JP4561814B2

JP4561814B2 - ミリング装置

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Publication number: JP4561814B2
Application number: JP2007301561A
Authority: JP
Inventors: 尚樹久保田; 亨佐々木; 敏松井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JP2009129625A

Description

本発明はイオンビームを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に関する。

イオン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（イオンビームエッチング装置ともいう。）が知られている。このようなミリング装置は、イオン源と、真空チャンバと、ロードロック室とを有しており、真空チャンバ内には被加工物を載置した複数の基板ホルダを自公転可能に支持する基板ホルダユニットが設けられ、イオン源は真空チャンバ内の被加工物に対してイオンビームを照射可能である。

被加工物はロードロック室内のカセットに搭載され、ロードロック室内が真空引きされた後にカセットに載置された被加工物は、真空ロボットによってカセットから真空チャンバ内のホルダに移される。そして、基板ホルダユニット上に載置され、被加工物は自公転している状態でイオンビーム照射を受けることによりエッチング処理が施される。このような構成のミリング装置は、例えば特開２００３−２９７２７５号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２００３−２９７２７５号公報

被加工物はイオンビームが照射されてエッチング処理が行われるため、被加工物自体の温度が上昇する。そして、被加工物が高温になると被加工物は焼損する。このため、ホルダに載置された被加工物を冷却するために、基板ホルダユニットのホルダを支持する部分にはホルダを冷却するための冷却水を流す冷却流路等の冷却手段が設けられている。そして、ホルダに対して密着させて被加工物を載置することで、被加工物を充分に冷却することが可能となる。

しかし、上述した従来のミリング装置では、真空ロボットが被加工物をホルダに載置させていたため、ホルダに対して確実に密着させて被加工物を載置させることが困難であり、密着していないために冷却が充分に行われずに、被加工物を焼損してしまうという問題が生じていた。また、真空ロボットによる搬送ミスが生ずることも問題であった。

そこで、本発明は、搬送ミスが少なくイオンビームによるエッチング処理時に被加工物の冷却を充分に行うことができるミリング装置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、開口が形成された放電容器と該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該放電容器の開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極とを備えるイオン源と、該放電容器の開口に接続され、該放電容器の開口において該引出電極を介して該放電容器内と連通する真空チャンバと、開口が形成された壁部により該真空チャンバと区画され、該壁部の単一の開口を介して該真空チャンバと連通可能なロードロック室と、被加工物を保持するための複数の保持面を備える被加工物保持面を有する被加工物保持ユニット本体部と該被加工物保持ユニット本体部の外面に設けられた鍔部とを備え該真空チャンバ内において該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の単一の開口の位置との間で移動可能な被加工物保持ユニットとを有し、該ロードロック室内と大気との連通／遮断を切換え可能な開閉扉が設けられ、該鍔部は、該被加工物保持ユニットの外面を該複数の保持面を有する一の側と他の側とに区画し、該被加工物保持ユニットが該壁部の開口の位置に移動したときに該壁部の開口を画成する該壁部の部分と密着当接可能であり、該被加工物保持ユニット本体部が該壁部の単一の開口位置に移動したときに、該鍔部と該被加工物保持ユニット本体部とで該壁部の単一の開口を閉塞すると共に全ての該保持面は該壁部の単一の開口をとおして該ロードロック室側へ同時に露出可能であるミリング装置を提供している。

開口が形成された壁部により真空チャンバと区画され、壁部の開口を介して真空チャンバと連通可能なロードロック室と、被加工物を保持するための被加工物保持面を有する被加工物保持ユニット本体部と被加工物保持ユニット本体部の外面に設けられた鍔部とを備え真空チャンバ内において放電容器の開口に対向する位置と壁部の開口の位置との間で移動可能な被加工物保持ユニットとを有し、ロードロック室内と大気との連通／遮断を切換え可能な開閉扉が設けられ、鍔部は、被加工物保持ユニットの外面を被加工物保持面を有する一の側と他の側とに区画し、被加工物保持ユニットが壁部の開口の位置に移動したときに壁部の開口を画成する壁部の部分と密着当接可能であり、被加工物保持ユニット本体部が壁部の開口位置に移動したときに、鍔部と被加工物保持ユニット本体部とで壁部の開口を閉塞すると共に被加工物保持面は壁部の開口をとおしてロードロック室側へ露出可能であるため、開閉扉によりロードロック室内と大気とを連通した状態として被加工物保持面を壁部の開口からロードロック室側へ露出させることができる。このため、被加工物保持面に対して被加工物を保持させたり、被加工物を取外したりすることを人手で確実に行うことができる。即ち、真空中ではなく大気中において人手で、被加工物保持面に対して被加工物を保持させたり被加工物を取外したりすることができるため、従来のように、真空チャンバ内において真空ロボットが被加工物保持面に対して正確に被加工物を密着させた状態で保持させることができない等の搬送ミスを防止することができる。

