(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却性能に優れたスパッタリング装置を提供する。【解決手段】ターゲット電極と、基板Ｗ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１０７と、前記凹部内に冷却ガスを供給する供給源と、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１０８と、前記基板保持台を冷凍機と共に回転させる回転駆動手段と、を備える。【選択図】図１
2012140672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット電極と、
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、
前記凹部内に冷却ガスを供給する供給源と、
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、
前記基板保持台を冷凍機と共に回転させる回転駆動手段と、
を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記ターゲット電極と、前記基板保持台と間の距離は、１５０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記基板保持台は、前記冷却ガスの供給源と前記凹部の空間とを連通させる冷却ガス導入孔と、これと独立して設けられかつ前記凹部の空間と当該空間よりも減圧された空間とを連通させる冷却ガス排出孔を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記冷凍機として、Ｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルによる冷凍機を用いることを特徴とした請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記冷凍機により前記基板保持台を−１００℃以下の温度に保持することを特徴とした請求項１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、基板を冷却するための冷凍機を搭載したスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録再生装置においては、益々の記録密度向上が要求されており、記録媒体に記録された磁気信号を電気信号に変換する磁気記録再生ヘッドにおいても高性能化が要求されている。磁気再生ヘッドに関する技術課題のうち高感度化技術向上を例にとれば、ＭＲ比が非常に高いトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）をもちいたセンサが有力であり、開発が進められている。
【０００３】
例えば、非特許文献１によれば、磁気トンネル結合（ＭＴＪ）を形成させるにあたり、ＦｅＣｏＢを室温で成膜することでアモルファス膜を形成させ、この上にＭｇＯ膜を形成させる。このＭｇＯ膜上にＦｅＣｏＢアモルファス膜を形成させ、このＦｅＣｏＢ／ＭｇＯ／ＦｅＣｏＢ積層体を３６０℃で２時間熱処理することで２３０％の磁気抵抗変化を示すＴＭＲ膜ができると述べている。これは、ＦｅＣｏＢの室温成膜によりアモルファス膜が形成され、このアモルファスＦｅＣｏＢ上にＭｇＯを成膜することでＭｇＯ（００１）が得られる。ＦｅＣｏＢでＭｇＯをサンドイッチ状にした積層体を熱処理したことで、ＭｇＯをテンプレートとしてＦｅＣｏＢのうちＦｅＣｏが結晶化したからである。
【０００４】
一方、同文献では比較例としてＣｏＦｅＢの代わりにＦｅＣｏ／ＭｇＯ／ＦｅＣｏなるＭＴＪを形成させ結晶構造を解析している。この結果では、室温ＣｏＦｅ成膜によりＣｏＦｅがアモルファス構造にならず、上部に成膜されたＭｇＯは（００１）結晶面をもたないことを述べている。
【０００５】
一方、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。すなわち、基板を低温に保ったままＦｅＣｏをスパッタリング成膜（もしくは蒸着）することでアモルファス膜を形成しＭＴＪを形成すれば、ＦｅＣｏＢ／ＭｇＯ／ＦｅＣｏＢ積層体と同様の特性を得ることが可能になる。
【０００６】
上記のようなことから、基板を低温に保持したスパッタ装置が求められている。低温領域におけるスパッタプロセスを実現するには、カソード放電を行っていても基板保持台を低温のまま保持できる必要がある。その基板保持台への基板保持方法は、静電吸着による固定方法や機械的に基板を挟み込んで固定する方法が考えられる。
【０００７】
静電吸着による固定では、基板全面にわたり基板を反らすことなく吸着固定することが可能であるが、使用する温度帯によっては割れやひずみが生じてしまう欠点がある。一方、機械的に基板を挟み込んで固定する方法では、比較的安価で作成ができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】アプライドフィジークスレター８６巻，デビッド他（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ８６，  ０９２５０２（２００５）  Ｄａｖｉｄ他）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、極低温域で基板を固定するには機械的固定方法を用いるのが適切である。
