JP2002075968A - イオンビーム加工装置および基板処理方法 - Google Patents

イオンビーム加工装置および基板処理方法

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JP2002075968A
JP2002075968A JP2000260160A JP2000260160A JP2002075968A JP 2002075968 A JP2002075968 A JP 2002075968A JP 2000260160 A JP2000260160 A JP 2000260160A JP 2000260160 A JP2000260160 A JP 2000260160A JP 2002075968 A JP2002075968 A JP 2002075968A
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shutter plate
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ion
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Takaharu Sugiura
崇治 杉浦
Hiroshi Hisamoto
浩 久本
Satoshi Ogura
聰 小倉
Seitaro Oishi
鉦太郎 大石
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャッタ板開閉時の基板面のチャージアップ
を防ぐことにより、素子の静電破壊を抑制し、微細化、
薄膜化した素子の加工を可能とする。 【解決手段】 ガスが導入されプラズマを生成するイオ
ン源12と、イオン源12で生成したプラズマをイオン
ビームIBとして引き出すイオン源電極19と、イオン
ビームIBを中和する中和器20と、内部に基板13を
有し、イオンビームIBを基板13に照射して基板13
にミリング処理を行う処理室15と、処理室15内部を
真空排気する真空排気装置16と、イオンビーム加工の
処理前後で基板13を遮蔽してイオンビームIBが基板
13に照射されるのを阻止するシャッタ板22とが設け
られている。このようなイオンビーム加工装置おいて、
シャッタ板22の開閉時にシャッタ板22に電圧を印加
する電源23を設け、印加する電圧の大きさと印加タイ
ミングを電源コントローラ24で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームミリ
ング、イオンビームスパッタなどのイオンビーム加工装
置、およびイオンビームによる基板処理方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】イオンビーム加工装置は大きく分けて、
Arガスなどが導入されプラズマを生成するとともに、
プラズマをイオンビームとして引き出すイオン源、基板
を保持する装置(基板ホルダ)を有し、イオンビームを
基板に照射してミリング処理を行う処理室、および処理
室内を真空排気する真空排気装置からなっている。
【0003】イオン源にはイオン源電極が設けられ、こ
のイオン源電極に高電圧を印加することによって、生成
したプラスイオンをイオンビームとして引き出す。ま
た、基板ホルダとイオン源電極との間には、イオン源電
極によって引き出されたイオンビームがミリング処理の
前後で直接基板に照射されるのを防ぐために、シャッタ
板が設けられている。
【0004】また、引き出されたイオンビームでミリン
グ処理を行うと、イオンビームのプラス電荷により基板
面が大きくプラスに帯電する。これを防ぐために、イオ
ン源電極とシャッタ板間には、中和器と呼ばれる電子供
給装置が設けられている。中和器としては、フィラメン
トに電圧を印加して、フィラメントを赤熱させることに
よって熱電子を放出させるフィラメント型中和器や、マ
イクロ波をイオン源電極とシャッタ板間に導入してプラ
ズマを発生させ、プラズマより電子を供給するマイクロ
波中和器などがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、コンピュータに
用いられるハードディスクの大容量化が進み、これに伴
い読み取りおよび書き込みを行う磁気ヘッドの微細化、
薄膜化が急速に伸長してきている。磁気ヘッドに用いら
れる素子は、MR(Magneto Resistive)ヘッドからGM
R(Giant Magneto Resistive)ヘッドへ移行してきた。
またこの先、更なる大容量化に伴い、更に高感度のTM
