JP2009188344A - ミリング装置及びミリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる材料から成る被加工物の表面を平準化するミリング装置及びミリング方法の提供。
【解決手段】基板Ｓには、基板Ｓの加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカル源３からラジカルが供給され、基板Ｓの加工面に対して略並行な方向に沿って、中性粒子ビーム源４から中性粒子ビームＮＢが照射される。これにより、複数の材料から構成されている基板Ｓを加工する際に、基板Ｓのうち物理エッチングに対する耐性が低い材料が用いられている箇所を、ラジカルによって基板Ｓの加工面から略直交する方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い材料を削ることができる。さらに、化学的に安定した材料が用いられている箇所を中性粒子ビームＮＢによる物理エッチングによって補助的に加工することができる。よって、ラジカルによる加工量の偏りを中性ネオンビームＮＢによって補完し、基板Ｓの加工面を平らにすることができる。
【選択図】図４（ｂ）

Description

本発明は、ミリング処理装置及びミリング処理方法に関する。

イオンビーム又は中性粒子ビームを基板等の被加工物の表面に照射することにより、エッチング加工を行うミリング装置が知られている。

例えば、特許文献１に開示される表面処理装置では、中性粒子ビームを照射する手段と、試料に化学反応を生じさせる手段とを同一真空容器内に有し、イオンビーム及び中性粒子ビームに加え、ラジカルを供給することにより試料の表面近傍の化学反応性を向上させ、イオンビーム及び中性粒子ビームによるエッチング加工を促進している。
特開平４−１８０６２１号公報

しかしながら、上述の表面処理装置では、試料の表面と直交する方向からイオンビーム又は中性粒子ビームを照射する。イオンビーム及び中性粒子ビームによる物理エッチングは強いため、試料を削り過ぎてしまうという問題があった。また、複数の異なる材料から成る被加工物を加工する際には、材料によって物理エッチングに対する耐性及び化学的な反応性が異なるため、イオンビーム及び中性粒子ビームでは被加工物の表面を平準化できないという問題があった。

そこで、本発明は、異なる材料から成る被加工物の表面を平準化するミリング装置及びミリング方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、処理室と、前記処理室内に配置され、被加工物を保持する被加工物ホルダと、前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカルを前記被加工物の加工面へ供給可能なラジカル源と、前記被加工物の加工面に対して平行又は略平行な方向に沿って、中性粒子ビームを前記被加工物に照射可能な中性粒子ビーム源と、を備えることを特徴とするミリング装置を提供している。

このようなミリング装置によれば、被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカル源から被加工物の加工面へラジカルを供給する。よって、複数の材料から構成されている被加工物を加工する際に、被加工物のうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）材料が用いられている箇所を、加工面に対して略直交する方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い（硬い）材料を削ることができる。また、中性粒子ビーム源は、被加工物の加工面に対して略並行な方向に沿って中性粒子ビームを照射するので、化学的に安定した材料が用いられている箇所を物理エッチングによって補助的に加工することができる。よって、ラジカルによる加工量の偏りを中性粒子ビームによって補完し、被加工物の加工面を平らにすることができる。また、被加工物に照射するビームとして中性粒子ビームを用いているので、ビームとしてイオンビームを用いる場合と比較して、被加工物が電気的な影響を受けることを防止することができる。

また、前記中性粒子ビーム源は、前記被加工物の加工面に対して平行な方向に沿って、中性粒子ビームを前記被加工物に照射することが好ましい。

このような構成によれば、被加工物の加工面に対して平行な方向に沿って中性粒子ビームが照射されるため、被加工物を加工面に対して垂直な方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い（硬い）材料を削ることができる。

また、前記中性粒子ビームは、アルゴンよりも原子量の小さい不活性元素を原料とすることが好ましい。

このような構成によれば、中性粒子ビームは、アルゴンよりも原子量の小さい不活性元素を原料とするため、中性粒子ビームによって被加工物を過剰に削ってしまうことがない。

また、前記中性粒子ビームは、イオン粒子と中性粒子とを混合させたビームであることが好ましい。

このような構成によれば、中性粒子ビームは、イオン粒子と中性粒子とを混合させたビームであるので、イオン粒子と中性粒子との割合を調節することにより、被加工物の加工量、加工速度を調整することができる。

また、前記ラジカル源は、プラズマを生成するイオン源と、前記処理室と前記イオン源との間に配置され、前記イオン源において生成されたプラズマからイオン粒子を放出するグリッドとを備えることが好ましい。

