JP4099181B2 - Ion beam etching method and ion beam etching apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、イオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置に関する。 The present invention relates to an ion beam etching method and an ion beam etching apparatus.
被加工物の表面にイオンビームを照射することによって、当該被加工物をエッチングするイオンビームエッチング方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。このようなイオンビームは、イオン源の放電容器内に生成されたプラズマ中のイオンを、引き出し電極を用いて引き出すことによって得られる。
しかしながら、イオンビームを引き出すために引き出し電極に電圧を印加すると、引き出し電極が、放電容器内に生成されたプラズマの熱によって変形するおそれがある。例えば、3枚の金属板からなる引き出し電極を用いる場合、各金属板にプラズマから供給される熱量は互いに異なるので、各金属板の変形量は異なる。したがって、各金属板に形成された引き出し孔の中心位置が互いにずれてしまう。かかる引き出し電極を用いてイオンビームを引き出すと、(1)イオンビームの出射方向が一定方向にならないため、イオンビーム強度の径方向分布が不均一になる、(2)イオンビームの引き出し効率が低下する、といった問題が生じる。 However, when a voltage is applied to the extraction electrode to extract the ion beam, the extraction electrode may be deformed by the heat of the plasma generated in the discharge vessel. For example, when using extraction electrodes made of three metal plates, the amounts of heat supplied from plasma to the metal plates are different from each other, and therefore the deformation amounts of the metal plates are different. Therefore, the center positions of the lead holes formed in each metal plate are shifted from each other. When an ion beam is extracted using such an extraction electrode, (1) since the ion beam emission direction is not constant, the radial distribution of the ion beam intensity is nonuniform, and (2) the ion beam extraction efficiency is reduced. Problem arises.
そこで本発明は、引き出し電極の熱による変形を抑制できるイオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion beam etching method and an ion beam etching apparatus that can suppress deformation of the extraction electrode due to heat.
上述の課題を解決するため、本発明のイオンビームエッチング方法は、引き出し電極によって引き出されたイオンビームを用いて被加工物をエッチングするエッチング工程と、前記引き出し電極を不活性ガスにより冷却する冷却工程とを含む。ここで、冷却工程は、エッチング工程の後に実施されてもよいし、エッチング工程の前に実施されてもよい。 In order to solve the above-described problems, an ion beam etching method of the present invention includes an etching process for etching a workpiece using an ion beam extracted by an extraction electrode, and a cooling process for cooling the extraction electrode with an inert gas. Including. Here, the cooling step may be performed after the etching step, or may be performed before the etching step.
本発明のイオンビームエッチング方法では、冷却工程を実施することによって引き出し電極の熱による変形を抑制できる。 In the ion beam etching method of the present invention, the deformation of the extraction electrode due to heat can be suppressed by performing the cooling step.
例えばエッチング工程の前に冷却工程を実施する場合、予め冷却工程で引き出し電極の変形を抑制できる。このため、冷却工程後のエッチング工程では、変形が抑制された引き出し電極を用いてイオンビームを引き出すことができる。このため、イオンビーム強度の径方向分布を均一化できると共に、イオンビームの引き出し効率を向上できる。 For example, when the cooling step is performed before the etching step, deformation of the extraction electrode can be suppressed in advance in the cooling step. For this reason, in the etching process after the cooling process, the ion beam can be extracted using the extraction electrode in which the deformation is suppressed. For this reason, the radial distribution of the ion beam intensity can be made uniform, and the extraction efficiency of the ion beam can be improved.
また、例えばエッチング工程の後に冷却工程を実施する場合、エッチング工程において引き出し電極の温度が上昇しても、冷却工程を実施することによって引き出し電極の変形を抑制することができる。 For example, when the cooling process is performed after the etching process, even if the temperature of the extraction electrode rises in the etching process, the deformation of the extraction electrode can be suppressed by performing the cooling process.
また、前記冷却工程では、前記被加工物を搬送することが好ましい。なお、冷却工程の前から被加工物の搬送を開始してもよいし、冷却工程の後も被加工物の搬送を継続してもよい。 Moreover, it is preferable to convey the said workpiece in the said cooling process. In addition, conveyance of a workpiece may be started before the cooling process, or conveyance of the workpiece may be continued after the cooling process.
この場合、冷却工程では引き出し電極の冷却と並行して被加工物の搬送が行われる。したがって、イオンビームエッチング方法の全工程の処理時間を短縮できる。 In this case, in the cooling process, the workpiece is conveyed in parallel with the cooling of the extraction electrode. Therefore, the processing time of all the steps of the ion beam etching method can be shortened.
また、前記冷却工程は、前記エッチング工程の前に実施され、上記イオンビームエッチング方法は、前記冷却工程の前に、前記引き出し電極を用いて予めイオンビームを引き出すウォーミングアップ工程を更に含むことが好ましい。 Preferably, the cooling step is performed before the etching step, and the ion beam etching method further includes a warming-up step of extracting an ion beam in advance using the extraction electrode before the cooling step.