R(Tunnel Magneto Resistive)ヘッドに転換することが
予測される。
【0006】従来のイオンビーム加工装置では、プラス
の電荷を有するイオンビームとマイナスの電荷を有する
中和電子のバランスはあまり考慮されていなかったが、
素子の微細化、薄膜化に伴い、基板面でのチャージアッ
プによる素子の静電破壊(ESD:Electro Static Disc
harge Damege)が大きな問題となってきている。特に、
シャッタ板の開閉時には、シャッタ板の開閉動作に伴っ
て中和電子がシャッタ板に引き込まれ、基板面電位は中
和不足となりプラスに帯電してしまい、微細化、薄膜化
した素子の加工を難しくしている。
【0007】本発明は、シャッタ板開閉時の基板面のチ
ャージアップを防ぐことにより、素子の静電破壊を抑制
し、微細化、薄膜化した素子の加工を可能にしたイオン
ビーム加工装置、および該イオンビーム加工装置による
基板処理方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ガスが導入されプラズマを生成するイオ
ン源と、イオン源で生成したプラズマをイオンビームと
して引き出すイオン源電極と、イオンビームを中和する
中和器と、内部に基板を有し、イオンビームを基板に照
射して基板にイオンビーム加工の処理を行う処理室と、
処理室内部を真空排気する真空排気装置と、イオンビー
ム加工の処理前後で基板を遮蔽してイオンビームが基板
に照射されるのを阻止するシャッタ板と、シャッタ板の
開閉時にシャッタ板に電圧を印加する電圧印加手段とを
備えたことを特徴とする。
【0009】上記構成によれば、シャッタ板の開閉時に
シャッタ板に電圧を印加することにより、シャッタ板に
電子が流れ込むのを防ぎ、基板面での急激な電位変化を
抑えることができる。その結果、素子の静電破壊を抑制
し、微細化、薄膜化した素子の加工が可能となる。
【0010】中和器としては、熱電子を供給するフィラ
メントタイプの中和器、もしくはマイクロ波を用いて電
子を供給するマイクロ波タイプの中和器を用いることが
できる。
【0011】電圧印加手段は、シャッタ板の開閉時に基
板に生じる電圧の逆電圧を印加するよう構成されてい
る。また電圧印加手段は、シャッタ板の開閉にタイミン
グを合わせて電圧を印加するよう構成されている。
【0012】また、本発明の基板処理方法は、基板に対
してイオンビーム加工の処理を行う際に、イオンビーム
加工の処理前後は基板をシャッタ板で遮蔽してイオンビ
ームが基板に照射されるのを阻止し、イオンビーム加工
の処理時にシャッタ板を退避させて基板にイオンビーム
を照射する一方、シャッタ板の開閉のタイミングに合わ
せてシャッタ板に電圧を印加することを特徴とする。
【0013】そして、シャッタ板に電圧を印加する際に
は、シャッタ板の開閉時に基板に生じる電圧の逆電圧を
印加する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。 (実施の形態1)図1は、本発明の実施の形態1による
イオンビーム加工装置の概略構成を示している。本実施
の形態のイオンビーム加工装置には、図1に示すように
主に、ガス導入口11からArガスを導入しプラズマを
生成するとともに、プラズマをイオンビームIBとして
引き出すイオン源12、基板13を保持するための基板
保持装置14を有し、引き出されたイオンビームIBを
基板13に照射して、基板13をミリング処理する処理
室15、および処理室15の内部を真空排気する真空排
気装置16が設けられている。
【0015】イオン源12はイオン源チャンバ17を有
し、このイオン源チャンバ17の端面にガス導入口11
が設けられている。また、ガス導入口11の近傍にはイ
オン源フィラメント18が設けられ、ガス導入口11か
ら導入したArガスはイオン源フィラメント18によっ
てプラズマ化される。
【0016】イオン源12は処理室15の開口部15A
に接続され、イオン源12の開口部15A側にはイオン
源電極19が設けられている。イオン源電極19は、加
速電極、減速電極、接地電極の3枚により構成され、こ
れらの電極に高電圧を印加することによりArイオンを
引き出してイオンビームIBを作り出す。
【0017】処理室15にはフィラメント型中和器20
が設けられている。この中和器20は中和器フィラメン
ト21を有し、この中和器フィラメント21に電圧を印
加して赤熱させると熱電子eを放出し、イオンビーム
IBを中和する。中和器フィラメント21としては、T
aやW等の高融点金属製のフィラメントが用いられてい
る。
【0018】また、ミリング処理前後のイオン源電源立
