JP2003297275A

JP2003297275A - イオンビームミリング方法およびイオンビームミリング装置

Info

Publication number: JP2003297275A
Application number: JP2002104337A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishiguro; 浩二石黒; Hiroo Okawa; 宏男大川
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術では、一定時間内のミリング処理
枚数向上が出来ない問題点と近年のミリング深さ浅溝化
による、従来装置で発生する生産能力低下、処理後のミ
リング均一性が劣化する等の問題点があった。【解決手段】被加工物を真空中で収納できるロードロ
ック室と、被加工物を上記ロードロック室より処理室に
真空中を搬送する手段と、被加工物を処理する処理室
と、プラズマ生成室と、上記生成室よりイオンビームを
引き出す電極等のビーム引きだし手段と、複数個の被加
工物を同時に自公転させる基板ホルダーユニットと、被
加工物とイオンビームとをある角度にするためのチルト
機構と、被加工物を自動に基板ホルダーの所定の位置に
配置する手段と、プラズマ生成用電源と、被加工物を自
動的に搬送、処理加工する制御機器を有する構造とし
た。また、基板ホルダーと基板ホルダー用磁気シールを
採用した。さらに、基板ホルダーユニットに固定された
外歯車の歯数と、自公転軸に固定された内歯車の歯数の
比を３より大きく４より小さい整数でない比とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の被加工物
を自公転させ同時に処理する真空プラズマ処理装置に関
する。特に、被加工物にイオンビームを照射し加工を行
うイオンビームミリング方法およびイオンビームミリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオンビームミリング装置におい
ては、１枚の基板を自転させてエッチングする場合、そ
の基板の寸法はイオン源から照射されるイオンビームの
均一分布範囲以下にして所定の精度を確保するようにし
ている。また、複数枚の基板をエッチング処理する場合
には、基板を自転および公転させてエッチングの均一性
を確保するようにしている。このような従来のイオンビ
ームミリング装置は、例えば、特開平８−１３４６６８
号公報、特開平８−８３８３４号公報、特開２０００−
２１８５１号公報、特開２０００−３０１３５３号公報
に開示されている。

【０００３】これら従来の装置では、高真空下でイオン
源内にＡｒガス等のプラズマ生成用のガスを導入し、内
部に配置した熱電子発生用フィラメント、プラズマの壁
面での消滅を減少させるためにイオン源壁面に配置した
カスプ磁場形成用磁石により、プラズマを発生させる。
このプラズマからイオンビームを引き出す為の加速、減
速、アース電極等で構成される電極がある。また、従来
技術における基板ホルダーユニットは、通常、大気中に
あるモータに直結したカサ歯車によって、公転軸が１〜
２ｒｐｍの速度で回転するよう構成されている。この公
転軸は、両端をベアリングで支持され、その間に真空用
Ｘリングが配置され、その間に冷却水を通している。自
公転軸も同様な構造となっている。自公転軸に固定され
た外歯車と、基板ホルダー固定板に固定された内歯車に
より、基板ホルダーは自公転する。また、前記従来のミ
リング処理装置において、真空シールとしては、一般的
にＸリングが使用されている。

【０００４】図１５で、従来の装置による処理フローの
一例を説明する。作業者は、新たなロットの被加工物を
処理室内の基板ホルダーユニット内基板ホルダーに搭載
する。すなわち、処理室内の基板ホルダーユニットに、
１枚または複数枚の被加工物をセットする。この後、処
理室の真空引きを始める。イオンビームを引き出すに適
した真空とする為には、時間Ｔ01、たとえば約２Ｈｒ程
度の真空引きが必要となる。

【０００５】また、真空引き後も、処理室の壁面や防着
板等に吸着しているＨ₂Ｏ等の残留ガスによりイオンビ
ームが安定せず、この状態でミリング処理を行うとミリ
ング分布の低下、全体のミリングレートの低下、等の問
題が発生する。そのため、通常は、所定の時間（Ｔ02）
だけ、プレヒート及びプレミリングを行う。すなわち、
基板ホルダー上の被加工物にイオンビームを照射しない
ように、ダミーミリングと称されるビームシャッターに
よりイオンビームを遮断する。

【０００６】その後、ある時間(例えば、１０分程度)後
に、基板ホルダーユニットをチルトし、被加工物にイオ
ンビームを照射して所定時間(Ｔ03)ミリング加工を行
う。ミリング終了後、基板ホルダーユニットをチルト
し、処理室の真空をリークする。そして、被加工物を処
理室内の基板ホルダーユニット内の基板ホルダーから脱
着する。このようにして、ロットＩの処理、すなわち１
バッチの処理が終了する。そして、次のロットIIの加工
物を、処理室内の基板ホルダーユニット内の基板ホルダ
ーに搭載する。以下、被加工物のセット後、処理室の真
空引きを始める。このようにして、ロットＩと同様なバ
ッチ処理を繰り返す。

【０００７】一方、特開平５−２５１３９１号公報、特
開平６−２１０１３号公報、特開平７−１８４１１号公
報、特開２０００−２９４５４２号公報及び特開２００
１−７４１４０号公報には、エッチング処理等を行う真
空処理装置の回転軸に、磁気シールを用いたものが開示
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】例えばデイスク装置用
磁気ヘッド業界において、その用途は従来のパソコンに
とどまらず、デジタル家電製品、ゲーム機へと広がりを
見せており、生産量増大が必要となり、装置の一定時間
での生産量アップが要求されている。