この場合、ウォーミングアップ工程によって、所望のイオンビームが得られるか否かを確認することができる。また、ウォーミングアップ工程において引き出し電極の温度が上昇しても、冷却工程を実施することによって引き出し電極の変形を抑制することができる。 In this case, it is possible to confirm whether or not a desired ion beam can be obtained by the warm-up process. Even if the temperature of the extraction electrode rises in the warming-up process, deformation of the extraction electrode can be suppressed by performing the cooling process.
また、前記不活性ガスは、前記エッチング工程における前記イオンビーム中のイオンを生成するためのイオン生成用ガスと同じであることが好ましい。これにより、引き出し電極を簡便に冷却することができる。 The inert gas is preferably the same as an ion generating gas for generating ions in the ion beam in the etching step. Thereby, the extraction electrode can be easily cooled.
また、前記冷却工程では、前記不活性ガスの流量を前記イオン生成用ガスの流量よりも大きくすることが好ましい。これにより、引き出し電極を効率的に冷却することができる。 In the cooling step, it is preferable that the flow rate of the inert gas is larger than the flow rate of the ion generating gas. Thereby, the extraction electrode can be efficiently cooled.
本発明のイオンビームエッチング装置は、イオン源と、前記イオン源からイオンビームを引き出すための引き出し電極と、前記引き出し電極を冷却するための冷却手段とを備える。 The ion beam etching apparatus of the present invention includes an ion source, an extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source, and a cooling means for cooling the extraction electrode.
本発明のイオンビームエッチング装置では、冷却手段によって引き出し電極の熱による変形を抑制できる。このため、イオンビーム強度の径方向分布が均一化されると共に、イオンビームの引き出し効率も向上する。 In the ion beam etching apparatus of the present invention, the deformation of the extraction electrode due to heat can be suppressed by the cooling means. For this reason, the radial distribution of the ion beam intensity is made uniform, and the ion beam extraction efficiency is improved.
本発明によれば、引き出し電極の熱による変形を抑制できるイオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion beam etching method and ion beam etching apparatus which can suppress the deformation | transformation by the heat | fever of an extraction electrode are provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、実施形態に係るイオンビームエッチング装置(イオンミリング装置ともいう。)の構成を模式的に示す図面である。図2は、図1に示されるイオンビームエッチング装置の主要部の構成を模式的に示す図面である。 FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an ion beam etching apparatus (also referred to as an ion milling apparatus) according to an embodiment. FIG. 2 is a drawing schematically showing the configuration of the main part of the ion beam etching apparatus shown in FIG.
図1に示されるイオンビームエッチング装置100は、HDD用の薄膜磁気ヘッド(例えばGMRヘッド、TMRヘッド)の製造に好適に用いられる。特に、薄膜磁気ヘッドのフライングハイトを規定するABS面又はチャンファー部の加工に好適に用いられる。イオンビームエッチング装置100は、イオン源40と、イオン源40からイオンビームIBを引き出すための引き出し電極Eとを備える。イオンビームIBは、エッチングチャンバ30内を進行し、エッチングチャンバ30内に収容される基板W(被加工物)をエッチングする。引き出し電極Eは、例えばモリブデン(Mo)から構成されており、エッチングチャンバ30とイオン源40との間に配置されている。基板Wは、例えばシリコンウェハである。イオンビームIBは、例えばAr+等の陽イオンを含む。また、イオンビームIBは陽イオンに限定されない。
An ion
エッチングチャンバ30内には、イオンビームIBを中和するためのニュートラライザ34が設置されている。例えばイオンビームIBがAr+等の陽イオンの場合には、ニュートラライザ34から電子e−が放出される。この電子e−により、例えば、エッチングチャンバ30内の空間に正電荷が充満すること、基板Wの帯電等を抑制することができる。その結果、イオンビームIBの引き出し効率を向上させることができると共に、イオンビームIBが径方向に発散することを抑制できる。
A
また、エッチングチャンバ30内には、イオンビームIBを必要に応じて遮断することができるシャッタ32が設置されている。シャッタ32は、基板Wと引き出し電極Eとの間に配置される。シャッタ32としては、例えば、機械式シャッタ又は静電式シャッタ等を用いることができる。さらに、エッチングチャンバ30内には、基板Wを所定の位置に保持するためのトレイホルダ36が設置されている。トレイホルダ36は、チラー(図示せず)で冷却された冷却水によって冷却されることが好ましい。
In addition, a
また、本実施形態において、エッチングチャンバ30には、接続部52を介してトランスファチャンバ20が接続されている。また、トランスファチャンバ20には、接続部50を介してロードロックチャンバ10が接続されている。基板Wは、ロードロックチャンバ10からトランスファチャンバ20を経由してエッチングチャンバ30に導入される。
In the present embodiment, the transfer chamber 20 is connected to the
