JP2015215972A - イオンビーム処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比してより簡易に引出し電極からのパーティクルの発生を抑制することができ、引出し電極のメンテナンスサイクルの長期化が可能なイオンビーム処理装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るイオンビーム処理装置１は、イオンビームＢを生成するイオンビーム生成部１０であって、イオンビームＢをイオンビーム生成部１０から引き出す引出し電極部１４を有する当該イオンビーム生成部１０と、イオンビーム生成部１０から供給されるイオンビームＢを磁性材料Ｗに衝突させることによって、イオンミリングを行う処理室２０と、引出し電極部１４の処理室２０側に、引出し電極部１４に沿って移動可能に設けられた磁場発生手段４２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームを用いて磁性材料のミリング又はスパッタリングを行うイオンビーム処理装置に関するものである。

従来、イオンビームを用いてミリング又はスパッタリングを行うイオンビーム処理装置として、イオンミリング装置、イオンビームスパッタリング装置等が知られている。

例えば、イオンビームスパッタリング装置は、イオンビームをターゲットに衝突させることによって、ターゲットからはじき出されたスパッタ粒子を被加工物に堆積させる。このイオンビームスパッタリング装置では、ターゲットとして磁性材料を用いる場合、イオン源（イオンビーム生成部）における引出し電極にもスパッタ粒子が付着してしまう。

また、例えば、イオンミリング装置は、イオンビームを被加工物に衝突させることによって被加工物の加工を行う。このイオンミリング装置でも、被加工物が磁性材料の場合、加工によって生じるスパッタ粒子がイオン源（イオンビーム生成部）における引出し電極に付着してしまう。

スパッタ粒子がイオン源の引出し電極に付着し堆積し続けると、堆積膜が剥離することによってパーティクルが発生し、このパーティクルが被加工物に付着してしまうので、真空チャンバ（処理室）内のパーティクルが多くなった場合、引出し電極のメンテナンスが必要となる。引出し電極のメンテナンスは、真空チャンバ内を大気に晒す必要があり、装置の稼働率を低下させてしまう。

また、特許文献１によれば、イオン源の引出し電極に皮膜が形成され続けて厚くなると、引出し電極表面から皮膜の一部が剥がれてパーティクルとなり、このパーティクルによって、引出し電極を構成する複数の電極間で絶縁破壊が頻発するようになる。引出し電極を構成する複数の電極間で絶縁破壊が頻発するに至るときには、真空排気されていた装置を大気に開放し、引出し電極に付着した皮膜を除去するための清掃を行う必要があり、装置の稼働率を低下させてしまう。

この点に関し、特許文献１には、引出し電極に対して処理室側の空間にプラズマを生成させ、このプラズマの電位よりも負の電位を引出し電極に印加して、上記プラズマ中のイオンを引出し電極に衝突させることによって、引出し電極の表面に付着した被膜をスパッタによって除去する引出し電極のクリーニング方法が記載されている。このように、イオンビーム処理動作の合間に、プラズマを利用して引出し電極のクリーニングを適宜実施することにより、処理室を大気に開放することなく、引出し電極に付着した皮膜を除去し、パーティクルの発生を抑制し、引出し電極の電極間の絶縁破壊を防止することができる。これにより、大気開放による装置の稼働率低下を抑制することが可能になる。

特開２００１−２２９８４１号公報

本発明は、従来に比してより簡易に引出し電極部からのパーティクルの発生を抑制することができ、引出し電極部のメンテナンスサイクルの長期化が可能なイオンビーム処理装置を提供することを課題とする。

本発明のイオンビーム処理装置は、イオンビームを生成するイオンビーム生成部であって、イオンビームをイオンビーム生成部から引き出す引出し電極部を有する当該イオンビーム生成部と、イオンビーム生成部から供給されるイオンビームを磁性材料に衝突させることによって、イオンミリング、又は、イオンビームスパッタリングを行う処理室と、引出し電極部の処理室側に、引出し電極部に沿って移動可能に設けられた磁場発生手段とを備える。

このイオンビーム処理装置によれば、引出し電極部の処理室側に、引出し電極部に沿って移動可能な磁場発生手段が設けられているので、引出し電極部に堆積した膜（磁性材料）が剥離することによってパーティクルが発生する前に、剥がれかけている片を磁場発生手段でトラップすることができ、パーティクルが飛散することを抑制することができる。したがって、従来に比してより簡易に引出し電極部からのパーティクルの発生を抑制することができ、パーティクルが被加工物に付着することを抑制することができ、引出し電極部のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。