このような構成によれば、ラジカル源は、プラズマを生成するイオン源と、処理室とイオン源との間に配置され、イオン源において生成されたプラズマからイオン粒子を放出するグリッドとを備えるので、ラジカル源からラジカルのみを供給する場合と比較して、被加工物の加工面の反応性を上げた状態で、ラジカルによるエッチング加工を行うことができる。なお、イオン粒子がグリッドから与えられるエネルギは、中性粒子ビーム源において中性粒子ビームを引出すために必要なエネルギよりも小さい。

また、本発明は、上述のミリング装置において、被加工物を処理室内に配置する配置工程と、前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給し、同時に、前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射する加工工程と、を備えることを特徴とするミリング方法を提供している。

また、本発明は、上述のミリング装置において、被加工物を処理室内に配置する配置工程と、前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給するラジカル供給工程と、前記ラジカル供給工程の後に、前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射するビーム照射工程と、を備えることを特徴とするミリング方法を提供している。

また、本発明は、上述のミリング装置において、被加工物を処理室内に配置する配置工程と、前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射するビーム照射工程と、 前記ビーム照射工程の後に、前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給するラジカル供給工程と、を備えることを特徴とするミリング方法を提供している。

このようなミリング方法によれば、複数の材料から構成されている被加工物を加工する際に、被加工物のうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）材料が用いられている箇所を、加工面から略直交する方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い（硬い）材料を削ることができる。また、中性粒子ビーム源は、被加工物の加工面に対して略並行な方向に沿って中性粒子ビームを照射するので、化学的に安定した材料が用いられている箇所を物理エッチングによって補助的に加工することができる。よって、ラジカルによる加工量の偏りを中性粒子ビームによって補完し、被加工物の加工面を平らにすることができる。

本発明によれば、異なる材料から成る被加工物の表面を平準化するミリング装置及びミリング方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るミリング装置について、図１乃至図４（ｂ）に基づき説明する。図１に示されるミリング装置１は、後述するラジカルＲ及び中性粒子ビームＮＢによって基板Ｓをエッチングする装置である。基板Ｓとしては、例えば、特開２００７−１４９３０８号公報及び特開２００７−２８７８６３号公報に記載されているような薄膜磁気ヘッド等の基板が挙げられる。

ミリング装置１は、基板Ｓを収容する処理室２と、基板ＳへラジカルＲ（図４（ａ））を供給可能なラジカル源３と、中性粒子ビームＮＢ（図４（ｂ））を照射可能な中性粒子ビーム源４とを備えている。処理室２とラジカル源３と中性粒子ビーム源４とは、後述する複数のグリッドを介して連通している。

処理室２には、処理室２内を真空排気し、所定の圧力に維持するための真空ポンプ２１が接続されている。真空ポンプ２１は、排気バルブ２１Ａを介して処理室２内に連通する。真空ポンプ２１を駆動させることにより、処理室２内を１×１０^−４Ｐａ程度の真空状態とすることができる。

処理室２内には、基板Ｓを保持する基板ホルダ２２が設置されている。基板ホルダ２２は、略円柱形状をなす本体部２２Ａと、本体部２２Ａを揺動可能に軸支するホルダ軸２２Ｂと、本体部２２Ａの軸心を中心として回転可能に設けられた基板保持部２２Ｃとから成る。本体部２２Ａは、ホルダモータ２２Ｄ（図２）によって、ホルダ軸２２Ｂを中心に揺動可能である。ホルダ軸２２Ｂは、本体部２２Ａの軸方向に対し直交する方向（図１において紙面方向）に延びている。基板保持部２２Ｃは、略円柱形状をなし、基板Ｓに密着当接する一端面を有し、その外周を覆う図示せぬシールドカバーと、基板保持部２２Ｃの内部に冷却水を流すための図示せぬ冷却水流路とが形成されている。また、基板保持部２２Ｃには、整合器２２Ｆ（図２）を介して基板Ｓにマイナスの電圧を印加する高周波電源２２Ｅ（図２）が接続されている。例えば、高周波電源２２Ｅ（図２）は、基板Ｓに数十Ｖ〜数ｋＶのマイナスの電圧を印加する。

ラジカル源３は、図示せぬ真空容器と、開口３１ａが形成された放電容器３１と、放電容器３１外に設けられたコイル３２と、コイル３２に高周波電力を供給する高周波電源３２Ａ（図２）と、放電容器３１内に生成されたプラズマＰ_Ｒ中のラジカルＲを開口３１ａから処理室２へ供給するグリッド３３とを備えている。図示せぬ真空容器は、ステンレス等によって円筒状に形成されている。

放電容器３１は、図示せぬ真空容器内に配置されている。放電容器３１は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料からなり、図１の下方に開口３１ａを有する円筒状に形成されている。図１における放電容器３１の上面には、後述する希ガス供給装置６１及び分子ガス供給装置６２から放電容器３１内へ原料ガスを供給する原料ガス供給口３１ｂが設けられている。