【０００９】しかし、上記のように、従来のイオンミリ
ング装置は、１バッチ処理する毎に、真空引き（Ｔ01）
や大気リーク、ダミーミリング（Ｔ02）の時間が必要
で、約３時間の時間を要している。これでは、一定時間
で処理できる枚数には限りがある。すなわち、従来の技
術では、作業者が、大気中で１枚または複数の被加工物
を、処理室内の基板ホルダーユニット上の所定位置に、
一枚一枚セットし、完了後、処理室の真空引きを行い、
真空引き完了後にミリング処理加工を行っていた。真空
引きに要する時間と、処理室真空引き後の残留ガスによ
りビームが初期の間、ビームが不安定になる為、枯らし
運転を行う必要が有り、これに要する時間が必要であっ
た。この為、一定時間内の処理枚数を増大させることは
困難である。

【００１０】また、デバイス高密度化に伴い微細化のニ
ーズは高まるばかりである。高記録密度化に対応し、そ
のフライングハイトを減少させてきた。近年において
は、フライング深さ（ミリング深さ）は数十nm程度にな
ってきている。

【００１１】単位時間当りの磁気ヘッドの生産性アップ
に対応する為、ミリングの浅溝加工においても、処理速
度を低下させず一定にし、短時間すなわち時間(Ｔ03)よ
りも短い時間でミリング加工処理を行うことが望まし
い。そのために、従来のミリング装置において、単位時
間当りの生産性アップと短時間で均一性の高い処理を行
う為には、自公転する基板ホルダーの回転数を増加させ
ることが考えられる。

【００１２】しかし、処理数を増加させた場合、Ｘリン
グの磨耗量が増加し、突然、水リーク、真空リーク等の
問題が発生する。このＸリングの保守は、より短周期で
行う必要が発生し、装置の生産性の低下となる。この磨
耗量が増加すれば、Ｘリング等の真空シールの磨耗量が
増加し、短期間で交換する必要が発生する。その結果、
メンテに伴う装置の生産能力の低下という問題が発生す
ることが予想される。

【００１３】また、プラズマ源としてＩＣＰを採用し、
枚葉式でミリング処理する装置があるが、上記のような
短時間処理を行う場合、処理時のプラズマ源の安定性が
低下し、均一性の高い処理が出来なくなるといった問題
点があった。

【００１４】このように、ミリング加工に関して、微細
化、高記録密度化のニーズと、生産性をアップさせると
いう要求が存在する。これに対して、従来機で対応しよ
うとしても、一定時間内での処理数を満足する事と、数
十nm程度の浅溝加工を行うものにおいて、ミリング加工
の均一性と生産性を両立する事は不可能であった。すな
わち、（１）作業者が大気中で被加工物を１枚毎に基板
ホルダーユニットにセットしていた為、１枚または１バ
ッチ分の複数枚のミリング処理毎に処理室を大気ブレー
クする必要が有った。この為、処理室の真空引きに要す
る時間、また真空引き後の残留ガスによるビームの不安
定性を回避する為、枯らし運転の時間等が必要で、装置
一定時間内でのミリング処理枚数をユーザニーズの数値
まで向上させる事が不可能であった。

【００１５】（２）Ｘリング等の真空シールの磨耗によ
る、メンテナンス周期の低下により、装置生産能力が低
下する。

【００１６】（３）短時間処理時の高均一性ミリング処
理を得る事が出来ず、ミリング加工の均一性と生産性と
の両立は不可能であった。

【００１７】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
数十nm程度の浅溝ミリング加工に関して、高い均一性と
生産性との両立を実現する、イオンビームミリング方法
およびイオンミリング装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成する為
に、本発明においては、下記の構成としたことを特徴と
する。（１）被加工物を真空雰囲気で収納するロードロック
室と、前記被加工物を処理する真空処理室と、前記ロー
ドロック室と前記真空処理室間で前記被加工物を搬送す
る真空搬送手段と、前記処理室にイオンビームを供給す
るイオンビーム供給手段と、前記真空処理室内において
夫々被加工物を載置した複数個の基板ホルダーを保持す
る基板ホルダーユニットと、該基板ホルダーユニットを
傾斜させて前記被加工物と前記イオンビームとを所定の
角度に設定するためのチルト機構と、前記基板ホルダー
を自公転させる駆動手段とを備え、前記基板ホルダーユ
ニットを傾斜させた状態で、前記基板ホルダーを自公転
させながら前記複数個の被加工物を前記イオンビームに
より同時にミリング加工するように構成したイオンビー
ムミリング装置。（２）被加工物を真空雰囲気で収納するロードロック室
と、前記被加工物を処理する真空処理室と、前記ロード
ロック室と前記真空処理室間で前記被加工物を真空雰囲
気で搬送する真空搬送手段と、前記処理室にイオンビー
ムを供給するイオンビーム供給手段と、前記真空処理室
内において複数個の被加工物を載置した複数個の基板ホ
ルダーを同時に自公転させる基板ホルダーユニットと、
該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記被加工物と前
記イオンビームとを所定の角度に設定するためのチルト
機構と、前記基板ホルダーユニットを自公転させる駆動
手段とを備え、各基板ホルダーの駆動手段用磁気シール
を、大気中の同一密閉空間内に配置したことをイオンビ
ームミリング装置。（３）前記各基板ホルダーを自公転させる駆動手段は、
該基板ホルダーユニットに固定された外輪歯車と、前記
基板ホルダーに固定された内輪歯車を有し、前記の外輪
歯車と内輪歯車の歯数の比比Ｚ１/Ｚ２を、３より大き
く４より小さい値とした。（４）前記各基板ホルダーは、外歯車に内接する回転体
と、該回転体を前記基板ホルダーに保持するための回転
体固定金具と、一端が前記基板ホルダーに固定されたナ
ットに螺合し、他端が回転体固定金具の円弧状穴に係合
したボルトとを備えているイオンミリング装置。（５）被加工物を真空雰囲気で収納するロードロック室
と、真空処理室内において夫々前記被加工物を載置した
複数個の基板ホルダーを保持する基板ホルダーユニット
と、該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記被加工物
と前記イオンビームとを所定の角度に設定するためのチ
ルト機構とを備えたイオンミリング装置によるイオンビ
ームミリング方法であって、前記ロードロック室と前記
真空処理室間で前記被加工物を真空雰囲気で搬送し、前
記真空処理室内の前記基板ホルダーユニットを傾斜させ
た状態で、前記基板ホルダーを自公転させながら前記複
数個の被加工物を前記イオンビームにより同時にミリン
グ加工するイオンビームミリング方法。