また、このイオンビーム処理装置によれば、引出し電極部を構成する複数の電極間に発生するパーティクルも磁場発生手段でトラップすることができ、パーティクルが被加工物に付着することを抑制することができる。

上記した磁場発生手段は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。電磁石では、引出し電極部のクリーニング時には、電流供給を受けることによって磁性を発生し、一方プロセス時には、電流供給を受けないことによって磁性を発生させないようにすることができる。したがって、電磁石は、永久磁石と比較して、プロセス時に、イオンビーム及びプロセスエリアへの影響を低減することができ、プロセス（イオンミリング、又は、イオンビームスパッタリング）への影響を低減することができる。永久磁石の場合は、プロセスエリアから離せばよい。
また、電磁石は、電流供給を受けないことによって磁性を発生させないようにすることができるので、永久磁石と比較して、電磁石に付着したパーティクルを容易に取り除くことができる。

また、上記したイオンビーム処理装置は、処理室内のパーティクルの発生量を検出する検出部と、検出部によって検出されたパーティクルの発生量が所定値以上である場合に、磁場発生手段を引出し電極部の表面全体にわたって往復走査させる制御部とを更に備える形態であってもよい。

本発明によれば、従来に比してより簡易に引出し電極部からのパーティクルの発生を抑制することができ、引出し電極部のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。

本発明の一実施形態に係るイオンビーム処理装置としてイオンミリング装置の概略構成を示す図である。 図１に示す引出し電極部、磁場発生手段及び制御部を処理室側から示す図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム処理装置としてイオンビームスパッタリング装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本発明の一実施形態に係るイオンビーム処理装置としてイオンミリング装置の概略構成を示す図である。図１に示すイオンミリング装置１は、イオンビーム生成部１０と、イオンミリング処理室２０とを備える。

イオンビーム生成部１０は、イオンビームＢを生成し、処理室２０へ供給するイオン源である。イオンビーム生成部１０は、不活性ガスのプラズマであるソースプラズマＡを生成するソースプラズマ生成部１２と、ソースプラズマ生成部１２内のソースプラズマＡ中のイオンをイオンビームＢとして引き出す引出し電極部１４とを有する。

ソースプラズマ生成部１２は、ガス供給部３０から供給される不活性ガスを電離させることによってソースプラズマＡを生成する。不活性ガス、換言すれば、希ガスの例は、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｘｅ）、及び、キセノン（Ｘｅ）などを含む。不活性ガスの電離方法の例は、高周波放電を利用した方法、マイクロ波放電を利用した方法、直流放電を利用した方法等を含む。不活性ガスの電離方法は、ソースプラズマＡを不活性ガスから生成できれば、特に限定されない。

引出し電極部１４は、ソースプラズマ生成部１２側から順に配置された加速電極１４Ａ、減速電極１４Ｂ及び接地電極１４Ｃを有する。加速電極１４Ａ、減速電極１４Ｂ及び接地電極１４Ｃは、ソースプラズマ生成部１２と処理室２０との間において、絶縁体１６によって支持されている。加速電極１４Ａ、減速電極１４Ｂ及び接地電極１４Ｃは、例えば、導電板からなり、イオンビームＢを引き出すために面全体にわたり多数の孔を有する。加速電極１４Ａには、加速電圧（正電圧）が印加され、減速電極１４Ｂには、減速電圧（負電圧）が印加される。また、接地電極１４Ｃは、接地されている。このイオンビーム生成部１０の下流側には、処理室２０が配置されている。

処理室２０は、イオンビーム生成部１０から供給されるイオンビームＢを被加工基板（被加工物）Ｗに衝突させることによって、イオンミリングを行う処理室である。一実施形態において、被加工基板Ｗは、ハードディスク用の磁気ヘッド等を製造するための基板であり、コバルト、鉄コバルト、テルビウム鉄コバルト等の磁性材料からなる。処理室２０は、例えば排気部３２によって低圧状態とされる真空チャンバである。処理室２０は、接地されている。

処理室２０内には、被加工基板Ｗが載置される基板ホルダー２２が設けられている。基板ホルダー２２は導電性を有し、処理室２０の接地電位と同電位もしくは絶縁されている。基板ホルダー２２には、基板ホルダー２２にバイアス電圧を印加するバイアス電圧源３４が電気的に接続されていてもよい。