このように、被加工物を被加工物保持面に確実に密着させて保持させることができるため、被加工物保持面に密着保持された被加工物を、充分に冷却された被加工物保持面において充分に冷却することができ、イオンビームによるエッチング加工中に被加工物が高温になり焼損してしまうことを防止することができる。また、真空ロボットが不要になるため、真空ロボットにかかる費用を削減することができる。

また、真空チャンバ内の真空状態を維持したまま被加工物保持面を大気下に露出させることができるため、被加工物保持面の部分のメンテナンスを容易とすることができ、被加工物保持面のクリーニングや、被加工物を保持するための消耗部材等の交換やメンテナンス等を極めて容易に行うことができ、生産性を向上させることができる。これらのことより、イオンビームによるエッチング加工処理等のミリング処理を、高確率で繰返し行うことができる。

ここで、該真空チャンバ内において該被加工物保持ユニットは、該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の単一の開口の位置との間を直線移動可能、且つ該被加工物保持面に平行な回転軸を中心として回転可能に支持され、該回転軸を中心に回転することにより該複数の保持面の姿勢を該放電容器の開口に対向する姿勢と該壁部の単一の開口に対向する姿勢との間で変化させることが好ましい。

真空チャンバ内において被加工物保持ユニットは、放電容器の開口に対向する位置と壁部の開口の位置との間で、直線移動可能に支持されているため、放電容器の開口に対向する位置と壁部の開口位置との間の移動を直線移動により最短距離で行うことができる。また、被加工物保持面に平行な回転軸を中心として回転可能に支持されているため、被加工物保持面を放電容器の開口に対向する位置において容易に放電容器の開口に対向させたり、壁部の開口位置において壁部の開口からロードロック室側へ露出させる向きに被加工物保持面を指向させたりすることができる。

また、該被加工物保持ユニットが少なくとも該放電容器の開口に対向する位置にあるときに、該真空チャンバ内において該壁部の開口及び開口近傍の該壁部の部分に対向配置されるシャッターが設けられていることが好ましい。

被加工物保持ユニットが少なくとも放電容器の開口に対向する位置にあるときに、真空チャンバ内において壁部の開口及び開口近傍の壁部の部分に対向配置されるシャッターが設けられているため、真空チャンバ内における壁部の開口近傍の部分をイオンビームから保護することができる。壁部の開口近傍の部分には、例えば、真空チャンバ内の高真空維持のために鍔部を壁部の開口近傍の部分に密着当接させるための機構やシール部材等が設けられるが、これらの部材等がイオンビーム照射により損傷してしまうことを防止することができる。このため、繰返し多数の被加工物を加工する場合であっても、鍔部を壁部の開口を画成する部分に密着固定させ続けることができ、真空チャンバを確実にシールし続けることができる。

また、略板状をなし、一方の面が該放電容器の開口に対向可能であり、該一方の面から該一方の面に対向する他方の面へ貫通し該被加工物保持面と略同一の形状をなす貫通孔が形成された保護板を備え、該被加工物保持ユニットが該放電容器の開口に対向する位置にあるときに、該一方の面が該放電容器の開口に対向し、該保護板の該貫通孔を介して該他方の面側から該一方の面側へ該被加工物保持面が露出され、該貫通孔を画成する該保護板の部分は該鍔部と該放電容器の開口との間の位置に配置されることが好ましい。

略板状をなし、一方の面が放電容器の開口に対向可能であり、一方の面から一方の面に対向する他方の面へ貫通し被加工物保持面と略同一の形状をなす貫通孔が形成された保護板を備え、被加工物保持ユニットが放電容器の開口に対向する位置にあるときに、一方の面が放電容器の開口に対向し、保護板の貫通孔を介して他方の面側から一方の面側へ被加工物保持面が露出され、貫通孔を画成する保護板の部分は鍔部と放電容器の開口との間の位置に配置されるため、鍔部の部分をイオンビームから保護することができる。鍔部の部分には、例えば、壁部の開口近傍部分に密着当接させるためのシール部材等が設けられるが、このようなシール部材等がイオンビーム照射により損傷してしまうことを防止することができる。このため、繰返し多数の被加工物を加工する場合であっても、シール部材を介して鍔部を壁部の開口を画成する部分に密着固定させ続けることができ、真空チャンバを確実にシールし続けることができる。