【００１９】本発明によれば、近年のミリング深さ浅溝
化の要求に応え、浅溝加工においてもスループットが高
く、かつ、均一性に優れたミリング処理を可能とするイ
オンミリング処理装置を提供できる。すなわち、従来装
置での一定時間内のミリング処理枚数向上が出来ない問
題点と、近年のミリング深さ浅溝化による、従来装置で
発生する生産能力低下、ミリング均一性の劣化等の問題
点を回避でき、一定時間内での生産能力の高い、高均一
な処理を可能とするイオンビームミリング方法およびイ
オンビームミリング装置を提供できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施例にな
るミリング装置を、図１〜図１２により説明する。ま
ず、図１は、本発明の実施例になるイオンミリング装置
のブロック構成図である。図において、３０は一対のロ
ードロック室であり、大気雰囲気の外部と真空雰囲気の
ミリング装置内との間で被加工物３１の搬出入を行う。
３２は被加工物搬送用の真空ロボット３３を備えた搬送
室である。３４は処理室であり、基板ホルダーユニット
１４、イオン源となるプラズマを生成するプラズマ生成
室３５と、このプラズマ生成室よりイオンビームを引き
出す電極３６等のビーム引きだし手段と、ビームシャッ
ター４５を備えている。基板ホルダーユニット１４は、
複数個の被加工物を同時に搭載して自公転する。３８は
ゲートバルブであり、被加工物３１の搬出入や処理のた
めに、ロードロック室と搬送室、搬送室と処理室の間を
開閉する。５１は各室の圧力を測定する真空ゲージ、５
２は各室を真空に排気するための真空ポンプである。

【００２１】基板ホルダーユニット１４の各基板ホルダ
ー１上に載置された被加工物３１たとえばSiバーは、イ
オンビーム３７によりミリング加工される。被加工物３
１の処理時、基板ホルダーユニット１４は、チルト用軸
芯線１３を中心にして傾斜される。また、モータ１２及
びギアボックス１８は、被加工物３１の処理時、各基板
ホルダー１を公転及び自転させる。

【００２２】基板ホルダーユニット１４の詳細な構成例
を図２、図３に示す。図２は基板ホルダーユニットの外
観斜視図、図３は基板ホルダーユニットの縦断面図であ
る。基板ホルダー１を自公転させる為に、基板ホルダー
ユニット１４に固定した外輪歯車および基板ホルダーに
固定された内輪歯車が採用されている。すなわち、基板
ホルダーユニット１４は、自公転軸２に保持された基板
ホルダー１と内歯車４及び、公転軸８に保持された外歯
車を有している。６は基板ホルダー固定板であり、公転
軸８と接続されている。自公転軸２に固定された外歯車
５と基板ホルダー固定板６に固定された内歯車４によ
り、基板ホルダー１は自公転する。基板ホルダー１は、
歯車を介して自公転駆動されるので、当然のことなが
ら、基板ホルダー１の自転の回転数と公転の回転数は比
例関係にある。

【００２３】７は磁気シール収納構造体であり、磁性流
体を用いた自公転用磁気シール３と公転軸用磁気シール
９とを有している。各自公転軸２は自公転用磁気シール
３により真空シールされている。また、公転軸用磁気シ
ール９により、公転軸８の真空シールが行われている。
図中、自公転用磁気シール収納構造体７の内部及び基板
ホルダーユニット１４の内部は大気であるが、その他の
部分は真空である。すなわち、複数個の自公転ホルダー
用磁気シール３、９が大気中の同一密閉空間内に配置さ
れている。

【００２４】１６は搬送物昇降用治具、１７は穴、２０
はベアリングである。基板ホルダーユニット１４は、処
理室３４の内部にチルト用軸１５を用いて固定される。

【００２５】磁気シール収納構造体７を公転回転させる
磁気シールおよび公転軸を回転させるモータ、プーリ、
ベルト等の駆動系は、同一密閉空間内に配置されてい
る。すなわち、処理室３４内の大気中にある基板ホルダ
ーユニット１４内には、サーボモータ１２が有り、プー
リ１０、ベルト１１を介して公転軸８にサーボモータの
回転トルクが伝達される。基板ホルダー１には、基板ホ
ルダー押さえ板６１、昇降ピン受け板６３、バネ６４、
昇降ピン６５、冷却ガス溝６７が設けられている。