また、イオンビーム生成部１０と処理室２０との間には、引出し電極部１４のためのクリーニング機構４０が設けられている。引出し電極部のクリーニング機構４０は、電磁石（磁場発生手段）４２と、電流源４４と、パーティクルモニタ（検出部）４６と、制御部４８とからなる。

電磁石４２は、引出し電極部１４における接地電極１４Ｃの処理室２０側に設けられている。電磁石４２は、制御部４８によって、接地電極１４Ｃの表面に沿って移動可能となっている。電磁石４２は、接地電極１４Ｃの表面に接触して移動してもよいし、離間して移動してもよい。引出し電極部のクリーニング時、電磁石４２は、例えば、接地電極１４Ｃの表面全体にわたって往復走査される。一方、プロセス（ミリング）時、電磁石４２は、イオンビームＢを妨げない位置、かつ、プロセスに影響を与えない位置、例えば接地電極１４Ｃの周縁部１４Ｄに移動される。

電磁石４２は、電流源４４から電流を供給される。電流源４４は、引出し電極部のクリーニング時、電磁石４２に電流を供給し、電磁石４２に磁性を発生させる。一方、プロセス時、電流源４４は、電磁石４２がプロセスエリアに影響を与えないように、すなわち電磁石４２がプロセスに影響を与えないように、電磁石４２に電流を供給せず、電磁石４２に磁性を発生させない。

パーティクルモニタ４６は、処理室２０内に設けられている。パーティクルモニタ４６は、処理室２０内、特にプロセスエリアにおけるパーティクルの発生量を検出し、制御部４８へ通知する。

制御部４８は、検出したパーティクルの発生量が所定値以上となる場合に、引出し電極のクリーニングを行うように電磁石４２を制御する。一実施形態では、図１及び図２に示すように、制御部４８は、モータ４８Ａと、モータ４８Ａの回転運動を直線運動に変換すると共に、直線運動エネルギーを電磁石４２に伝達するように電磁石４２の一端をスライド可能に支持するボールネジ４８Ｂと、電磁石４２の他端をスライド可能に支持するガイド４８Ｃと、ボールネジ４８Ｂ及びガイド４８Ｃを支持すると共に処理室２０の気密を保持する機構４８Ｄとを含む。なお、ボールネジ４８Ｂ及びガイド４８Ｃは、パーティクルの付着を防止するために、カバー等によって覆われていてもよい。

ここで、引出し電極部のクリーニング機構を備えない従来のイオンミリング装置では、被加工物が磁性材料の場合、加工によって生じるスパッタ粒子がイオン源（イオンビーム生成部）における引出し電極に付着し堆積するが、引出し電極部に堆積した膜（磁性材料）が剥離することによってパーティクルが発生する。処理室内のパーティクルが多くなった場合、引出し電極部のメンテナンスが必要となる。引出し電極部のメンテナンスは、処理室内を大気に晒す必要があり、装置の稼働率を低下させ、プロセスコストを増大させる。

しかしながら、本実施形態のイオンミリング装置（イオンビーム処理装置）１によれば、引出し電極部１４における接地電極１４Ｃの処理室２０側に、接地電極１４Ｃの表面に沿って移動可能な電磁石（磁場発生手段）４２が設けられているので、接地電極１４Ｃの表面に堆積した膜（磁性材料）が剥離することによってパーティクルが発生する前に、剥がれかけている片を電磁石４２でトラップすることができ、パーティクルが飛散することを抑制することができる。したがって、引出し電極部１４からのパーティクルの発生を抑制することができ、パーティクルが被加工基板（被加工物）Ｗに付着することを抑制することができ、引出し電極部１４のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。その結果、引出し電極部１４のメンテナンスに起因する装置の稼働率の低下、及び、プロセスコストの増大を抑制することができる。

なお、本実施形態のイオンミリング装置１によれば、プラズマを用いたスパッタによる引出し電極部のクリーニング機構を備える従来の装置に比して、より簡易に引出し電極部からのパーティクルの発生を抑制することができる。

また、本実施形態のイオンミリング装置１によれば、引出し電極部１４における電極１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ間それぞれに発生するパーティクルも、各電極の孔を介して電磁石４２でトラップし取り除くことができ、パーティクルが被加工基板（被加工物）Ｗに付着することを抑制することができる。また、電極間放電を低減することができる。