上げ時や中和器電源立上げ時において、イオン源12か
らのイオンビームIBおよび中和器20からの中和電子
が基板13に照射されるのを防ぐために、中和器フ
ィラメント21と基板保持装置14との間にはシャッタ
板22と呼ばれる遮蔽板が設けられている。このシャッ
タ板22は、ミリング処理時には退避して基板13にイ
オンビームIBが照射されるようになっている。
【0019】そして本実施の形態では、シャッタ板22
の開閉時にシャッタ板22に電圧を印加する電源23が
設けられている。電源23には電源コントローラ24が
接続され、電源コントローラ24は、電源23がシャッ
タ板22に印加する電圧の大きさと印加するタイミング
とを制御する。なお、ここでは、電源23と電源コント
ローラ24は電圧印加手段を構成している。
【0020】上記構成によれば、ミリング処理開始前は
シャッタ板22は閉じられ、イオンビームIBが基板1
3に照射されるのが阻止されている。ミリング処理開始
と同時にシャッタ板22は開けられ、ミリング処理が終
了したら再びシャッタ板22は閉じられる。
【0021】このようにシャッタ板22が開閉すると
き、シャッタ板22の開閉動作に合わせて中和電子がシ
ャッタ板22に流れ込み、基板13面の電位が中和不足
となる恐れがある。例えば、図3(a)はシャッタ板22
が閉じられた状態であるが、図3(b)のようにシャッタ
板22が開閉途中の状態では、中和電子eの一部がシ
ャッタ板22に流れ込んでしまい、中和不足のイオンビ
ームIBが基板13に照射される。中和不足のイオンビ
ームIBが基板13に照射されると、基板13面では、
図4(a)に示すように、約1S(秒)の間隔でパルス状
にプラスに帯電する。この帯電により基板13面ではE
SD(静電破壊)が発生する。
【0022】本実施の形態では、電源23および電源コ
ントローラ24が設けられており、図3(c)のように、
シャッタ板22の開閉時に基板13に生じる電圧の逆電
圧を、電源23によってシャッタ板22に印加する。印
加するタイミングは、図4(b)に示すようにシャッタ開
閉のタイミングに合わせて、シャッタ板22にパルス状
の逆電圧を印加する。これによって、基板13面の電位
は同じく図4(b)に示すようにプラス側へ帯電が極めて
小さくなり、ESDの発生を抑制することができる。な
お、印加電圧の大きさと印加タイミングは電源コントロ
ーラ24によって制御されている。
【0023】(実施の形態2)図2は、本発明の実施の
形態2によるイオンビーム加工装置の概略構成を示して
いる。実施の形態1ではイオンビームIBを中和する中
和器がフィラメント型のものであったが、本実施の形態
では図に示すようにマイクロ波型の中和器30が設けら
れている。マイクロ波型の中和器30は、中和電子の供
給方法が、フィラメントによる熱電子ではなく、マイク
ロ波によるものである。すなわち、本実施の形態では、
処理室15のイオン源12側の側壁にマイクロ波導入口
31が設けられ、このマイクロ波導入口31より処理室
15内に2.45GHzのマイクロ波を導入する。マイ
クロ波導入口31の周囲および中和器30の周囲には永
久磁石32が設置され、永久磁石32によるECR磁場
とマイクロ波によってプラズマを生成させる。このプラ
ズマから供給された電子eがイオンビームIBを中和
する。なお、図中、33は中和器電源である。
【0024】本実施の形態でも実施の形態1と同様な作
用効果を得ることができる。また、本実施の形態によれ
ば、フィラメントを用いないことによって、フィラメン
ト切れ等の問題を無くし、メンテナンス寿命を長くする
ことができる。
【0025】次に、シャッタ22を開閉させたときに、
基板13面での電位を実測した。図5はその実測データ
で、(a)はシャッタ板22に逆電圧を印加しない従来
技術におけるデータ、(b)はシャッタ板22に逆電圧
を印加した本発明におけるデータである。図5から分か
るように、従来技術ではシャッタ板22の開閉時にプラ
ス側に大きく帯電していたが、本発明ではシャッタ板2
2の開閉時にプラス側に大きく帯電するのが抑制されて
いる。
【0026】なお、上記各実施の形態ではミリング処理
について述べてきたが、本発明はミリング処理以外のイ
オンビーム加工処理にも適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シャッタ板開閉時の基板面のチャージアップを防ぐこと
ができ、微細化、薄膜化した素子を容易に加工すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるイオンビーム加工