【００２６】磁気シールの各軸には、冷却ガス、冷却媒
体を通過させる通路を設け、回転導入の導入機が設けら
れている。すなわち、公転軸８は、２箇所をベアリング
２０で支持されており、モータ１２によって図示のよう
に回転する。公転軸８には内部に冷却ガス及び冷却水を
通す通路が設けられており、図示されていない回転導入
機により、冷却ガス７１及び冷却水２３が導入される。
自公転軸２にも同様に、冷却ガス及び冷却水を通す通路
が設けられている。７０は冷却水循環用のパイプであ
り、循環用のポンプに接続されている。

【００２７】冷却ガス７１及び冷却水２３は、図示の無
い回転導入機により、自公転軸２に設けられた通路に流
入する。冷却水２３は、自公転軸２内の通路を通過し、
基板ホルダー１に供給され、基板ホルダーを冷却する。
また、自公転軸２には、基板ホルダー１の表面に設けら
れた冷却ガス溝６７とその上に載置された被加工物３１
との間に、冷却ガス通路７３を介して冷却ガス７１が供
給され、この冷却ガスによる熱伝達により被加工物３１
を冷却する。被加工物３１は基板ホルダー１に基板ホル
ダー押さえ板６１により、バネ６４の反発力を利用して
固定される。

【００２８】図４に、搬送冶具に載置された被加工物３
１の一例を示す。４７がSiバーの搭載板、４８が搬送冶
具、４９がミリング処理されるSiバーである。Siバー
は、たとえば数十枚〜数百枚のSi基板で構成される。ミ
リング処理を行うSiバー４９は、Siバー搭載板４７に接
着材により固定されている。通常、被加工物３１はこの
ような状態で顧客から加工業者に供給される。図４の例
では、Siバー搭載板４７の上にSiバー４９が４個ある。
このSiバー搭載板４７を、ネジ等で搬送冶具４８に固定
する。本願明細書では、図４に示したようなこれらの部
材全体をまとめて、被加工物３１と称する。

【００２９】次に、図５は、磁気シール収納構造体７と
基板ホルダー固定板６の部分に配置した被加工物昇降用
構造物４３の縦断面を示している。被加工物昇降用構造
物４３は、１つの基板ホルダー１に４ケ所設けられてい
る。基板ホルダー固定板６の外側は、磁性流体を用いた
真空シール４４により真空となっている。これに対し、
磁気シール収納構造体７と基板ホルダー固定板６とで囲
まれた領域は、大気となっている。被加工部の着脱を行
う時に使用するピン４０は、バネ４２の反力により図で
は下方に保持されている。ピン４０の上下にはガイド４
１が有り、昇降時の位置ブレを抑制している。本実施例
では、真空でも長時間にわたり使用できるように、ガイ
ド４１には、金属にカーボンを燒結させた材料を使用し
た。

【００３０】この被加工物昇降用構造物４３を磁気シー
ル収納構造体７に収納する事により、昇降用治具１６の
昇降時のストロークを小さくし、昇降に要する時間を短
縮化できるので、スループット向上が可能となる。ま
た、搬送の位置出しの為に、被加工物昇降用構造物４３
の昇降用治具１６側と昇降用治具１６の上面には、各々
テーパを設けている。

【００３１】図６は、本発明によるイオンミリング装置
の制御部の構成例を示す図である。５３は所定のシーケ
ンスに基づきイオンミリング処理を制御するプログラム
を備えたパソコン（またはシーケンサ）である。５４は
信号ケーブルである。また、５１は各室に設けられた真
空ゲージ、５５は傾斜角センサーである。パソコン５３
は、所定のシーケンスに基づき、プラズマ生成用のイ
オン源３５やビームシャッター４５の制御、排気ポンプ
などの排気系、ガス供給系、被加工物を自動的に搬送、
処理加工する制御等を行う。各ゲートバルブや搬送装置
及び真空ポンプ５２も制御する。また、自公転用モータ
１２やチルト機構のモータ５０を駆動して被加工物３１
をミリング処理する際の、自公転の速度や傾斜角を制御
する。

【００３２】次に、本発明のイオンミリング装置の動作
を説明する。図７は、本発明の実施例におけるミリング
処理のシーケンスの概要を示すものである。まず、被加
工物をロードロック室１内カセットに搭載する。すなわ
ち、作業者はロードロック室３０に配置されたカセット
にロットＩの被加工物３１をセットし、ロードロック室
１の真空引きを行う。すなわち、時間Ｔ1だけ、たとえ
ば約２Ｈｒ程度の真空引きが必要となる。しかし、これ
は、ミリング加工装置の起動時のみ必要であり、起動後
は不要となる。

【００３３】次に、被加工物のマッピング、すなわちカ
セット内の被加工物の位置検出を行う。この位置検出情
報に基づいて、パソコン（またはシーケンサ）は、被加
工物に対するイオンミリング処理のシーケンスを制御す
る。

