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料により形成された接続部材１６１を介して第１の実施形態と同様の冷凍機６０に接続されている。接続部材１６１はベースプレート１９１に支持されている。
【００５４】
冷凍伝熱体１６５には、その内部に、冷却ガスを通流可能な冷却ガス供給路１７６が形成され、冷却ガス供給路１７６は、第２伝熱部６６を貫通して延びている。そして、ガス供給源（図示せず）から供給された冷却ガスは、冷却ガス供給路１７６を経て隙間Ｇに供給され、冷凍機６０の冷熱が、冷凍伝熱機構１５８および冷却ガスを介してステージ５２に伝熱され、ステージ５２が極低温に冷却される。
【００５５】
冷凍伝熱機構１５８は、固定フレーム１８０に支持されている。また、第１伝熱部６４の円筒部６４ｂの外側下端部には、下方に延び段付き円筒状をなすカバー部材１７７が取り付けられており、ステージ５２の回転にともなってカバー部材１７７も回転するようになっている。カバー部材１７７は、第２伝熱部６６および冷凍伝熱体１６５の上部を覆うように設けられている。カバー部材１７７は、上側が大径部、下側が小径部となっている。冷凍伝熱体１６５の外周には、断熱構造体１５９が設けられている。また、第２伝熱体６６の裏面には断熱部材１８７が設けられている。
【００５６】
固定フレーム１８０とカバー部材１７７の小径部との間には磁性流体シール１８１が設けられている。また、固定フレーム１８０の磁性流体シール１８１近傍部分には、磁性流体シール１８１を加熱するヒータ１８２が設けられている。また、回転軸７０とベースプレート１９１との間にも磁性流体シール１８３が設けられ、磁性流体シール１８３の近傍には、磁性流体シール８３を加熱するヒータ１８４が設けられている。磁性流体シール８１，８３により、カバー部材１７７と固定フレーム１８０との間、および回転軸７０とベースプレート１９１との間が気密にシールされた状態で、回転軸７０を介してステージ５２を回転させることができる。また、ヒータ１８２，１８４により、磁性流体シール１８１，１８３を加熱することができ、磁性流体の温度低下によるシール性能の低下や結露が生じることを抑制することができる。ステージ装置１５０の他の構成は、第１の実施形態のステージ装置５０と同様である。
【００５７】
本実施形態においては、ステージ５２の下方位置に、回転軸７０を取り囲むように円筒状の冷凍伝熱体１６５を設けたので、第１の実施形態と同様、ステージ装置１５０の小型化を実現することができる。また、冷凍伝熱体１６５の厚みが薄くても冷熱を伝熱する体積を確保することができるので、冷凍伝熱体１６５の外径を小径化することができ、省スペース化を図れるとともに、磁性流体シール１８１を小径化することができる。また、良好なメンテナンス性も確保することができる。
【００５８】
＜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。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、円柱状または回転軸を取り囲むように配置された円筒状の冷凍伝熱体を用いた例を示したが、冷凍伝熱体が回転軸の外側に配置されていればこれに限定されない。
【００６０】
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。
【符号の説明】
【００６１】
１；処理装置
１０；処理容器
３０；ターゲット
５０，５０´，１５０；ステージ装置
５２；ステージ
５４；ステージ回転機構
５６；ステージ昇降機構
５８，５８´，１５８；冷凍伝熱機構
６０；冷凍機
６１；静電チャック
６２；チャック電極
６４；第１伝熱部
６５，１６５；冷凍伝熱体
６６；第２伝熱部
７０；回転軸
７１；モータ
７６，１７６；冷却ガス供給路
８１，８３，１８１，１８３；磁性流体シール
Ｇ；隙間
Ｗ；ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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