しかしながら、基板ステージを１００Ｋ以下のような極低温にするために、基板ステージにＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）サイクルを利用した冷凍機などの冷凍能力の高い冷凍機を直結した場合、基板ステージを回転することは困難を極める。例えばＧＭサイクル冷凍機にはコンプレッサとヘリウムホースが必要であり、これらも含めて回転させることは困難である。
この場合、冷凍機と、基板を固定する基板ステージを機械的に切り離し、基板ステージのみを回転させる方法が考えられる。具体的には、特開２００３−２０１５６５号公報には、真空容器に固定されたヒータを含む基板加熱機構と、この基板加熱機構上に隙間を介して回転可能に設けられた基板ホルダと、を備えた堆積膜形成装置が開示されている。このヒータを冷却機構に置き換えた場合、以下の二つの問題がある。一つ目は、冷却機構と基板の間に基板ホルダがあることから基板ホルダの温度が下がらないと基板冷却を行うことができない点である。二つ目は、基板ホルダの温度が十分に下がったとしても、基板ホルダと基板との間の熱抵抗により基板ホルダの温度まで基板温度を下げることができない点である。これら二つの問題のため基板の冷却効率が非常に悪くなる。
【００１０】
本発明は、基板保持台を低温に保ったまま回転させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１にかかるスパッタリング装置によれば、ターゲット電極と、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、前記凹部内に冷却ガスを供給する供給源と、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、前記基板保持台を冷凍機と共に回転させる回転駆動手段と、を備える。
このように、冷凍機を基板保持台と共に回転させる構成をとることで、小型の冷凍機を用いた場合にも基板裏側の圧力を確保でき、これにより必要な冷凍能力を確保できることが確認された。
【００１２】
本発明の請求項２によるスパッタリング装置は、前記ターゲット電極と、前記基板保持台と間の距離は、１５０ｍｍ以上に設定されている。
基板を冷凍させた場合、プラズマ空間との温度差が大きいことから、基板面内の温度分布に影響することが確認された。特に、基板を回転させた場合、例えばプラズマの高密度化のために用いられる回転マグネットの回転速度や成膜中の回転数により、この分布が大きくなることがある。従って、本請求項のようにすることで、温度変動を抑制でき、冷凍能力や容量を過剰に大きくしなくても目的の冷却温度を達成できる。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３によるスパッタリング装置は、前記基板保持台は、前記冷却ガスの供給源と前記凹部の空間とを連通させる冷却ガス導入孔と、これと独立して設けられかつ前記凹部の空間と当該空間よりも減圧された空間とを連通させる冷却ガス排出孔を有する。
このように構成することで、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、言い換えれば、冷却ガス圧力が必要以上に大きくならず、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。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る冷却方法を用いることで、基板保持台が回転している間、スパッタリング成膜を行っている間でも十分な冷却効果が望める。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るスパッタ装置の一例を示す図である。
【図２】基板保持台の断面図である。
【図３】基板保持台の平面図である。
【図４】基板保持台の変形例を示す断面図である。
【図５】基板保持台の変形例を示す断面図である。
【図６】実施例の温度測定方法を説明するための図である。
【図７】本発明を適用できるスパッタリング装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本実施形態に係るスパッタ装置の一例を示す図である。スパッタ装置１００は真空容器１０１内にカソード１０３、ターゲット１０４、カソードマグネット１０２そして基板保持台１０７を備えている。
【００１７】
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）１２２を介してプロセスガス導入１１３が導入可能で、プロセスガス１２３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機構１１６を備えている。
【００１８】
カソード１０３は整合器１２１を介して高周波電源１２０ならびに直流電源１１９に接続されている。これにより、カソード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１２１と高周波電源１２０を省いて直流電力のみの電力供給にしても問題ない。
【００１９】
基板保持台１０７には基板保持リング１０５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１０７の下部には冷凍機１０８が接続されている。冷凍機はｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用したタイプが好適である。
【００２０】