【００３４】さらに、被加工物を真空ロボットによりカ
セットからホルダーに搭載する。ロードロック室３０
は、真空ゲージ５１によりその圧力値を監視されてい
る。ロードロック室３０および搬送室３２内の圧力値
が、ある設定値以下になってから、この信号がシーケン
サ、またはパソコン５３に信号ケーブル５４によりこの
信号が送られ、判定することにより、ロードロック室側
のゲート弁３８を開にし、搬送室３２内の真空ロボット
３３で被加工物３１を図示しないカセットから取り出
し、次に処理室３４側のゲート弁３８を開にして、処理
室３４内の基板ホルダーユニット１４内の基板ホルダー
１上に搭載する。

【００３５】被加工物３１は、真空ロボット３３によっ
て、搬送室３２より処理室３４に搬入され、昇降用治具
１６とこれによって移動する被加工物昇降用構造物４
０、および昇降ピン受け板６３によって、所定の位置に
セッテイングされる。

【００３６】次に、時間Ｔ2の間、プレヒート処理及び
プレミリングを行う。まず、プレヒート処理として、ミ
リング処理の作業に先立ち、ビームシャッター４５を開
から閉にし、図示しないフィラメントに通電し、約１Ｈ
ｒ程度、電極３６を過熱し、脱ガス、および電極温度を
ある一定の温度に上昇させておく事で、ミリング処理加
工時の電極温度の大きな温度変化による、プラズマ不均
一性を低減化している。

【００３７】その後、例えば処理室３４を防着板の交換
のため長時間の間、大気開放した場合、必要ならば、プ
ラズマを生成し、電極３６に電圧を印加して、イオンビ
ーム３７を引き出し更に、電極３６および処理室３４を
加熱し、脱ガスを行う。この作業(プレミリング又はダ
ミーミリングと称される)は、通常２０分程度行う。

【００３８】この後、基板ホルダーユニットのチルトを
行う。すなわち、基板ホルダーユニット１４をチルト軸
１５の回りにモータ１２、ギアボックス１８により回転
させ、基板ホルダーユニット１４を図１に示す水平状態
より約１３５°傾斜させ、傾斜が所定角度まで完了した
ことをセンサーで検出する。

【００３９】図８は、ミリング処理用のイオンビーム３
７と、基板ホルダー１及び基板ホルダーユニット１４等
の位置関係を示している。“天”は図２、図３の上方、
“地”は下方の方向を示す。を示している。処理時に
は、基板ホルダーユニット１４に固定されたチルト用軸
１５を、チルト軸芯１３を回転中心にして回転させる。
すなわち、チルト用のサーボモータ１２及びギアボック
ス１８により、被加工物３１をミリング処理する傾斜角
（図１の状態を０°として約１３５°下向き）に移動さ
せる。基板ホルダー１上に配置した被加工物３１面上の
法線方向とイオンビーム３７とは、４５°の角度を有す
ることになる。

【００４０】この状態で、プラズマ生成室３５内にガス
供給系からガスを供給し、プラズマを生成し、電極間に
電圧を印加してイオンビーム３７を取り出す。このイオ
ンビーム３７を基板ホルダー１上の被加工物３１に照射
し、ミリング加工を行う。

【００４１】ミリング処理時（所要時間はＴ3）、各基
板ホルダー１は、公転しつつ、Ｒ＝０を中心にして自転
する。例えば、基板ホルダー１は、約１０ｒｐｍ程度の
回転数で自転しつつ、約３ｒｐｍ程度の回転数で公転す
る。基板ホルダー１の自転の回転数は１０ｒｐｍ〜３０
ｒｐｍ程度が望ましく、公転速度、換言すると公転軸８
の回転数は３〜１０ｒｐｍ程度が望ましい。公転軸８に
接続された磁気シール収納構造体７も公転する。自公転
用磁気シール３、公転用磁気シール９は、モータ１２の
容量の最小化を図る為、起動時等のトルクが低い、低ト
ルクタイプを採用する事等の注意が必要である。また、
被加工物の処理温度を低減する為、０℃前後の冷却媒体
を流す場合には、この温度における低トルクタイプのモ
ータを採用する事が望ましい。

【００４２】自公転軸２に接続された内輪歯車４と基板
ホルダーユニット１４に固定された外歯車５により、基
板ホルダーは自公転する。直径（φ）１５０（ｍｍ）程
度の被加工物を６枚処理する場合、外歯車５はφ６５０
程度の大きさとなる。内歯車はφ１８０程度となる。本
実施例では、モジュール２の歯車を採用した。また、モ
ータ１２は、定格トルクが２０Ｎｍ程度の物を採用し
た。

【００４３】ミリング処理の終了に伴い、基板ホルダー
ユニット１４を再びチルトさせる。そして、ロットＩの
被加工物を、真空ロボットによりホルダーから元のカセ
ットに搬送し、回収する。

【００４４】その後、ロードロック室１の真空リークを
行い、大気圧雰囲気でロットIIの被加工物をロードロッ
ク室１内カセットから取り出し、被加工物をロードロッ
ク室２内カセットに搭載する。以下、ロット１の場合と
同様にして、被加工物のミリング処理を行う。

【００４５】本発明によれば、処理室の真空引きに要す
る時間、また真空引き後の残留ガスによるビームの不安
定性を回避する為、枯らし運転の時間等は、ミリング処
理装置の起動時に１回だけ行えばよく、起動後は処理室
の真空引きや枯らし運転が不要になる。そのため、一定
時間内でのミリング処理枚数を、大幅に向上させる事が
可能となる。