コイル３２は、図示せぬ真空容器内であって、放電容器３１外に設けられている。コイル３２は、放電容器３１内に軸心が位置するように設けられている。図２に示されるように、コイル３２は、整合器３２Ｂを介して高周波電源３２Ａに接続されている。高周波電源３２Ａは、例えば高周波電源又は高周波アンプである。高周波電源３２Ａの周波数は、数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、２〜１３．５ＭＨｚ）であって、本実施の形態では、約４ＭＨｚである。高周波電源３２Ａは、放電容器３１（図１）の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイル３２に印加する。

図１に示されるグリッド３３は、複数の穴が形成された金属板である。グリッド３３は、放電容器３１の開口３１ａに設けられ、ラジカル源３と処理室２とを区画している。グリッド３３は、放電容器３１内において生成されるプラズマＰ_ＲのうちラジカルＲを基板Ｓへと供給するとともに、イオン粒子ＩＰ（図４（ａ））を引出す電極である。グリッド３３には、プラスの電圧を連続的に印加するための直流電源３３Ａ（図２）が接続され、例えば、実用的には最大１５００Ｖ程度の電圧が印加可能である。グリッド３３に正電位を印加すると正イオンを、負電位を印加すると陰イオンを取出すことができる。グリッド３３に印加される電圧によって、イオン粒子ＩＰのイオンエネルギが決定される。

中性粒子ビーム源４は、図示せぬ真空容器と、開口４１ａが形成された放電容器４１と、図示せぬ真空容器内であって放電容器４１外に設けられたコイル４２と、コイル４２に高周波電力を供給する高周波電源４２Ａ（図２）と、放電容器４１内に生成されたプラズマＰ_Ｎ中のイオンを開口４１ａから引出す引出電極４３と、中性化容器４７と、中性化容器４７からイオンが放出されることを防止するリターディング電極４８とを備えている。図示せぬ真空容器は、ステンレス等によって円筒状に形成されている。イオンについては後述する。

放電容器４１は、図示せぬ真空容器内に配置されている。放電容器４１は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料によって、図１の右方に開口４１ａを有する円筒状に形成されている。図１における放電容器４１の左面には、後述する希ガス供給装置６１及び分子ガス供給装置６２から放電容器４１内へ原料ガスを供給する原料ガス供給口４１ｂが形成されている。

コイル４２は、図示せぬ真空容器内であって放電容器４１外に設けられている。コイル４２は、放電容器４１内にその軸心が位置するように設けられている。図２に示されるように、コイル４２には、高周波整合器４２Ｂを介して高周波電源４２Ａが接続されている。高周波電源４２Ａは、例えば高周波電源又は高周波アンプである。高周波電源の周波数は、数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、２〜１３．５ＭＨｚ）であって、本実施の形態では、約４ＭＨｚである。高周波電源４２Ａは、放電容器４１（図１）の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイル４２に印加している。上記の構成により、高周波電源４２Ａは、高周波整合器４２Ｂによって、コイル４２に所定の高周波電力を供給することができる。

図１に示されるように、引出電極４３は、スクリーングリッド４４、加速グリッド４５及び減速グリッド４６を有する。スクリーングリッド４４、加速グリッド４５及び減速グリッド４６は、放電容器４１の内側から外側に向けて順に配置される。スクリーングリッド４４、加速グリッド４５及び減速グリッド４６は、それぞれ複数の穴が形成された金属板からなる。

スクリーングリッド４４は、プラズマＰ_Ｎと加速グリッド４５とを分離している。スクリーングリッド４４には、例えば、プラズマＰ_Ｎへ電圧を連続的に印加するための直流電源４４Ａ（図２）が接続されている。スクリーングリッド４４に印加される電圧は、例えば２００〜１５００Ｖである。スクリーングリッド４４に印加される電圧は、中性化容器４７内へ引出されるイオンビームのエネルギを決定する。

加速グリッド４５には、マイナスの電圧を連続的に印加するための直流電源４５Ａ（図２）が接続されている。加速グリッド４５に印加される電圧は、例えば−２００〜−１０００Ｖである。また、減速グリッド４６は接地されている。放電容器４１内においてプラズマＰ_Ｎから引出されたイオン粒子は、スクリーングリッド４４、加速グリッド４５、減速グリッド４６にそれぞれ形成された穴を通して中性化容器４７内へ放射されイオンビームとなる。引出電極４３は、加速グリッド４５と減速グリッド４６との電位差を調整することにより、レンズ効果を用いて、イオンビームのビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。