対象物を極低温まで冷却するにはＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）サイクルを利用した冷凍機や、Ｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用した冷凍機が用いられる。ＧＭサイクル冷凍機は内蔵されたヘリウムガスを断熱膨張させることにより極低温を発生させる構造であるから、ＧＭサイクル冷凍機では外部のヘリウム圧縮機から高圧ヘリウムガス並びに、低圧ヘリウムガス用の配管が必要になる。すなわち、ＧＭ冷凍機を基板保持台に固定し、基板保持台を回転させるためには、高圧並びに低圧ヘリウムガス用の回転継手（ロータリージョイント）が必要になり構造が複雑になる。
【００２１】
一方Ｓｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用した冷凍機では、内蔵されたヘリウムガスとピストン運動により断熱膨張させることで極低温を発生させる。このため、冷凍機には配管類は接続されておらず、冷凍機の駆動電源（ピストン運動のリニアモーター用など）と温度調整用の電気配線のみを接続させればよい。なお、温度調整用の電気配線は、例えば基板保持台の裏面に接続される抵抗発熱体である。これらの配線は、集電環１２３（スリップリング）を用いて簡単に供給できるため、構造が非常に簡単になる。このようなことから、回転可能な基板保持台にＳｔｉｒｌｉｎｇサイクルを利用した冷凍機を設置することで、回転動作を行いながら基板保持台並びに基板保持台に固定された基板を冷却することが可能になる。
【００２２】
また、基板保持台１０７内部には流量制御器（マスフローコントローラー：ＭＦＣ）１１３を介して配管１１４から冷却ガスが導入可能で、基板保持台１０７内部に設けられた通路１１８を通って基板Ｗの設置面に冷却ガスが吹きつけられる。冷却ガスは、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、基板の熱が基板保持台１０７に伝えられ、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。一方、冷却ガスは、基板Ｗを冷却した後に冷却ガス排出通路１１７を通り真空容器１０１の排気機構１１６に接続する排気管１１５によって排気機構１１６に導かれ、排気される。このように、排気機構１１６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。
【００２３】
一方、基板保持台１０７並びに冷凍機１０８は、回転ベースアセンブリ１１０に固定されている。この回転ベースアセンブリ１１０は磁性流体シール１１１に挿入され、磁性流体シール１１１は上下駆動ベース１２２に固定されている。すなわち、基板保持台１０７と冷凍機１０８、回転ベースアセンブリ１１１は互いに固定されており、磁性流体シール１１１を軸に回転することが可能になっている。回転させるために、駆動手段１１２が回転ベースアセンブリ１１０に固定されている。なお、冷却ガス配管１１４と１１８の接続、そして１１５と１１７の接続については、磁性流体シール１１１を介して行われるため、ステージ１０７が回転していても冷却ガスの授受が可能となっている。
【００２４】
そして、上下駆動ベース１２２はベローズ１０９を介して真空容器１０１に固定されていることから、ベローズ１０９の伸縮機能を用いて基板保持台１０７の回転と同時に上下運動が可能になる。基板保持台１０７を上下制御させることで、スパッタ成膜における基板Ｗ上の膜厚分布の調整を容易にすることができる。
【００２５】
スパッタ成膜による基板Ｗ上の膜厚分布を良好にするには、基板保持台１０７の単位時間あたりの回転数と、非図示のカソードマグネットの単位時間当たり回転数を、互いに素の関係にすることも重要である。
【００２６】
このことを、図７を用いて説明する。図７は本発明を適用できる構成を簡単に示したものである。ターゲット上に発生する７０１はプラズマの形状を模式的に示した図であり、７０２は基板Ｗを把持して、かつ、回転するものである。プラズマと基板Ｗとの間から見て、プラズマ７１０と基板Ｗは互いに逆方向に回転していることを示している。プラズマ７０１はターゲット後方に設置されたマグネットによって発生する。すなわち、プラズマ７０１の回転はマグネットの回転によって発生する。また、プラズマ７０１ではスパッタが頻繁に起こることから、プラズマ７０１の領域からスパッタ粒子が多く飛来すると言い換えることもできる。図７は、回転している基板Ｗとプラズマ７０１（スパッタ促進領域）の位置関係の瞬間を表したもので、基板Ｗ上の位置決め用切り欠き（今後はノッチと呼ぶ）方向と、プラズマ７０１（スパッタ促進領域）の方向が一致した瞬間を一例として示すものである。
【００２７】
例えば、基板保持台７０２の回転数を６０回転／分、カソードマグネットの回転数を１２０回転／分と、互いに素の関係ではない場合を考える。このとき基板保持台７０２が１回転する間に、２回、図７のような位置関係になる。すなわち、図７のような位置関係の膜厚分布形状が強調されることとなり、膜厚分布は悪化する。
【００２８】
しかし、本発明を適用できる一例として、基板保持台７０２の回転数を５９回転／分、カソードマグネットの回転数を１２０回転／分と、互いに素の関係とした場合、基板保持台７０２が１回転する間に、カソードマグネットは２．０３回（具体的には７３２．２度回転）することになり、図７のような位置関係からずれる位置になる。回転を重ねるたびにこのずれ量が加算されていくことから、膜厚分布形状が強調されることは無く、膜厚分布が悪化することはない。
【００２９】
