(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記真空容器の内部に設けられ、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、
前記真空容器の内部に設けられ、前記基板保持台の前記載置部と異なる下部の場所に固定され、前記基板保持台を直接冷却する冷凍機と、
前記冷凍機が直接冷却する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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、
前記真空容器の内部に設けられ、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、
前記真空容器の内部に設けられ、前記基板保持台の前記載置部と異なる下部の場所に固定され、前記基板保持台を直接冷却する冷凍機と、
前記冷凍機が直接冷却する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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項９】
前記冷凍機は、Ｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用した冷凍機であることを特徴とする請求項１に記載の基板冷却装置。
【請求項１０】
前記冷凍機は、Ｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用した冷凍機であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態にかかる基板冷却装置は、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、
前記真空容器の内部に設けられ、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、
前記真空容器の内部に設けられ、前記基板保持台の前記載置部と異なる下部の場所に固定され、前記基板保持台を直接冷却する冷凍機と、
前記冷凍機が直接冷却する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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
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。
【図１】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。
【図２】実施形態にかかる基板保持台の構成を示す図である。
【図３】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。
【図４】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５】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】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７】図６の基板保持台を説明するための図である。
【図８】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。
【図９】比較例の基板保持台を示す断面図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
［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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
［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。
【００４１】
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。
【実施例】
【００４２】
（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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
【表１】
0005462272.tif 000002
【００４６】
（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）。【００４７】
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。【００４８】
（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。【００４９】
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。【００５０】
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）。【００５１】
（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。【００５２】
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。【００５３】
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）。【００５４】
（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。【００５５】
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。【００５６】
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）。【００５７】
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。【００５８】
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。
【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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【図９】
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【図１０】
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