【００４６】また、本発明によれば、自公転用磁気シー
ルや公転用磁気シールの採用により、メンテナンス周期
が長くなり、装置生産能力が向上する。さらに、高速自
公転基板ホルダーの採用が可能となり、一定処理時間
（時間Ｔ3≪Ｔ03）内の自公転回転数を十分に大きく出
来、かつ、浅溝加工の均一性も向上する。

【００４７】図９は、ミリング処理開始後一定時間経過
時点での被加工物３１の表面の各点におけるミリング量
を示した図である。被加工物３１の中心から外周に向か
うほど、ミリング量が減少していることがわかる。実験
によれば、ミリング時間を長くすれば、被加工物３１の
中心と外周外周付近におけるミリング分布のバラツキの
差は小さくなる。

【００４８】図１０は、ミリング時間を横軸に、実測の
ミリングレート分布のデータを用いたシミュレーション
による、直径５インチの基板内におけるミリング分布の
バラツキを３σで表した図である。基板ホルダー１の自
転回転数Ｎ1は２ｒｐｍ、Ｎ2は１０ｒｐｍである。図１
０に示した通り、一定処理時間内の自転回転数Ｎ、ひい
ては自公転回転数を大きくすると、浅溝加工の均一性が
短時間で飛躍的に向上する。ミリング処理においては、
実用上、自転回転数Ｎを１０ｒｐｍ〜３０ｒｐｍの範囲
とするのが望ましい。

【００４９】また、本発明は、均一性の高いミリング処
理を実現するために、外歯車５の歯数Ｚ１と、内歯車４
の歯数はＺ２との比Ｚ１/Ｚ２を一定の範囲に設定した
ことを特徴の１つとしている。図１１は、イオンビーム
照射領域と被加工物３１表面のある一点(半径Ｒ＝４
０、中心Ｒ＝０は被加工物３１の中心、図８参照)の軌
跡とを合わせた図である。外歯車５の歯数はＺ１＝２８
８、内歯車４の歯数はＺ２＝８８、Ｚ１/Ｚ２＝３.２７
・・・と、３以上の整数以外の数値とした。歯車のモジ
ュールは２である。イオンビーム自身が、ある分布をも
っている為、均一性の高いミリングを行うには、イオン
ビーム照射領域内を被加工物上の各点が偏り無く均一に
全ての領域を通過するのが良い。そのためには、Ｚ１/
Ｚ２の値を整数でない値とする必要がある。また、実用
上の取りうる歯数比は３から４程度の範囲である。Ｚ１
/Ｚ２＝３とすると、公転回数が３の倍数で被加工物３
１上の各点は、元の位置に戻るため、均一性の高いミリ
ング処理を行う事は不可となる。

【００５０】図１２は、歯数比Ｚ１/Ｚ２を横軸に、実
測のミリングレート分布のデータを用いたシミュレーシ
ョンによる、φ５インチ基板内のミリング分布のバラツ
キを３σで表した図である。Ｚ１/Ｚ２が整数となる
３、４の点では分布のばらつきが、他の歯数比に比較
し、著しく低下している結果が得られた。よって、Ｚ１
/Ｚ２は、３から４の間の整数でない値、すなわち、
３．０５〜３．９５の範囲の値とする事が望ましい。

【００５１】以上述べたように、本発明によれば、自公
転用磁気シールや公転用磁気シールの採用により、メン
テナンス周期が長くなり、装置生産能力が向上する。さ
らに、高速自公転基板ホルダーの採用が可能となり、一
定処理時間内の自公転回転数を十分に大きく出来、か
つ、浅溝加工の均一性も向上する。このように、本発明
によれば、短時間処理時の高均一性ミリング処理を得る
事が出来、高均一のミリング加工と生産性向上との両立
を図ることが可能となった。

【００５２】次に、本発明の他の実施例を示す。図１３
は、基板ホルダーユニット１４の上視図である。図１４
は図１３の一部拡大図を示している。図示を省略した部
分については、図１の実施例と同じ構成である。２５は
外歯車５に内接する回転体、２６は回転体を基板ホルダ
ー６に保持するための回転体固定金具である。２８は位
置調整用のボルトで、その一端は基板ホルダー６に固定
されたナットに螺合している。ボルト２８の他端は回転
体固定金具の円弧状穴２７に結合している。

【００５３】チルト軸１３回りに傾斜させた場合、公転
軸上の構造物を含む重量物による基板ホルダーユニット
１４自身のねじり、公転軸８に加わる重量物による公転
軸８の撓みにより、内歯車４と外歯車５間の天地方向の
バックラシが小さくなり特に、高速回転時に支障を発生
する事が有る。これを防止するために、図１３、図１４
に示ように、回転体２５と、これを固定する回転体固定
金具２６により、重量を支えて公転軸８の変形量を低減
させ、歯車どうしのバックラッシを一定値となる構造を
とした。これにより、高速回転時も振動、騒音の発生を
抑制でき、異物の少ない、高均一なミリングを可能とで
きる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、近年のミリング深さ浅
溝化の要求に応え、浅溝加工においてもスループットが
高く、かつ、均一性に優れたミリング処理を可能とする
イオンミリング処理装置を提供できる。すなわち、従来
装置での一定時間内のミリング処理枚数向上が出来ない
問題点と、近年のミリング深さ浅溝化による、従来装置
で発生する生産能力低下、ミリング均一性の劣化等の問
題点を回避でき、一定時間内での生産能力の高い、高均
一な処理を可能とするイオンビームミリング方法および
イオンビームミリング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるイオンミリング装置の
全体構成を示す図である。