中性化容器４７は、ステンレス等の導体材料からなり、図１の左方に入口側開口４７ａ、右方に出口側開口４７ｂを有する円筒状に形成されている。中性化容器４７内には、プラズマ発生前に中性化容器４７中に充填された原子及び分子、及び、放電容器４１内においてプラズマ化しなかった原料ガスの原子及び分子（以下、原子等と称す）並びにラジカルが、引出電極４３及び入口側開口４７ａを介して供給される。中性化容器４７の入口側開口４７ａは、引出電極４３を介して放電容器４１の開口４１ａと接続されている。中性化容器４７内では、引出電極４３により引出されたイオンビームと、イオン化されていない中性の原子等との間で、電荷交換反応が起こる。具体的には、高速のイオンビームが低速の原子等の近傍を通過することにより、原子等の持つ電子が原子等からイオンビームへ移動する。この電子の移動によって、高速のイオンビームと低速の原子等とは、高速の中性粒子ビームＮＢと低速のイオン（多原子イオンを含み、以下イオン等と称す）とに変換される。

中性化容器４７の出口側開口４７ｂには、中性粒子ビーム源４と処理室２とを区画するリターディング電極４８が設けられている。リターディング電極４８は、中性化容器４７内のイオン等を処理室２へ放出することを防止し、中性粒子ビームＮＢのみを処理室２へと引出す電極である。

リターディング電極４８は、減速防止グリッド４９、反発グリッド５０及び調整グリッド５１を有する。減速防止グリッド４９、反発グリッド５０及び調整グリッド５１は、中性化容器４７の入口側開口４７ａ側から出口側開口４７ｂ側に向けて順に配置される。減速防止グリッド４９、反発グリッド５０及び調整グリッド５１は、それぞれ複数の穴が形成された金属板からなる。

減速防止グリッド４９には、マイナスの電圧を連続的に印加する直流電源４９Ａ（図２）が接続されている。減速防止グリッド４９に印加される電圧は、例えば−１０〜−２０Ｖである。減速防止グリッド４９にマイナスの電圧を印加することにより、引出電極４３により引出されたイオンビームの速度低下や拡散を防止する。具体的には、減速グリッド４６は接地されており０Ｖであるため、減速防止グリッド４９にマイナスの電圧を印加することにより、僅かにイオンを加速しながら、イオンビームを入口側開口４７ａから出口側開口４７ｂへと導くことができる。

反発グリッド５０には、プラスの電圧を連続的に印加するための直流電源５０Ａ（図２）が接続されている。反発グリッド５０に印加される電圧は、完全にイオンの通過を阻止する場合には、スクリーングリッド４４への印加電圧と、減速防止グリッド４９へ印加した電圧の符号を反転した値と、放電容器４１内のプラズマＰ_Ｎの電位とを合算した電圧が必要となる。例えば、スクリーングリッド４４の印加電圧＝４００Ｖ、減速防止グリッド４９への印加電圧＝−２０Ｖ、プラズマＰ_Ｎの電位＝２０Ｖである場合には、完全にイオンの通過を阻止するために反発グリッド５０へ印加する必要がある電圧＝４００＋（−２０）×（−１）＋２０＝４４０Ｖとなる。反発グリッド５０にプラスの電圧を印加すると、中性化容器４７内のイオンビーム及びイオン等を反発させることにより、イオン原子等が処理室２内へ通過することを防止している。ここで、イオン等とは、中性化容器４７内において変換された低速のイオン等だけでなく、中性化容器４７内において電荷が交換されなかった高速のイオンビームも含む。つまり、本実施の形態では、中性粒子ビームＮＢのみが反発グリッド５０を通過できるようにすることができる。

調整グリッド５１は、接地するかマイナスの電圧を印加するかを選択可能な直流電源５１Ａ（図２）が接続されている。調整グリッド５１は、中性化容器４７内において、中性粒子ビームＮＢと混合して出射するために、反発グリッド５０を通過したイオンビームのエネルギを調整するグリッドである。引出電極４３により引出されたイオンビームのエネルギが反発グリッド５０の電位壁（反発グリッド５０に印加されるプラス電圧）より大きい場合には、イオンビームの一部は反発グリッド５０を通過するが、通過したイオンビームの速度は減衰している。反発グリッド５０を通過したイオンビームを再度加速して被加工物である基板Ｓにイオン照射を行う場合には、調整グリッド５１へマイナスの電圧を印加する。このとき、中性粒子ビームＮＢは帯電していないから、何も影響を受けない。このように、中性粒子ビームＮＢ及び混合されるイオンビームは、減速防止グリッド４９、反発グリッド５０、調整グリッド５１にそれぞれ形成された穴を通過し、処理室２内へと照射される。