ロードロックチャンバ10、トランスファチャンバ20及びエッチングチャンバ30には、例えば、ロータリポンプRP及びターボ分子ポンプTPがそれぞれ接続されている。なお、ロータリポンプRPに代えてドライポンプを用いてもよい。ロータリポンプRP及びターボ分子ポンプTP等によって、エッチングチャンバ30内は、所定の圧力(例えば0.05Pa)に維持される。
For example, a rotary pump RP and a turbo molecular pump TP are connected to the
トランスファチャンバ20内には、例えば、回転軸22に取り付けられたロボットアーム24が配置されている。ロボットアーム24の先端は、基板Wを収容するためのトレイ26を保持することができる。トレイ26には図示しないクランプ部が設けられていることが好ましい。そのクランプ部によって基板Wはトレイ26に固定される。なお、トレイ26中に複数の基板Wを収容してもよい。ロボットアーム24は、長手方向に伸縮自在である。このため、ロボットアーム24は、ロードロックチャンバ10内にセットされたトレイ26をエッチングチャンバ30内に搬送することができる。
In the transfer chamber 20, for example, a
イオン源40は、放電容器42と、放電容器42外に設けられ放電容器42内にプラズマPを生成させるためのコイル44とを備える。放電容器42は、例えば石英又はアルミニウム酸化物等の誘電体材料を主成分とする材料からなることが好ましい。
The
コイル44の一端には、例えばインピーダンス整合器46を介して電力供給装置48が接続されている。コイル44の他端は、例えば接地されている。電力供給装置48は、例えば高周波電源又は高周波アンプである。この場合、電力供給装置48の周波数は、数MHz〜十数MHz(例えば、2〜13.5MHz)であることが好ましい。一実施例において、電力供給装置48の周波数は、例えば4MHzである。電力供給装置48は、放電容器42の容量及び形状に応じて、例えば200〜2000Wの電力をコイル44に印加することが好ましい。
A
放電容器42には、例えば、不活性ガスを導入するための開口43が形成されている。開口43には、配管P1の一端が接続されている。配管P1の他端は、ガスボックスGBを介してガス供給源G1に接続されている。ガス供給源G1は、不活性ガスを放電容器42内に供給する。不活性ガスとしては、例えばArガス、Heガス等の希ガスを好適に用いることができる。熱伝達率の観点からはHeガスを用いることが好ましく、コストの観点からはArガスを用いることが好ましい。ガスボックスGBは、上流側から順に、バルブV1、マスフローコントローラMFC1及びバルブV2を有している。マスフローコントローラMFC1によって、放電容器42内に供給される不活性ガスの流量を調整することができる。
For example, an
ガス供給源G1から供給される不活性ガスは、放電容器42内にプラズマPを生成させるためのイオン生成用ガスであると共に、引き出し電極Eを冷却するための冷却用ガスでもあることが好ましい。これにより、引き出し電極Eを簡便に冷却することができる。なお、ガス供給源G1から供給される不活性ガスが冷却用ガスであり、ガス供給源G1とは異なるガス供給源から供給される不活性ガスがイオン生成用ガスであってもよい。
The inert gas supplied from the gas supply source G1 is preferably an ion generating gas for generating the plasma P in the
また、トレイホルダ36には、例えば、基板Wを冷却するための基板冷却用ガスを供給する開口33が形成されている。開口33は、トレイホルダ36の表面36aに形成されることが好ましい。なお、開口33の向き(角度)を斜めにすることにより、開口33をトレイホルダ36の側面に形成することもできる。このような基板冷却用ガスとしては、Heガス等の希ガスを好適に用いることができる。開口33には、配管P2の一端が接続されている。配管P2の他端は、ガスボックスGBを介してガス供給源G2に接続されている。ガスボックスGBは、上流側から順に、バルブV3、マスフローコントローラMFC2及びバルブV4を有している。マスフローコントローラMFC2によって、基板冷却用ガスの流量を調整することができる。この基板冷却用ガスによって、エッチング中に基板Wの温度が上昇することを抑制することができる。
Further, the
具体的には、例えば、基板冷却用ガスをトレイ26に当て、トレイ26を介して基板Wを冷却する。トレイホルダ36及びトレイ26は、基板Wに基板冷却用ガスを直接当てられる構造を有していてもよい。かかる構造としては、例えば、トレイ26の底面部にガス流路となる孔が形成された構造、トレイホルダ36の表面36aがトレイ26の周囲を取り囲むような略環状であり、トレイ26の中心に向かって表面36aから基板冷却用ガスが供給される構造等が挙げられる。
Specifically, for example, a substrate cooling gas is applied to the
引き出し電極Eは、スクリーングリッドE1、加速グリッドE2及び減速グリッドE3を有することが好ましい。引き出し電極Eは、減速グリッドE3を有していなくてもよい。スクリーングリッドE1、加速グリッドE2及び減速グリッドE3は、放電容器42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E1、加速グリッドE2及び減速グリッドE3は、例えば、それぞれ複数(例えば1万個以下)の引き出し孔が形成された金属板である。スクリーングリッドE1の引き出し孔の中心位置、加速グリッドE2の引き出し孔の中心位置及び減速グリッドE3の引き出し孔の中心位置は、金属板の厚み方向から見て互いに重なるように設計されることが好ましい。 The extraction electrode E preferably has a screen grid E1, an acceleration grid E2, and a deceleration grid E3. The extraction electrode E may not have the deceleration grid E3. The screen grid E1, the acceleration grid E2, and the deceleration grid E3 are sequentially arranged from the inside to the outside of the discharge vessel. The screen grid E1, the acceleration grid E2, and the deceleration grid E3 are, for example, metal plates each having a plurality of (for example, 10,000 or less) extraction holes. The center position of the drawing holes of the screen grid E1, the center position of the drawing holes of the acceleration grid E2, and the center position of the drawing holes of the deceleration grid E3 are preferably designed to overlap each other when viewed from the thickness direction of the metal plate.