【図２】図１の実施例における基板ホルダーユニットの
斜視図である。

【図３】図１の実施例における基板ホルダーユニットの
縦断面図である。

【図４】搬送冶具に載置された被加工物の一例を示す斜
視図である。

【図５】図１の実施例における被加工物昇降用構造物の
縦断面を示す図である。

【図６】本発明のイオンミリング装置の制御部の構成例
を示す図である。

【図７】本発明の実施例におけるミリング処理のシーケ
ンスの概要を示すものである。

【図８】ミリング処理用のイオンビーム３７と、基板ホ
ルダー１及び基板ホルダーユニット１４等の位置関係を
示す図である。

【図９】ミリング処理開始後一定時間経過時点での被加
工物３１の表面の各点におけるミリング量を示した図で
ある。

【図１０】ミリング時間を横軸に、実測のミリングレー
ト分布のデータを用いたシミュレーションによる、φ５
インチ基板内のミリング分布のバラツキを３σで表した
図である。

【図１１】本発明の一実施例による、イオンビーム照射
領域と、被加工物表面上のＲ＝４０の軌跡をあわせた図
である。

【図１２】本発明の一実施例による、外歯車と内歯車の
比歯数比とミリング分布のばらつきの関係を示す図であ
る。

【図１３】本発明の他の実施例による、基板ホルダーユ
ニットの上視図である。

【図１４】本発明の他の実施例による、基板ホルダーユ
ニット内の部品の詳細を示す斜視図である。

【図１５】従来のミリング処理装置による処理フローの
一例を説明する図である。

【符号の説明】

１…基板ホルダー、２…自公転軸、３…自公転用磁気シ
ール、４…内歯車、５…外歯車、６…基板ホルダー固定
板、７…磁気シール収納構造体、８…公転軸、９…公転
用磁気シール、１０…プーリ、１１…ベルト、１２…モ
ータ、１３…チルト軸芯、１４…基板ホルダーユニッ
ト、１５…チルト用軸、１６…搬送物昇降用治具、１７
…穴、１８…ギアボックス、２０…ベアリング、２１…
Ｘリング、２２…カサ歯車、２３…冷却水、２５…回転
体、２６…回転体固定金具、２７…円弧状穴、２８…ボ
ルト、３０…ロードロック室、３１…被加工物、３２…
搬送室、３３…真空ロボット、３４…処理室、３５…イ
オン源、３６…電極、３７…イオンビーム、３８…ゲー
トバルブ、４０…ピン、４１…ガイド、４２…バネ、４
３…被加工物昇降用構造物、４４…真空シール、４５…
ビームシャッター、４７…Siバーの搭載板、４８…搬送
冶具、４９…Siバー、５０…モータ、５１…真空ゲー
ジ、５２…真空ポンプ、５３…パソコン、５４…信号ケ
ーブル、６１…基板ホルダー押さえ板、６３…昇降ピン
受け板、６４…バネ、６７…冷却ガス溝、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ (72)発明者大川宏男茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部国分事業所内Ｆターム(参考） 5C001 AA01 AA05 AA06 AA07 CC07 5C030 AA06 AB05 5C034 BB06 BB09 5F031 CA02 DA01 FA01 FA11 FA12 HA56 HA59 LA07 LA13 LA14 MA32 NA05 NA09 PA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を真空雰囲気で収納するロードロ
ック室と、前記被加工物を処理する真空処理室と、前記
ロードロック室と前記真空処理室間で前記被加工物を搬
送する真空搬送手段と、前記処理室にイオンビームを供
給するイオンビーム供給手段と、前記真空処理室内にお
いて夫々被加工物を載置した複数個の基板ホルダーを保
持する基板ホルダーユニットと、該基板ホルダーユニッ
トを傾斜させて前記被加工物と前記イオンビームとを所
定の角度に設定するためのチルト機構と、前記基板ホル
ダーを自公転させる駆動手段とを備え、前記基板ホルダーユニットを傾斜させた状態で、前記基
板ホルダーを自公転させながら前記複数個の被加工物を
前記イオンビームにより同時にミリング加工するように
構成したことを特徴とするイオンビームミリング装置。
【請求項２】被加工物を真空雰囲気で収納するロードロ
ック室と、前記被加工物を処理する真空処理室と、前記
ロードロック室と前記真空処理室間で前記被加工物を真
空雰囲気で搬送する真空搬送手段と、前記処理室にイオ
ンビームを供給するイオンビーム供給手段と、前記真空
処理室内において複数個の被加工物を載置した複数個の
基板ホルダーを同時に自公転させる基板ホルダーユニッ
トと、該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記被加工
物と前記イオンビームとを所定の角度に設定するための
チルト機構と、前記基板ホルダーユニットを自公転させ
る駆動手段とを備え、各基板ホルダーの駆動手段用磁気シールを、大気中の同
一密閉空間内に配置したことを特徴とするイオンビーム
ミリング装置。
【請求項３】被加工物を真空雰囲気で収納するロードロ
ック室と、真空処理室と、前記ロードロック室と前記真
空処理室間で前記被加工物を真空雰囲気で搬送する真空
搬送手段と、前記処理室にイオンビームを供給するイオ
ンビーム供給手段と、前記真空処理室内において複数個
の前記被加工物を載置したまま同時に自公転させる基板
ホルダーユニットと、該基板ホルダーユニットを傾斜さ
せて前記被加工物と前記イオンビームとを所定の角度に