また、該被加工物保持ユニットには該被加工物保持面を冷却するための冷却手段が設けられていることが好ましい。被加工物保持ユニットには、被加工物保持面を冷却するための冷却手段が設けられているため、被加工物を被加工物保持面に密着固定させることで、冷却効率を向上させることができる。このため、イオンビーム照射による素子等の被加工物の温度上昇を防止することができ、温度上昇による損傷を防止することができる。

また、本発明は、開口が形成された放電容器と該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該放電容器の開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極とを備えるイオン源と、該放電容器の開口に接続され、該放電容器の開口において該引出電極を介して該放電容器内と連通する真空チャンバと、開口が形成された壁部により該真空チャンバと区画され、該壁部の開口を介して該真空チャンバと連通可能なロードロック室と、被加工物を保持するための被加工物保持面を有する被加工物保持ユニット本体部と該被加工物保持ユニット本体部の外面に設けられた鍔部とを備え該真空チャンバ内において該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の開口の位置との間で移動可能な被加工物保持ユニットとを有し、該ロードロック室内と大気との連通／遮断を切換え可能な開閉扉が設けられ、該鍔部は、該被加工物保持ユニットの外面を該被加工物保持面を有する一の側と他の側とに区画し、該被加工物保持ユニットが該壁部の開口の位置に移動したときに該壁部の開口を画成する該壁部の部分と密着当接可能であり、該被加工物保持ユニット本体部が該壁部の開口位置に移動したときに、該鍔部と該被加工物保持ユニット本体部とで該壁部の開口を閉塞すると共に該被加工物保持面は該壁部の開口をとおして該ロードロック室側へ露出可能であり、該被加工物保持面は常時鉛直方向に指向しているミリング装置を提供している。被加工物保持面は常時鉛直方向に指向しているため、被加工物に対するイオンビームによるエッチング加工処理により発生したパーティクルが被加工物保持面上に付着しにくくすることができる。このため、被加工物保持面上の掃除にかかる工程を短時間で行うことができる。

以上より、本発明は、搬送ミスが少なくイオンビームによるエッチング処理時に被加工物の冷却を充分に行うことができるミリング装置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１０に基づき説明する。ミリング装置は、より具体的には、イオン源からのイオンビームによって被加工物たる基板をエッチングする装置である。基板としては、例えば、特開平７−２２１０８１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、薄膜磁気ヘッドのスライダ等をエッチングする。ミリング装置１は、イオンビームを発生させるイオン源１０と、イオンビームが照射される基板Ｐ（図４）を収容する真空チャンバ２０と、処理前の基板Ｐを待機させるロードロック室４０とを有している。真空チャンバ２０は壁部２０Ａにより画成されている。

真空チャンバ２０の外部には、真空チャンバ第１真空ポンプ２１、真空チャンバ第２真空ポンプ２２が設けられており、これらは、排気バルブ２３、２３を介して真空チャンバ２０内に連通する。真空チャンバ第１真空ポンプ２１、真空チャンバ第２真空ポンプ２２を駆動させることにより、真空チャンバ２０内は１０^−４Ｐａ台程度の真空の状態とされる。また、真空チャンバ２０の外部には、後述のイオン源１０からのイオンビームを中和するための電子中和器２４が設置されている。例えばイオンビームがＡｒ＋等の陽イオンの場合には、電子中和器２４から電子が放出され、真空チャンバ２０内の空間電荷が中和される。

また、真空チャンバ２０の外部にはロードロック扉４１が設けられている。ロードロック扉４１は略直方体形状をなしており、その一の面全面が開口をなす。開口をなす一の面を規定する一辺は、蝶番により真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａに支承されており、当該一辺を回動軸としてロードロック扉４１は回動可能に構成されている。ロードロック扉４１の開口部４１Ａには図示せぬシール部材と図示せぬボルトの受け部とが設けられており、ロードロック扉４１を回動させることにより、図１に示されるように、ロードロック扉４１の開口部４１Ａを、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａであって図１に示される左端をなす部分に図示せぬシール部材を介して密着当接させる。更に図示せぬボルトで図示せぬボルト受け部を壁部２０Ａに固定して密閉することで、当該壁部２０Ａの部分とロードロック扉４１とでロードロック室４０を画成する。また、ロードロック扉４１を回動させることによりロードロック扉４１が開いた状態となっているとき、即ち、図６に示されるように、ロードロック扉４１の開口部４１Ａが、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａであって図１に示される左端をなす部分から離間した状態となっているときには、ロードロック扉４１内がロードロック室４０に相当する。ロードロック扉４１は開閉扉に相当する。