スクリーングリッドE1は、プラズマPと加速グリッドE2とを分離することができる。スクリーングリッドE1には、例えば、プラスの高電圧を連続的に印加するための電源60が接続されている。スクリーングリッドE1に印加される電圧は、例えば2kVである。スクリーングリッドE1に印加される電圧は、イオンビームIBのイオンビームエネルギーを決定する。
The screen grid E1 can separate the plasma P and the acceleration grid E2. For example, a
加速グリッドE2は、サプレッション電極とも呼ばれる。加速グリッドE2には、例えば、マイナスの高電圧を連続的に印加するための電源62が接続されている。加速グリッドE2に印加される電圧は、例えば−600〜−800Vである。減速グリッドE3は、アース電極とも呼ばれ接地されている。加速グリッドE2と減速グリッドE3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IBのイオンビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。
The acceleration grid E2 is also called a suppression electrode. For example, a
イオンビームIBは、例えば次のようにしてイオン源40から出射される。まず、放電容器42内を例えば10−5Pa程度の圧力に減圧して、ガス供給源G1からArガス等の不活性ガスを放電容器42内に導入する。続いて、電力供給装置48からコイル44に電力を供給することによって、放電容器42内にプラズマPを生成させる。このプラズマP中のAr+等のイオンを、引き出し電極EによりイオンビームIBとして引き出す。
The ion beam IB is emitted from the
ここで、プラズマP中のAr+等のイオンが引き出し電極Eに衝突することによって、引き出し電極Eの温度は上昇する。また、引き出し電極Eに電圧を印加することによっても引き出し電極Eの温度は上昇する。したがって、エッチングを行うと、引き出し電極Eの温度は上昇する。 Here, when ions such as Ar + in the plasma P collide with the extraction electrode E, the temperature of the extraction electrode E rises. Further, applying a voltage to the extraction electrode E also raises the temperature of the extraction electrode E. Therefore, when etching is performed, the temperature of the extraction electrode E rises.
しかしながら、イオンビームエッチング装置100では、ガス供給源G1及びガスボックスGB(冷却手段)から供給される不活性ガスを用いて、引き出し電極Eを冷却することができる。引き出し電極Eの冷却を行うことにより、引き出し電極Eの温度上昇を抑制することができる。その結果、引き出し電極Eの熱による変形を抑制できる。これにより、スクリーングリッドE1、加速グリッドE2及び減速グリッドE3の各引き出し孔の中心の相対的な位置ずれを所定の範囲内に抑制することができる。したがって、イオンビーム強度の径方向分布を均一化できると共に、イオンビームIBの引き出し効率を向上できる。なお、引き出し電極Eを冷却すると共に、トレイホルダ36等のユニットを同時に冷却してもよい。
However, in the ion
イオンビーム強度の径方向分布が均一化されると、基板Wにおけるエッチング量(エッチング深さ)の面内分布を均一化することができるので、高精度で再現性に優れたエッチングを行うことができる。一方、イオンビームIBの引き出し効率が向上すると、エッチング時間を短縮することができると共に、電力供給装置48からコイル44に供給される電力値の経時的な変動を小さくすることができる。
When the radial distribution of the ion beam intensity is made uniform, the in-plane distribution of the etching amount (etching depth) on the substrate W can be made uniform, so that etching with high accuracy and excellent reproducibility can be performed. it can. On the other hand, when the extraction efficiency of the ion beam IB is improved, the etching time can be shortened, and the variation with time of the power value supplied from the
図3〜図5は、実施形態に係るイオンビームエッチング方法を実施するための手順を示すフローチャートである。図4は、図3の後に続くフローチャートであり、図5は、図4の後に続くフローチャートである。本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、上述のイオンビームエッチング装置100を用いて好適に実施される。
3 to 5 are flowcharts showing a procedure for carrying out the ion beam etching method according to the embodiment. 4 is a flowchart subsequent to FIG. 3, and FIG. 5 is a flowchart subsequent to FIG. The ion beam etching method according to the present embodiment is preferably carried out using the ion
以下、図1〜図5を参照しながら、本実施形態に係るイオンビームエッチング方法について説明する。本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、引き出し電極Eを不活性ガスにより冷却する冷却工程S52と、引き出し電極Eによって引き出されたイオンビームIBを用いて基板Wをエッチングするエッチング工程S54とを含む(図4参照)。 Hereinafter, the ion beam etching method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The ion beam etching method according to this embodiment includes a cooling step S52 for cooling the extraction electrode E with an inert gas, and an etching step S54 for etching the substrate W using the ion beam IB extracted by the extraction electrode E. (See FIG. 4).