設定するためのチルト機構とを備え、前記基板ホルダーユニットは、複数個の自公転する基板
ホルダーと、前記各基板ホルダー用の磁気シールと、前
記被加工物を冷却する為の冷却媒体及び冷却ガス等の通
路を同一大気空間内に収納する構造物と、該構造物を真
空中で公転させる為に大気空間内に収納された磁気シー
ルおよび大気空間内に収納された駆動系とにより構成さ
れることを特徴とするイオンビームミリング装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、前
記基板ホルダーユニットは、大気中の同一密閉空間内に
配置された前記各基板ホルダー用の磁気シールと、大気
空間内に収納された前記公転軸を回転させるモータ等の
駆動系とを有し、前記磁気シールおよび前記駆動系を同一密閉空間内に配
置したことを特徴とするイオンビームミリング装置。
【請求項５】請求項４において、前記磁気シールの各軸
に、冷却ガス、冷却媒体を通過させる通路を設けるとと
もに、回転導入機を設けたことを特徴とするイオンビー
ムミリング装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、前
記各基板ホルダーを自公転させる駆動手段は、該基板ホ
ルダーユニットに固定された外輪歯車と、前記基板ホル
ダーに固定された内輪歯車を有することを特徴とするイ
オンビームミリング装置。
【請求項７】請求項６において、前記の外輪歯車と内輪
歯車の歯数の比比Ｚ１/Ｚ２を、３より大きく４より小
さい値としたことを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかにおいて、前
記各基板ホルダーは、外歯車に内接する回転体と、該回
転体を前記基板ホルダーに保持するための回転体固定金
具と、一端が前記基板ホルダーに固定されたナットに螺
合し、他端が回転体固定金具の円弧状穴に係合したボル
トとを備えたことを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項９】前記真空処理室内において複数個の被加工
物を載置したまま各基板ホルダーを同時に自公転させる
イオンビームミリング装置用の基板ホルダーユニットで
あって、前記基板ホルダーを自公転させる駆動手段は、
該基板ホルダーユニットに固定された外輪歯車と、前記
基板ホルダーに固定された内輪歯車を有し、前記の外輪
歯車と内輪歯車の歯数の比比Ｚ１/Ｚ２を、３より大き
く４より小さい値としたことを特徴とする基板ホルダー
ユニット。
【請求項１０】被加工物を真空雰囲気で収納するロード
ロック室と、真空処理室内において夫々前記被加工物を
載置した複数個の基板ホルダーを保持する基板ホルダー
ユニットと、該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記
被加工物と前記イオンビームとを所定の角度に設定する
ためのチルト機構とを備えたイオンミリング装置による
イオンビームミリング方法であって、前記ロードロック室と前記真空処理室間で前記被加工物
を真空雰囲気で搬送し、前記真空処理室内の前記基板ホルダーユニットを傾斜さ
せた状態で、前記基板ホルダーを自公転させながら前記
複数個の被加工物を前記イオンビームにより同時にミリ
ング加工することを特徴とするイオンビームミリング方
法。
【請求項１１】被加工物を真空中で収納するロードロッ
ク室と、前記被加工物を処理する処理室と、前記被加工
物を前記ロードロック室と前記処理室間で真空中を搬送
する真空搬送手段と、前記処理室内において複数個の被
加工物を載置したまま同時に自公転させる基板ホルダー
ユニットと、該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記
被加工物と前記イオンビームとを所定の角度に設定する
ためのチルト機構とを備えたイオンミリング装置による
イオンビームミリング方法であって、前記被加工物を基板ホルダー上の所定の位置に配置し、前記基板ホルダーを１０rpm〜３０rpmの範囲で自転させ
ながら公転させつつ、前記複数個の被加工物を前記イオ
ンビームにより同時にミリング加工することを特徴とす
るイオンビームミリング方法。
【請求項１２】被加工物を真空中で収納するロードロッ
ク室と、前記被加工物を処理する処理室と、前記被加工
物を前記ロードロック室と前記処理室間で真空中を搬送
する真空搬送手段と、前記処理室内において複数個の被
加工物を載置したまま同時に自公転させる基板ホルダー
ユニットと、該基板ホルダーユニットを傾斜させて前記
被加工物と前記イオンビームとを所定の角度に設定する
ためのチルト機構とを備えたイオンミリング装置による
イオンビームミリング方法であって、被加工物をロードロック室内のカセットに搭載し、該ロ
ードロック室の真空引きを行い、前記被加工物のマッピングを行い、前記被加工物を真空ロボットによりカセットからホルダ
ーに搭載し、前記被加工物を真空ロボットによって、前記処理室に搬
入し、プレヒート処理及びプレミリングを行い、前記基板ホルダーユニットのチルトを行い、前記プラズマ生成室内にガス供給系からガスを供給し、
電極間に電圧を印加してプラズマイオンを生成させ、前
記基板ホルダーを自公転させながら、該基板ホルダー上
の前記被加工物に照射して、ミリング加工を行い、前記ミリング処理の終了に伴い、前記基板ホルダーユニ
ットを再びチルトさせ、前記被加工物を、前記真空ロボ
ットにより前記ホルダーから元のカセットに搬送して、
回収することを特徴とするイオンビームミリング方法。