次に図２と図３を用いて基板保持台１０７の詳細を説明する。基板保持台（１０７）は厚み方向に基板保持台ベース（２０９）と基板保持台封止板（２１０）のように２分割して構成している。基板保持台ベース（２０９）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（２０５）には、冷却ガス導入溝（２０１）、そして冷却ガス導入溝（２０１）と冷却ガスの供給元（１１８）とを連通させるベース側冷却ガス導入孔（２０８）が設置されている。冷却ガス排出溝（２０２）は冷却ガス導入溝（２０１）より内周側に形成されている。冷却ガス排出溝（２０２）と冷却ガスの排出機構（１１７）とを連通させるベース側冷却ガス排出孔（２０７）を形成している。図３では、凹部の底面（２０５）と異なる高さの部分はハッチングで表記している。
【００３０】
そして、この基板保持台ベース（２０９）の底面（２０５）の上部に基板保持台封止板（２１０）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（２１０）には、冷却ガス導入溝（２０２）に連通する封止板側冷却ガス導入孔（２０４）と、冷却ガス排出溝（２０２）に連通する封止板側冷却ガス排出孔（２０３）が貫通加工されている。
【００３１】
このように、基板保持台１０７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３の例では、ベース側冷却ガス導入孔２０８から各封止板側冷却ガス導入孔２０４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２０２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。
【００３２】
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４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１３３Ｐａ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。
【００３３】
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。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２０４及び冷却ガス排出孔２０３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。
【００３４】
基板保持台１０７に点在する冷却ガス導入孔２０３、冷却ガス排出孔２０４には図４のように面２１０側からタップ加工を行ってもよい。つまり必要な数のネジ４０１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。例えば、ネジ４０１、を用いて、ガス排出孔２０４の数をガス導入孔２０３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１０７に追加工を行うことなくガス排出孔２０４の数とガス導入孔２０３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。
【００３５】
なお、ネジ４０１の代わりに貫通孔付きネジ４０２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４０２をガス導入孔２０３とガス排出孔２０４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、ガス排出孔２０４に取り付けた貫通孔付きネジの貫通孔径をガス導入孔２０３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１０７への追加工を行うこと無しに、ガス導入孔２０３とガス排出孔２０４のサイズを変更できて、基板Ｗ裏面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。
【実施例】
【００３６】
（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５は基板保持台と基板間にガスを溜め込み、密封することで基板冷却を行う従来方法による基板冷却方法である。基板保持台５００の中心には直径５ｍｍの冷却ガス導入孔５０３が設けられており、基板保持台５００の裏面側で冷却ガスライン５０２と接続されている。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５００と基板Ｗはシリコンゴム製Ｏリング（５０６）によって密閉される。冷却ガスは自動ガス圧制御器（ＡＰＣ）５０１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５０４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５０７とＷとの隙間は０．５ｍｍで、基板保持台５００における面５０７領域の厚みは１０ｍｍとした。
【００３７】
基板保持台５００の温度は、ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）サイクルを利用した冷凍機により−１００±１℃制御とし、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（Ｋタイプ）を基板中心部と中心から９０ｍｍはなれた箇所（エッジ部と呼ぶ）に貼り付けて行った。なお、この比較実験では基板は回転させない。
【００３８】
その結果、平衡状態の基板温度は、基板中心部の温度が−６５．２℃、基板エッジの温度が−８０．５℃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（基板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。