本実施形態では、冷却工程S52を実施した後にエッチング工程S54を実施する。また、冷却工程S52の前に、引き出し電極Eを用いて予めイオンビームIBを引き出すウォーミングアップ工程S50を実施することが好ましい(図3参照)。ウォーミングアップ工程S50により、所望のイオンビームIBが得られるか否かを確認することができる。なお、ウォーミングアップ工程S50を実施しなくてもよい。 In the present embodiment, the etching step S54 is performed after the cooling step S52. In addition, it is preferable to perform a warm-up step S50 in which the ion beam IB is extracted in advance using the extraction electrode E before the cooling step S52 (see FIG. 3). Whether or not a desired ion beam IB can be obtained can be confirmed by the warm-up step S50. Note that the warm-up step S50 may not be performed.
より具体的には、本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、例えば下記工程S1〜工程S29を順に経ることによって好適に実施される。以下、放電容器42に供給される不活性ガスとして例えばArガスを用いた場合について説明する。この場合、Arガスは、放電容器42内にプラズマPを生成させるためのイオン生成用ガス、及び、引き出し電極Eを冷却するための冷却用ガスとして機能する。
More specifically, the ion beam etching method according to the present embodiment is preferably carried out by sequentially performing, for example, the following steps S1 to S29. Hereinafter, a case where, for example, Ar gas is used as the inert gas supplied to the
工程S1では、基板Wが収容されたトレイ26をロードロックチャンバ10内に投入する。このとき、ロードロックチャンバ10はVENT(大気開放)されている。また、トランスファチャンバ20及びエッチングチャンバ30内の圧力は、所定の真空度に設定されている。
In step S <b> 1, the
工程S2では、ロータリポンプRP及びターボ分子ポンプTPを用いて、ロードロックチャンバ10内の真空引きを行う。ここで、まずロータリポンプRPによる粗引きを行い、ロードロックチャンバ10内の圧力が数Paになった時点でターボ分子ポンプTPによる真空引きに切り替えることが好ましい。これにより、ロードロックチャンバ10内を高真空(例えば1×10−5〜1×10−4Pa)にすることができる。
In step S2, the
工程S3では、ロードロックチャンバ10内が、トレイ26を搬送できる所定の真空度に到達したか否かを判断する。その結果、所定の真空度に到達したと判断した場合には、工程S4において、ガス供給源G1から放電容器42内に所定の流量のArガスを導入する。Arガスの流量は、ガスボックスGBによって制御される。このとき、エッチングチャンバ30内では、ニュートラライザ34から電子e−が出射されていることが好ましい。一方、所定の真空度に到達していないと判断した場合には、工程S2に戻り、ロードロックチャンバ10内の真空引きを行う。
In step S <b> 3, it is determined whether or not the inside of the
工程S4の後、ウォーミングアップ工程S50を実施する。ウォーミングアップ工程S50は、工程S5、工程S6及び工程S7を含むことが好ましい。工程S5では、電力供給装置48を用いてコイル44にRF電力を供給する。これにより、放電容器42内にAr+、電子及び中性のAr原子等の活性種を含むプラズマPが生成される。ここで、RF電力の値を徐々に増加させることが好ましい。活性種の衝突によって、放電容器42及び引き出し電極Eが加熱されると共に、放電容器42の内面がクリーニングされる。特に、スクリーングリッドE1は、加速グリッドE2及び減速グリッドE3に比べて温度上昇が大きい。
After step S4, a warm-up step S50 is performed. The warming up step S50 preferably includes a step S5, a step S6, and a step S7. In step S <b> 5, RF power is supplied to the
工程S6では、電源60,62を用いて引き出し電極Eに電圧を印加する。これにより、引き出し電極EからイオンビームIBが出射される。このとき、シャッタ32は閉じた状態になっているため、イオンビームIBはシャッタ32によって遮断される。
In step S <b> 6, a voltage is applied to the extraction electrode E using the
工程S7では、イオンビームIBのウォーミングアップが完了したか否かを判断する。その結果、ウォーミングアップが完了したと判断した場合には、工程S8において、引き出し電極Eに印加されている電圧をオフにする。イオンビームIBの照射時間は、例えば5分間程度である。ウォーミングアップが完了すると、イオンビームIBの照射が安定する。一方、ウォーミングアップが完了していないと判断した場合には、工程S5に戻り、コイル44にRF電力を供給し続ける。
In step S7, it is determined whether or not warming up of the ion beam IB is completed. As a result, when it is determined that the warm-up has been completed, the voltage applied to the extraction electrode E is turned off in step S8. The irradiation time of the ion beam IB is, for example, about 5 minutes. When the warming up is completed, the irradiation of the ion beam IB is stabilized. On the other hand, if it is determined that the warm-up has not been completed, the process returns to step S5 and continues to supply RF power to the
工程S9では、コイル44に供給しているRF電力をオフにする。これにより、イオンビームIBの照射を停止する。その後、ニュートラライザ34からの電子e−の出射を停止する。工程S10では、シャッタ32を開ける。
In step S9, the RF power supplied to the