希ガス供給装置６１には、原料ガスのうち希ガスが貯蔵されている。希ガス（不活性ガス）としては、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等が挙げられる。分子ガス供給装置６２には原料ガスのうち分子ガスが貯蔵されている。分子ガス（活性ガス）としては、ＣＨＦ３（三フッ化メタン）、ＣＦ４（四フッ化メタン）、Ｃ２Ｆ６（六フッ化エタン）、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロブタン）等が挙げられる。本実施の形態では、希ガスとしてアルゴンよりも原子量の小さいネオン、分子ガスとしてＣＨＦ３を用いている。希ガス供給装置６１は、バルブ６３Ａを介してラジカル源３の原料ガス供給口３１ｂと供給管によって接続され、バルブ６３Ｂを介して中性粒子ビーム源４の原料ガス供給口４１ｂと供給管によって接続されている。また、分子ガス供給装置６２も同様に、バルブ６４Ａを介してラジカル源３の原料ガス供給口３１ｂと接続され、バルブ６４Ｂを介して中性粒子ビーム源４の原料ガス供給口４１ｂと接続されている。

図２に示される制御装置７は、ミリング装置１にミリング処理等を実行させる。具体的には、制御装置７は、上述した高周波電源２２Ｅ、３２Ａ、４２Ａ、整合器２２Ｆ、３２Ｂ、４２Ｂ、直流電源３３Ａ、４４Ａ、４５Ａ、４９Ａ、５０Ａ、５１Ａ等を制御する。さらに、制御装置７は、バルブ６３Ａ、６３Ｂ、６４Ａ、６４Ｂ等を制御し、ラジカル源３及び中性粒子ビーム源４に供給される原料ガスを選択することができる。また、制御装置７は、真空ポンプ２１及び基板ホルダ２２の動作も制御する。

上述したミリング装置１において実行されるミリング処理について、図３（ａ）乃至図４（ｂ）を参照して説明する。ミリング処理は、ラジカルＲ及び中性粒子ビームＮＢによって、基板Ｓをエッチング加工する処理である。説明を簡略化するため、基板Ｓが３種類の材質から構成される場合について説明する。図３（ａ）に示されるように、基板Ｓは、タンタルＴａ、コバルト鉄ＣｏＦｅ及び銅Ｃｕの３種類の材料から構成される。タンタルＴａ及びコバルト鉄ＣｏＦｅは、銅Ｃｕと比較して、物理エッチングに対する耐性が強い（硬い）材料である。

まず、図１に示されるように、基板Ｓを処理室２内に配置する。具体的には、基板ホルダ２２の基板保持部２２Ｃによって、基板Ｓは保持される。基板Ｓが基板ホルダ２２の基板保持部２２Ｃに保持されると、制御装置７（図２）によって基板Ｓは角度を調整される。具体的には、制御装置７によって、基板ホルダ２２の本体部２２Ａは、ホルダ軸２２Ｂを中心として初期位置から所定の角度まで図１における時計回りに回転し、固定される。初期位置とは、基板保持部２２Ｃの保持面が、ラジカル源３の放電容器３１の軸心方向と直交すると共に、中性粒子ビーム源４の軸心方向と平行となる位置である。所定の角度とは、中性粒子ビーム源４に平行又は略平行な角度（０〜１０°）である。換言すると、中性粒子ビームＮＢの基板Ｓに対する入射角度は８０〜９０°となる。

次に、真空ポンプ２１によって処理室２内を１×１０^−４Ｐａ程度まで真空排気する。このとき、ラジカル源３の放電容器３１内は、処理室２及びグリッド３３を介して真空ポンプ２１によって真空排気される。同様に、中性粒子ビーム源４の放電容器４１内及び中性化容器４７内も、処理室２と、引出電極４３と、リターディング電極４８とを介して真空ポンプ２１によって真空排気される。