【表１】
2012140672.tif 000003
【００３９】
（比較例２）
そこで、比較例１の実験条件のうち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、冷却中の基板エッジ温度に時間変動が発生し、更には基板間差も発生し、再現性が得られなくなってしまった（表１）。
【００４０】
すなわち、冷却ガスを密封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。
【００４１】
（実施例１）
本発明を適用できる図１と図４、図６のような構造で基板冷却実験を行った。図１は全体を説明したもの、図４は基板保持台の詳細、そして図６は温度測定に関する詳細図である。基板押えリング１０５はＳＵＳ製、基板保持台１０７は銅製で面２１０を含む底部の厚みが１０ｍｍ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２０３には直径４ｍｍのネジ穴が施され、外周に直径４ｍｍのネジ加工が施されている部品４０２をねじ込んだ。部品４０２の中央には直径１ｍｍの貫通孔が設けられている。冷却ガス導入孔２０３（部品４０２を含む）は基板保持台１０７の中心から７０ｍｍのところに９０度づつ４箇所均等配置させた。冷却ガス排出孔２０４にも直径４ｍｍのネジ穴が施され、部品４０２をねじ込んだ。同じく中央には直径１ｍｍの貫通孔が設けられている。冷却ガス排出孔２０４は基板保持台１０７の中心から２０ｍｍのところに９０度づつ４箇所均等配置させた。
【００４２】
基板Ｗと基板保持台１０７の温度測定については、図６を用いて説明する。Ｋタイプ熱電対６０５を基板Ｗ中心部、Ｋタイプ熱電対６０４を基板Ｗ中心から９０ｍｍはなれた箇所にセラミック系接着剤を用いて貼り付けた。熱電対６０４、６０５は接続部品６０２によって中継され、集電環１２３（スリップリング）に接続されている。集電環１２３からは温度表示手段に接続されている。一方、基板保持台１０７には白金抵抗体素子６０３が固定され、これも集電環１２３をとおり温度表示手段に接続されている。これにより、基板Ｗが固定されていても回転していても温度を測定することが可能である。
【００４３】
面２１０の直径は１９０ｍｍ、基板保持台ベース２０９の最外径は２１０ｍｍとし、面２１０と基板Ｗとの距離は０．５ｍｍである。基板保持台１０７にはＳｔｉｒｌｉｎｇサイクルタイプの冷凍機が接続され、基板保持台１０７の温度が−１００±１℃になるように制御されている。基板Ｗは基板保持台１０７から遠ざかった位置で待機され、実験開始とともに非図示の基板上下駆動機構により基板保持台１０７に設置され、基板押えリング１０５によって把持される。基板押え力は１９．６Ｎとし、基板Ｗと面２１０の間には、ヘリウムガスをガス流量制御器（ＭＦＣ）によって５ｓｃｃｍ流し続けた。
【００４４】
基板把持から１５分後の熱電対６０５の表示値は−９６．１℃、熱電対６０４の表示値は−９５．５℃となり基板保持台１０７の温度と同等の温度が得られた。基板面内の温度差も抑えられ、比較例１、２と比較しても本発明の効果が示された（表１）。そして、１２枚連続処理された基板の基板間差についても±２℃以内に抑えることができた。
【００４５】
（実施例２）
次に、実施例１での実験条件のうち基板保持台１０７を回転させた実施例２について実験を行った。実施例２の基板冷却実験では、基板回転有無以外の条件は全て同一である。基板Ｗは基板保持台１０７から遠ざかった位置で待機され、実験開始とともに非図示の基板上下駆動機構により基板保持台１０７に設置、基板押えリング１０５によって把持される。基板押え力は１９．６Ｎとし、基板Ｗと面２１０の間には、ヘリウムガスをガス流量制御器（ＭＦＣ）によって５ｓｃｃｍ流し続けた。この状態から７秒間で基板保持台の回転数を５９ｒｐｍまで増やし、５９ｒｐｍで回転させながら冷却動作を行った。
【００４６】
基板把持から１５分後の熱電対６０５の表示値は−９５．１℃、熱電対６０４の表示値は−９６．４℃となり実施例１とほぼ同等の結果が得られた。１２枚連続処理された基板の基板間差についても±２℃以内に抑えることができ、基板を回転させながら冷却させるための本発明の効果を実証することができた。
【００４７】
（実施例３）
更に、実施例２での実験条件のうち基板保持台１０７の温度を−２００±２℃で制御させた実施例３について実験を行った。実施例３の基板冷却実験では、基板保持台の温度以外の条件は全て同一である。基板Ｗは基板保持台１０７から遠ざかった位置で待機され、実験開始とともに非図示の基板上下駆動機構により基板保持台１０７に設置、基板押えリング１０５によって把持される。基板押え力は１９．６Ｎとし、基板Ｗと面２１０の間には、ヘリウムガスをガス流量制御器（ＭＦＣ）によって５ｓｃｃｍ流し続けた。この状態から７秒間で基板保持台の回転数を５９ｒｐｍまで増やし、５９ｒｐｍで回転させながら冷却動作を行った。
【００４８】
基板把持から４０分後の熱電対６０５の表示値は−１８４．２℃、熱電対６０４の表示値は−１８６．３℃となった。
【００４９】
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。基板サイズや基板の種類が異なるものであっても、本発明が有効であることは明白である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  スパッタ装置
１０２  カソードマグネット
【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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