工程S10の後、冷却工程S52を実施する。冷却工程S52は、工程S11、工程S12及び工程S13を含むことが好ましい。工程S11では、ガス供給源G1から放電容器42内に供給されるArガスの流量を、工程S4におけるArガスの流量よりも大きくすることが好ましく、最大(例えば300sccm)にすることが更に好ましい。このとき、エッチングチャンバ30内の圧力を、ウォーミングアップ時の100倍以上にすることが好ましい。Arガスの流量は、ガスボックスGBによって制御される。
After step S10, a cooling step S52 is performed. The cooling step S52 preferably includes a step S11, a step S12, and a step S13. In step S11, the flow rate of Ar gas supplied from the gas supply source G1 into the
工程S12では、トレイ26を搬送する。トレイ26は、ロボットアーム24によって、ロードロックチャンバ10内からエッチングチャンバ30内におけるトレイホルダ36の表面36a上の原点位置まで搬送され、原点位置に固定される。基板Wは、トレイ26と共に搬送される。
In step S12, the
工程S13では、トレイホルダ36を回転及びチルトさせることによってトレイ26を所定位置に設置する。これにより、基板Wに対するイオンビームIBの入射角を調整する。
In step S13, the
工程S14では、Arガスの供給を停止する。工程S15では、エッチングチャンバ30内の真空引きを行う。工程S16では、所定の真空度に到達したか否かを判断する。その結果、所定の真空度に到達したと判断した場合には、工程S17において、工程S4と同様に、ガス供給源G1から放電容器42内に所定の流量のArガスを導入する。一方、所定の真空度に到達していないと判断した場合には、工程S15に戻り、エッチングチャンバ30内の真空引きを行う。このとき、エッチングチャンバ30内では、ニュートラライザ34から電子e−が出射されていることが好ましい。また、エッチングチャンバ30と放電容器42とは引き出し電極Eの孔で繋がっているので、エッチングチャンバ30内の真空引きを行うと、放電容器42内もエッチングチャンバ30内と同等の真空度となる。
In step S14, the supply of Ar gas is stopped. In step S15, the
工程S17の後、エッチング工程S54を実施する。エッチング工程S54は、工程S18、工程S19及び工程S20を含むことが好ましい。工程S18では、工程S5と同様に、電力供給装置48からコイル44にRF電力を供給する。これにより、放電容器42内にプラズマPが生成される。ここで、RF電力値を徐々に増加させることが好ましい。このプラズマPによって、放電容器42及び引き出し電極Eが加熱される。また、エッチング中に基板Wの温度が上昇することを抑制するために、チラーで冷却された冷却水と熱交換したHeガスを基板Wとトレイ26との間に流すことが好ましい。工程S19では、工程S6と同様に、電源60,62を用いて引き出し電極Eに電圧を印加する。これにより、引き出し電極EからイオンビームIBを出射させ、イオンビームIBを基板Wに当ててエッチングを開始する。
After step S17, an etching step S54 is performed. Etching step S54 preferably includes step S18, step S19 and step S20. In step S18, RF power is supplied from the
工程S20では、所定のエッチング時間を経過したか否かを判断する。その結果、所定のエッチング時間を経過したと判断した場合には、工程S21において、引き出し電極Eに印加されている電圧をオフにする。一方、所定のエッチング時間を経過していないと判断した場合には、工程S18に戻り、コイル44にRF電力を供給し続ける。
In step S20, it is determined whether a predetermined etching time has elapsed. As a result, when it is determined that a predetermined etching time has elapsed, the voltage applied to the extraction electrode E is turned off in step S21. On the other hand, if it is determined that the predetermined etching time has not elapsed, the process returns to step S18 to continue supplying RF power to the
工程S22では、コイル44に供給しているRF電力をオフにする。これにより、イオンビームIBの照射を停止する。その後、ニュートラライザ34からの電子e−の出射を停止する。
In step S22, the RF power supplied to the
工程S23では、Arガスの供給を停止する。工程S24では、シャッタ32を閉じる。工程S25では、トレイホルダ36を回転及びチルトさせることによってトレイ26を原点位置に戻す。工程S26では、トレイ26を搬送する。トレイ26は、ロボットアーム24によって、トレイホルダ36の表面36a上の原点位置からロードロックチャンバ10内に搬送される。
In step S23, the supply of Ar gas is stopped. In step S24, the
工程S27では、ロードロックチャンバ10のVENTを行う。工程S28では、VENTが完了したか否かを判断する。その結果、VENTが完了したと判断した場合には、トレイ26をロードロックチャンバ10から取り出す。一方、VENTが完了していないと判断した場合には、工程S27に戻り、ロードロックチャンバ10のVENTを行う。
In step S27, VENT of the
以上説明したように、本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は冷却工程S52を含むので、引き出し電極Eの熱による変形を抑制できる。具体的には、例えばウォーミングアップ工程S50において引き出し電極Eの温度が上昇しても、冷却工程S52を実施することによって引き出し電極Eの温度を低下させることができる。したがって、引き出し電極Eの熱による変形を抑制できる。 As described above, since the ion beam etching method according to this embodiment includes the cooling step S52, deformation of the extraction electrode E due to heat can be suppressed. Specifically, for example, even if the temperature of the extraction electrode E rises in the warm-up step S50, the temperature of the extraction electrode E can be lowered by performing the cooling step S52. Therefore, deformation of the extraction electrode E due to heat can be suppressed.