次に、図４（ａ）に示されるように、ラジカル源３からラジカルＲを供給し、基板Ｓの加工面を加工する。具体的には、バルブ６３Ａを開放し、分子ガス供給装置６２から放電容器３１内へ、例えば、ＣＨＦ３ガスを供給する。放電容器３１内にＣＨＦ３ガスが充填された状態で、コイル３２に高周波電源３２Ａ（図２）から電圧を印加し、放電容器３１内にプラズマＰ_Ｒを発生させる。プラズマＰ_Ｒを発生させた状態で、グリッド３３に電圧を印加する。これにより、プラズマＰ_ＲからＣＨＦ３のラジカルＲが供給されると同時に、グリッド３３によってＣＨＦ３のイオン粒子ＩＰがプラズマＰ_Ｒから引出される。なお、ＣＨＦ３のラジカルＲとは、具体的にはＣＦ２、ＣＦ、Ｆ等を指す。このとき、基板Ｓは、図３（ｂ）に示されるように、ラジカルＲによって化学的にエッチング加工される。また、グリッド３３によって引出されたＣＨＦ３のイオン粒子ＩＰは、マイナスの電圧が印加されている基板Ｓに引寄せられ、物理的エッチング及び反応性エッチングを行い、基板Ｓの加工面を加工する。これにより、基板Ｓは図３（ｂ）に示される形状から、図３（ｃ）に示される形状となる。具体的には、タンタルＴａは、銅Ｃｕ及びコバルト鉄ＣｏＦｅよりもＣＨＦ３のラジカルＲやイオン粒子ＩＰに対する化学反応性が高いため、ラジカルＲによって銅Ｃｕ及びコバルト鉄ＣｏＦｅよりも多くエッチング加工される。

次に、図４（ｂ）に示されるように、中性粒子ビーム源４において引出された中性粒子ビームＮＢを基板Ｓの加工面へと照射する。具体的には、まず、制御装置７によって、バルブ６４Ｂを開放し、希ガス供給装置６１から放電容器４１内及び中性化容器４７内へネオンガスを供給する。放電容器４１内にネオンガスが充填された状態で、コイル３２に高周波電源３２Ａ（図２）から電圧を印加し、放電容器４１内にプラズマＰ_Ｎを発生させる。プラズマＰ_Ｎを発生させた状態で、引出電極４３及びリターディング電極４８に電圧を印加する。さらに具体的には、上述したように、スクリーングリッド４４にはプラスの電圧が印加され、加速グリッド４５にはマイナスの電圧が印加され、減速グリッド４６は接地される。また、減速防止グリッド４９にはマイナスの電圧が印加され、反発グリッド５０にはプラスの電圧が印加され、調整グリッド５１は０Ｖが印加される。これにより、引出電極４３によって、放電容器４１から中性化容器４７へとネオンイオンビームが引出される。さらに、引出されたネオンイオンビームは、減速防止グリッド４９と減速グリッド４６との電位差によって、引出電極４３からリターディング電極４８に向かう方向に引寄せられ、中性化容器４７内に充填されたネオンガスと電荷交換反応を起こし、高速の中性ネオンビームＮＢとなってリターディング電極４８から照射される。このようにして、図３（ｃ）に示されるように、中性粒子ビーム源４から中性ネオンビームＮＢが基板Ｓの加工面に対して平行又は略平行な方向に向かって照射され、基板Ｓは加工される。具体的には、基板Ｓは、図３（ｃ）に示される形状から図３（ｄ）に示されるように表面が平らな形状となる。これは、銅ＣｕはタンタルＴａ及びコバルト鉄ＣｏＦｅよりも軟らかいため、中性ネオンビームにより多くエッチングされるためである。

上述したミリング装置１によれば、基板Ｓの加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカル源３から基板Ｓの加工面へＣＨＦ３のラジカルＲを供給する。よって、複数の材料から構成されている基板Ｓを加工する際に、基板Ｓのうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）銅Ｃｕが用いられている箇所を、基板Ｓの加工面から略直交する方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い（硬い）タンタルＴａを削ることができる。また、中性粒子ビーム源４は、基板Ｓの加工面に対して略並行な方向に沿って中性ネオンビームＮＢを照射するので、タンタルＴａより突出している銅Ｃｕ及びコバルト鉄ＣｏＦｅを中性ネオンビームＮＢによる物理エッチングによって補助的に加工することができる。よって、ＣＨＦ３のラジカルＲによる加工量の偏りを中性ネオンビームＮＢによって補完し、基板Ｓの加工面を平らにすることができる。また、基板Ｓに照射するビームとして中性粒子ビームを用いるので、ビームとしてイオンビームを用いる場合と比較して、基板Ｓが電気的な影響を受けることを防止できる。

また、中性粒子ビームの原料として、アルゴンよりも原子量の小さい不活性元素であるネオンを用いているため、アルゴンビームを用いる場合と比較して、中性粒子ビームが軽いため、基板Ｓを過剰に削ってしまうことがない。