装置の概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態2によるイオンビーム加工
装置の概略構成図である。
【図3】シャッタ板開閉時の中和電子の挙動を示してお
り、(a)はシャッタ板閉のときの挙動を、(b)は電
圧印加無しでシャッタ板が開閉動作するときの挙動を、
(c)は電圧印加有りでシャッタ板が開閉動作するとき
の挙動をそれぞれ示した図である。
【図4】シャッタ板開閉時に発生するパルス状電圧を示
しており、(a)は印加電圧無しのときのパルス状電圧
を、(b)は印加電圧有りのときのパルス状電圧をそれ
ぞれ示した図である。
【図5】シャッタ板開閉時の基板面電位の実測データを
示した図である。
【符号の説明】
11 ガス導入口 12 イオン源 13 基板 14 基板保持装置 15 処理室 16 真空排気装置 17 イオン源チャンバ 18 イオン源フィラメント 19 イオン源電極 20 フィラメント型中和器 21 中和器フィラメント 22 シャッタ板 23 電源 24 電源コントローラ 30 マイクロ波型中和器 31 マイクロ波導入口 32 永久磁石 33 中和器電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 聰 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所半導体製造装置推進本部内 (72)発明者 大石 鉦太郎 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所半導体製造装置推進本部内 Fターム(参考) 4E066 BA13 CB17 5C034 BB03 BB09 5F004 AA06 BA11 BB12 BB14 CA03 CA09 DA23 EA19

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスが導入されプラズマを生成するイオ
    ン源と、該イオン源で生成したプラズマをイオンビーム
    として引き出すイオン源電極と、イオンビームを中和す
    る中和器と、内部に基板を有し、イオンビームを基板に
    照射して基板にイオンビーム加工の処理を行う処理室
    と、該処理室内部を真空排気する真空排気装置と、前記
    イオンビーム加工の処理前後で基板を遮蔽してイオンビ
    ームが基板に照射されるのを阻止するシャッタ板と、該
    シャッタ板の開閉時にシャッタ板に電圧を印加する電圧
    印加手段と、を備えたイオンビーム加工装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のイオンビーム加工装置
    において、 前記中和器は、フィラメントから熱電子を供給してイオ
    ンビームを中和することを特徴とするイオンビーム加工
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のイオンビーム加工装置
    において、 前記中和器は、マイクロ波を用いて電子を供給してイオ
    ンビームを中和することを特徴とするイオンビーム加工
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のイオン
    ビーム加工装置において、 前記電圧印加手段は、前記シャッタ板の開閉時に前記基
    板に生じる電圧の逆電圧を印加することを特徴とするイ
    オンビーム加工装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のイオン
    ビーム加工装置において、 前記電圧印加手段は、前記シャッタ板の開閉にタイミン
    グを合わせて電圧を印加することを特徴とするイオンビ
    ーム加工装置。
  6. 【請求項6】 基板に対してイオンビーム加工の処理を
    行う際に、イオンビーム加工の処理前後は前記基板をシ
    ャッタ板で遮蔽してイオンビームが基板に照射されるの
    を阻止し、イオンビーム加工の処理時に前記シャッタ板
    を退避させて前記基板にイオンビームを照射する一方、
    前記シャッタ板の開閉のタイミングに合わせてシャッタ
    板に電圧を印加する基板処理方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の基板処理方法におい
    て、 前記シャッタ板の開閉時に前記基板に生じる電圧の逆電
    圧を印加することを特徴とする基板処理方法。
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