また、予め冷却工程S52で引き出し電極Eの変形が緩和されるので、冷却工程S52後のエッチング工程S54では、変形が緩和された引き出し電極Eを用いてイオンビームIBを引き出すことができる。このため、エッチング工程S54におけるイオンビーム強度の径方向分布を均一化できると共に、イオンビームIBの引き出し効率を向上できる。 Further, since the deformation of the extraction electrode E is alleviated in the cooling step S52 in advance, in the etching step S54 after the cooling step S52, the ion beam IB can be extracted using the extraction electrode E whose deformation has been alleviated. For this reason, the radial distribution of the ion beam intensity in the etching step S54 can be made uniform, and the extraction efficiency of the ion beam IB can be improved.
図6は、電力供給装置48からコイル44に供給されるRF電力の値と時間との関係を模式的に示すグラフである。グラフに示されるように、時刻t1においてエッチングを開始し、時刻t2においてエッチングを停止する。この場合、時刻t1〜時刻t2において引き出し電極Eの温度が上昇する。引き出し電極Eの温度が上昇すると、イオンビームIBの引き出し効率が低下する傾向にあるので、引き出し効率を維持するために、RF電力の値を増加させることが必要になる。本実施形態に係るイオンビームエッチング方法では、時刻t2〜時刻t3において、RF電力をオフにして引き出し電極Eの冷却を行う。これにより、引き出し電極Eの熱による変形が緩和される。
FIG. 6 is a graph schematically showing the relationship between the value of the RF power supplied from the
その後、時刻t3において次のエッチングを開始し、時刻t4においてそのエッチングを停止する。ここで、時刻t2〜時刻t3において引き出し電極Eは冷却されているので、時刻t3において引き出し電極Eの熱による変形は抑制されている。よって、時刻t3〜時刻t4においても、時刻t1〜時刻t2と同様のRF電力を印加することができる。したがって、時刻t2〜時刻t3において引き出し電極Eの冷却を行うことにより、RF電力の値が経時的に変動することを抑制できる。よって、高精度で再現性の良いエッチングを行うことができる。 Then, the following etching starts at time t 3, to stop the etching at the time t 4. Since the extraction electrode E the time t 2 ~ time t 3 is cooled, thermal deformation of the extraction electrode E at time t 3 is suppressed. Therefore, RF power similar to that at time t 1 to time t 2 can be applied also at time t 3 to time t 4 . Accordingly, by cooling the extraction electrode E from time t 2 to time t 3 , it is possible to suppress the value of the RF power from fluctuating with time. Therefore, highly accurate and reproducible etching can be performed.
また、本実施形態では、冷却工程S52において基板Wを搬送するので、引き出し電極Eの冷却と並行して基板Wの搬送が行われる。したがって、イオンビームエッチング方法の全工程の処理時間が短縮される。また、工程S11におけるArガスの流量を、工程S4及び工程S17のArガスの流量よりも大きくすることが好ましい。これにより、引き出し電極Eを効率的に冷却することができる。特に、工程S11におけるArガスの流量を最大にすることが好ましい。 In the present embodiment, since the substrate W is transported in the cooling step S52, the substrate W is transported in parallel with the cooling of the extraction electrode E. Therefore, the processing time of all the steps of the ion beam etching method is shortened. Moreover, it is preferable that the flow rate of Ar gas in step S11 is larger than the flow rate of Ar gas in steps S4 and S17. Thereby, the extraction electrode E can be efficiently cooled. In particular, it is preferable to maximize the flow rate of Ar gas in step S11.