また、ラジカル源３は、プラズマＰ_Ｒを生成する放電容器３１、コイル３２、高周波電源３２Ａ及び整合器３２Ｂと、処理室２と放電容器３１との間に配置され、放電容器３１内に生成されたプラズマＰ_ＲからＣＨＦ３イオン粒子ＩＰを放出するグリッド３３とを備えるので、ラジカル源３からＣＨＦ３より生成されるラジカルＲのみを供給する場合と比較して、基板Ｓの加工面の反応性を向上させた状態で、ＣＨＦ３のラジカルＲによるエッチング加工を行うことができる。なお、ＣＨＦ３のイオン粒子ＩＰがグリッド３３から与えられるエネルギは、中性粒子ビーム源４において中性ネオンビームＮＢを引出すために必要なエネルギよりも小さい。

また、上述したミリング方法によれば、基板Ｓの加工面に対して平行又は略平行な方向に沿って、中性粒子ビーム源４から基板Ｓへ中性ネオンビームＮＢを照射するので、複数の材料から構成されている基板Ｓを加工する際に、基板Ｓのうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）銅Ｃｕが用いられている箇所を、基板Ｓの加工面から略直交する方向に削りすぎることなく加工することができる。さらに、基板Ｓの加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカル源３から基板Ｓの加工面へＣＨＦ３のラジカルＲを供給するので、中性ネオンビームＮＢによる加工量の偏りをＣＨＦ３のラジカルＲによって補完し、基板Ｓの加工面を平らにすることができる。

本発明によるミリング装置及びミリング方法は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した実施の形態では、ラジカル源３からＣＨＦ３のラジカルＲを供給した後に、基板Ｓへ中性ネオンビームＮＢを照射しているが、中性ネオンビームＮＢを照射した後にＣＨＦ３のラジカルＲを供給してもよい。

また、図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、中性ネオンビームＮＢを照射すると同時に、ＣＨＦ３のラジカルＲを基板Ｓに供給するようにしてもよい。このようなミリング方法によれば、基板Ｓの加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカル源３からＣＨＦ３のラジカルＲを供給し、かつ、基板Ｓの加工面に対して平行又は略平行な方向に沿って、中性粒子ビーム源４から中性ネオンビームＮＢを照射して、基板Ｓの加工面を削る。よって、複数の材料から構成されている基板Ｓを加工する際に、基板Ｓのうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）材料が用いられている箇所を、加工面から略直交する方向に削りすぎることなく、物理エッチングに対する耐性が高い（硬い）材料を削ることができる。このとき、中性粒子ビーム源４は、基板Ｓの加工面に対して略並行な方向に沿って中性ネオンビームＮＢを照射するので、化学的に安定した材料が用いられている箇所があったとしても、物理エッチングによって基板Ｓを加工することができる。よって、物理エッチング及び反応性エッチングによる加工量の偏りを互いに補完し、基板Ｓの加工面を平らにすることができるという効果に加え、基板Ｓの加工時間を短縮することができる。

また、上述した実施の形態では、グリッド３３にプラスの電圧を印加し、ラジカルＲと共にイオン粒子ＩＰを引出したが、グリッド３３を接地してもよい。このような構成によれば、基板Ｓの表面に主に中性のラジカルＲを供給するため、基板Ｓに電気的な影響を与えることなく、エッチング加工ができる。

また、上述した実施の形態では、中性粒子ビーム源４において、引出電極４３によって引出されたイオンビームを中性化容器４７において電荷交換反応させ、リターディング電極４８によって中性粒子のみを中性粒子ビームＮＢとして引出す構成としたが、これに限定されない。例えば、引出電極４３及びリターディング電極４８に印加される電圧を調整し、引出される粒子ビームをイオン粒子と中性粒子とが所定の割合で混合されたビームとしてもよい。このような構成によれば、イオン粒子と中性粒子との割合を調節することにより、引出された粒子ビームの基板Ｓに対する加工量、加工速度を調整することができる。

また、中性粒子ビーム源４は、中性化容器４７及びリターディング電極４８とを備えた構成としたが、これに限定されない。中性粒子ビーム源のうち中性化容器４７及びリターディング電極４８とを備えない構成として、中性粒子ビームではなくイオンビームを引出す構成としてもよい。

また、ラジカル源３は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のラジカル源としたが、電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）型のラジカル源としてもよい。

また、上述した実施の形態では、ラジカル源３にＣＨＦ３ガスを供給し、中性粒子ビーム源４にネオンガスを供給したが、これに限定されない。例えば、ラジカル源３にネオンガス、中性粒子ビーム源４にＣＨＦ３ガスを供給してもよい。つまり、基板Ｓに、ネオンのラジカルを供給し、ＣＨＦ３の中性ビームを照射してもよい。また、ラジカル源３及び中性粒子ビーム源４の両方に、原料ガスとしてネオンガスのみを供給してもよいし、ＣＨＦ３ガスのみを供給してもよい。更に、ＣＨＦ３ガスの代わりに、エッチングする被加工物である基板Ｓの材質に適したガス、例えば、ＨＢｒ、ＣｌＦ３、ＨＩ、ＳＦ６等のハロゲン含有ガスを用いてもよい。