また、本実施形態のイオンミリング装置１によれば、電磁石（磁場発生手段）４２を用いて引出し電極部１４のクリーニングを行うので、引出し電極部のクリーニング時には、電流供給を受けることによって磁性を発生し、一方プロセス時には、電流供給を受けないことによって磁性を発生させないようにすることができる。したがって、電磁石４２は、後述する永久磁石と比較して、プロセス時に、イオンビーム及びプロセスエリアへの影響を低減することができ、プロセス（イオンミリング）への影響を低減することができる。

また、電磁石４２は、電流供給を受けないことによって磁性を発生させないようにすることができるので、永久磁石と比較して、電磁石に付着したパーティクルを容易に取り除くことができる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、磁場発生手段として電磁石を例示したが、本発明では、永久磁石等のあらゆる磁場発生手段が適用可能である。永久磁石の場合、プロセル時には、イオンビーム及びプロセスエリアへの影響を低減するために、すなわちプロセスへの影響を低減するために、イオンビーム生成部１０に対して十分な距離をとる必要がある。また、永久磁石の場合、磁石に付着したパーティクルは、磁石ごと交換すればよい。

また、本実施形態では、パーティクルモニタを用いて検出した処理室内のパーティクルの発生量に基づいて引出し電極のクリーニングを行う形態を例示したが、パーティクルモニタを用いず、定期的に引出し電極のクリーニングを行ってもよい。

また、本実施形態では、イオンミリング装置１を例示したが、本発明の特徴（引出し電極部のクリーニング機構４０）は、図３に示すイオンビームスパッタリング装置２にも適用可能である。イオンビームスパッタリング装置２では、処理室２０において、イオンビーム生成部１０から供給されるイオンビームＢを磁性材料からなるターゲットＴに衝突させ、ターゲットＴからのスパッタ粒子Ｃを被加工基板（被加工物）Ｗに堆積させる。なお、被加工基板Ｗは導電性の基板ホルダー２２に載置され、基板ホルダー２２にはバイアス電圧源３４によってバイアス電圧が印加される。同様に、ターゲットＴは導電性のターゲットホルダー２３に載置され、ターゲットホルダー２３にはバイアス電圧源３５によってバイアス電圧が印加される。

１…イオンミリング装置（イオンビーム処理装置）、２…イオンビームスパッタリング装置（イオンビーム処理装置）、１０…イオンビーム生成部、１２…ソースプラズマ生成部、１４…引出し電極部、１４Ａ…加速電極、１４Ｂ…減速電極、１４Ｃ…接地電極、１４Ｄ…周縁部、１６…絶縁体、２０…処理室、２２…基板ホルダー、２３…ターゲットホルダー、３０…ガス供給部、３２…排気部、３４，３５…バイアス電圧源、４０…クリーニング機構、４２…電磁石（磁場発生手段）、４４…電流源、４６…パーティクルモニタ（検出部）、４８…制御部、４８Ａ…モータ、４８Ｂ…ボールネジ、４８Ｃ…ガイド、４８Ｄ…支持／気密保持機構、Ａ…ソースプラズマ、Ｂ…イオンビーム、Ｃ…スパッタ粒子、Ｔ…ターゲット（磁性材料）、Ｗ…被加工基板（被加工物、磁性材料）。

Claims (3)

1. イオンビームを生成するイオンビーム生成部であって、前記イオンビームをイオンビーム生成部から引き出す引出し電極部を有する当該イオンビーム生成部と、
   前記イオンビーム生成部から供給される前記イオンビームを磁性材料に衝突させることによって、イオンミリング、又は、イオンビームスパッタリングを行う処理室と、
   前記引出し電極部の前記処理室側に、前記引出し電極部に沿って移動可能に設けられた磁場発生手段と、
   を備える、イオンビーム処理装置。
2. 前記磁場発生手段は、永久磁石、又は、電磁石である、請求項１に記載のイオンビーム処理装置。
3. 前記処理室内のパーティクルの発生量を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出されたパーティクルの発生量が所定値以上である場合に、前記磁場発生手段を前記引出し電極部の表面全体にわたって往復走査させる制御部と、
   を更に備える、請求項１又は２に記載のイオンビーム処理装置。

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