また、本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、深いエッチングを行う場合にも好適に用いることができるが、浅いエッチングを行う場合に特に有効である。なお、例えば薄膜磁気ヘッドのABS面を加工する際に、浅いエッチングはシャローエッチングと呼ばれ、深いエッチングはキャビティエッチングと呼ばれる。 In addition, the ion beam etching method according to the present embodiment can be suitably used when performing deep etching, but is particularly effective when performing shallow etching. For example, when processing the ABS surface of a thin film magnetic head, shallow etching is called shallow etching, and deep etching is called cavity etching.
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、エッチング工程S54の後に冷却工程S52を実施してもよい。この場合、エッチング工程S54において引き出し電極Eが熱により変形しても、冷却工程S52を実施することによって引き出し電極Eの変形は抑制される。 For example, the cooling step S52 may be performed after the etching step S54. In this case, even if the extraction electrode E is deformed by heat in the etching step S54, the deformation of the extraction electrode E is suppressed by performing the cooling step S52.
また、冷却工程S52において基板Wを搬送しなくてもよい。例えば、ウォーミングアップ工程S50と冷却工程S52との間において基板Wを搬送してもよい。 Further, the substrate W may not be transferred in the cooling step S52. For example, the substrate W may be transported between the warming up step S50 and the cooling step S52.
また、引き出し電極Eを冷却するための不活性ガスとして、放電容器42内にプラズマPを生成させるためのイオン生成用ガスとは異なる不活性ガスを用いてもよい。例えば、Heガスを用いて引き出し電極Eを冷却し、イオン生成用ガスとしてArガスを用いてもよい。
Further, an inert gas different from the ion generating gas for generating the plasma P in the
40…イオン源、100…イオンビームエッチング装置、E…引き出し電極、IB…イオンビーム、G1…ガス供給源(冷却手段)、GB…ガスボックス(冷却手段)、W…基板(被加工物)。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記引き出し電極に接触するように不活性ガスを供給することで前記引き出し電極を前記不活性ガスにより冷却する冷却工程と、
を含む、イオンビームエッチング方法。 An etching process for etching a workpiece using an ion beam extracted by an extraction electrode;
A cooling step of cooling by the inert gas the extraction electrode by supplying an inert gas to be in contact with the extraction electrode,
An ion beam etching method.
前記引き出し電極には引き出し孔が設けられており、 The lead electrode is provided with a lead hole,
前記冷却工程では、前記引き出し電極に接触した前記不活性ガスのうち前記引き出し孔を通過した通過ガスを前記保持手段に接触させることで、前記保持手段を前記通過ガスにより冷却する、請求項1に記載のイオンビームエッチング方法。 2. The cooling step according to claim 1, wherein in the cooling step, the holding means is cooled by the passing gas by bringing the passing gas that has passed through the drawing hole out of the inert gas in contact with the drawing electrode into contact with the holding means. The ion beam etching method as described.
前記冷却工程の前に、前記引き出し電極を用いて予めイオンビームを引き出すウォーミングアップ工程を更に含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のイオンビームエッチング方法。 The cooling process is performed before the etching process,
The ion beam etching method according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a warming-up step of previously extracting an ion beam using the extraction electrode before the cooling step.
前記引き出し電極を不活性ガスにより冷却する冷却工程と、 A cooling step of cooling the extraction electrode with an inert gas;
を含み、Including
前記不活性ガスは、前記エッチング工程における前記イオンビーム中のイオンを生成するためのイオン生成用ガスと同じである、イオンビームエッチング方法。 The ion beam etching method, wherein the inert gas is the same as an ion generation gas for generating ions in the ion beam in the etching step.
前記イオン源からイオンビームを引き出すための引き出し電極と、
前記引き出し電極を不活性ガスにより冷却するための冷却手段と、
を備え、
前記冷却手段は、前記引き出し電極に接触するように前記不活性ガスを供給する、イオンビームエッチング装置。 An ion source;
An extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source;
Cooling means for cooling the extraction electrode with an inert gas ;
Equipped with a,
The ion beam etching apparatus, wherein the cooling means supplies the inert gas so as to be in contact with the extraction electrode .
前記引き出し電極は、前記冷却手段と前記保持手段との間に配置され、 The extraction electrode is disposed between the cooling means and the holding means;
前記引き出し電極には、前記冷却手段に接触した前記冷却ガスのうち少なくとも一部が前記保持手段に向けて通過可能な引き出し孔が設けられている、請求項9に記載のイオンビームエッチング装置。 The ion beam etching apparatus according to claim 9, wherein the extraction electrode is provided with an extraction hole through which at least a part of the cooling gas in contact with the cooling unit can pass toward the holding unit.
前記イオン源からイオンビームを引き出すための引き出し電極と、 An extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source;
前記引き出し電極を不活性ガスにより冷却するための冷却手段と、 Cooling means for cooling the extraction electrode with an inert gas;
を備え、With
前記不活性ガスは、前記イオン源から引き出される前記イオンビーム中のイオンを生成するためのイオン生成用ガスと同じである、イオンビームエッチング装置。 The ion beam etching apparatus, wherein the inert gas is the same as an ion generation gas for generating ions in the ion beam extracted from the ion source.
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