また、上述した実施の形態では、基板Ｓのうち物理エッチングに対する耐性が低い（軟らかい）材料として銅（Ｃｕ）を挙げたが、金（Ａｕ）も同様の材質として挙げることができる。

本発明は、異なる材質から成る被加工物を加工対象としたミリング装置に好適に利用できる。

本発明の実施の形態に係るミリング装置を示す説明図。 本発明の実施の形態に係るミリング装置を示す制御回路図。 本発明の実施の形態に係るミリング装置によって加工される被加工物を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はラジカル供給工程時の説明図、（ｃ）はビーム照射工程時の説明図、（ｄ）は加工工程後の説明図。 本発明の実施の形態に係るミリング装置のラジカル供給工程時を示す説明図。 本発明の実施の形態に係るミリング装置のビーム照射工程時を示す説明図。 本発明の実施の形態の変形例に係るミリング処理方法における加工工程時のミリング装置を示す説明図。 本発明の実施の形態の変形例に係るミリング処理方法における加工工程時の被加工物を示す説明図。

符号の説明

１ ミリング装置
２ 処理室
３ ラジカル源
４ 中性粒子ビーム源
７ 制御装置
２１ 真空ポンプ
２１Ａ 排気バルブ
２２ 基板ホルダ
２２Ａ 本体部
２２Ｂ ホルダ軸
２２Ｃ 基板保持部
２２Ｄ ホルダモータ
２２Ｅ、３２Ａ、４２Ａ 高周波電源
２２Ｆ、３２Ｂ、４２Ｂ 整合器
３１、４１ 放電容器
３１ａ、４１ａ 開口
３１ｂ、４１ｂ 原料ガス供給口
３２、４２ コイル
３３ グリッド
３３Ａ、４４Ａ、４５Ａ、４９Ａ、５０Ａ、５１Ａ 直流電源
４１ 放電容器
４３ 引出電極
４４ スクリーングリッド
４５ 加速グリッド
４６ 減速グリッド
４７ 中性化容器
４７ａ 入口側開口
４７ｂ 出口側開口
４８ リターディング電極
４９ 減速防止グリッド
５０ 反発グリッド
５１ 調整グリッド
６１ 希ガス供給装置
６２ 分子ガス供給装置
６３Ａ、６３Ｂ、６４Ａ、６４Ｂ バルブ
ＩＰ イオン粒子
ＮＢ 中性粒子ビーム
Ｐ_Ｎ、Ｐ_Ｒ プラズマ
Ｒ ラジカル
Ｓ 基板

Claims (8)

1. 処理室と、
   前記処理室内に配置され、被加工物を保持する被加工物ホルダと、
   前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、ラジカルを前記被加工物の加工面へ供給可能なラジカル源と、
   前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、中性粒子ビームを前記被加工物に照射可能な中性粒子ビーム源と、を備えることを特徴とするミリング装置。
2. 前記中性粒子ビーム源は、前記被加工物の加工面に対して平行な方向に沿って、中性粒子ビームを前記被加工物に照射することを特徴とする請求項１に記載のミリング装置。
3. 前記中性粒子ビームは、アルゴンよりも原子量の小さい不活性元素を原料とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のミリング装置。
4. 前記中性粒子ビームは、イオン粒子と中性粒子とを混合させたビームであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のミリング装置。
5. 前記ラジカル源は、
   プラズマを生成するイオン源と、
   前記処理室と前記イオン源との間に配置され、前記イオン源において生成されたプラズマからイオン粒子を放出するグリッドとを備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載のミリング装置。
6. 請求項１に記載のミリング装置において、
   被加工物を処理室内に配置する配置工程と、
   前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給し、同時に、前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射する加工工程と、を備えることを特徴とするミリング方法。
7. 請求項１に記載のミリング装置において、
   被加工物を処理室内に配置する配置工程と、
   前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給するラジカル供給工程と、
   前記ラジカル供給工程の後に、前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射するビーム照射工程と、を備えることを特徴とするミリング方法。
8. 請求項１に記載のミリング装置において、
   被加工物を処理室内に配置する配置工程と、
   前記被加工物の加工面に対して略平行な方向に沿って、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へ中性粒子ビームを照射するビーム照射工程と、
   前記ビーム照射工程の後に、前記被加工物の加工面に対して略直交する方向に沿って、前記ラジカル源から前記被加工物の加工面へラジカルを供給するラジカル供給工程と、を備えることを特徴とするミリング方法。
   

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