ロードロック扉４１の外部には、ロードロック第１真空ポンプ４２、ロードロック第２真空ポンプ４３が設けられており、これらは、排気バルブ４４を介してロードロック室４０内に連通する。後述のようにロードロック室４０が密閉された状態のときに、ロードロック第１真空ポンプ４２、ロードロック第２真空ポンプ４３を駆動させることにより、ロードロック室４０内は１０^−３Ｐａ台程度の真空の状態とされる。

イオン源１０は、それぞれ図示せぬ略円筒形状をなす真空容器と、略円筒形状をなす放電容器と、放電容器外に設けられ放電容器内にプラズマＰを発生させるためのコイルと、コイルに高周波電力を供給する後述の高周波電源と、放電容器内に生成されたプラズマ中のイオンを放電容器の後述する開口１０ａから引出してイオンビームを発生させる引出電極とを備えている。

放電容器は真空容器内に真空容器と同軸的に配置されている。放電容器は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料を主成分として構成され、軸方向の一端に開口１０ａが形成された円筒状に形成されている。真空容器の一端にも開口が形成されており、真空容器の開口の近傍位置に放電容器の開口１０ａが配置されている。真空容器の開口は、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａに形成された貫通孔に接続されており、貫通孔を介して真空容器の内部は真空チャンバ２０内に連通し、放電容器の内部は後述する引出電極２４を介して真空チャンバ２０内に連通している。放電容器の軸方向は、図１０（ａ）に示されるような放電容器の開口１０ａに対向する位置に基板冷却ホルダユニット６０が配置されているときの、後述の被加工物保持面６２に対して略４５°の角度をなして斜め上方へ指向している。図１０（ａ）において上方は鉛直上方に一致し、下方は鉛直下方に一致する。放電容器の軸方向の他端には、ガス供給装置から放電容器内へとガスを供給する供給管が接続される供給口が形成されている。

コイルは、真空容器内であって放電容器外に設けられている。コイルは、放電容器内にその軸心が位置するように設けられている。コイルには、高周波整合器を介して高周波電源が接続されている。高周波電源は、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。高周波電源は、放電容器の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイルに印加している。上記の構成により、高周波電源は、高周波整合器によって、コイルに所定の高周波電力を供給することができる。

引出電極は、スクリーングリッド、加速グリッド及び減速グリッドを有する。スクリーングリッド、加速グリッド及び減速グリッドは、放電容器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、加速グリッド及び減速グリッドは、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は、プラズマと加速グリッドとを分離する。スクリーングリッドには、例えば、プラズマの高電圧を連続的に印加するための直流電源が接続されている。スクリーングリッドに印加される電圧は、例えば４００〜１５００Ｖである。スクリーングリッドに印加される電圧は、イオンビームのイオンビームエネルギーを決定する。

加速グリッドには、マイナスの高電圧を連続的に印加するための直流電源が接続されている。加速グリッドに印加される電圧は、例えば−２００〜−１０００Ｖである。また、減速グリッドは接地されている。放電容器内においてプラズマから引出されたイオンは、スクリーングリッド、加速グリッド、減速グリッドにそれぞれ形成された穴を通して放電容器外へ放射されイオンビームとなる。引出電極は、加速グリッドと減速グリッド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。

真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａであって図１に示される左端をなす部分には、開口２０ａが形成されている。開口２０ａは、図１に示される状態で真空チャンバ２０とロードロック室４０とを連通するように壁部２０Ａを貫通して形成されている。開口２０ａは、後述する基板冷却ホルダユニット６０の基板保持端部６０Ａの部分と略同一形状をなしており、基板保持端部６０Ａを挿入可能である。後述のように基板保持端部６０Ａを挿入してゆき、後述の鍔部６５が開口２０ａを画成する壁部２０Ａの部分に密着当接することにより、真空チャンバ２０内とロードロック室４０内との連通が遮断される。

真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａであって図１に示される左端をなす部分の開口２０ａ近傍部分には、ホルダユニット固定機構２５が設けられている。ホルダユニット固定機構２５は、開口２０ａの周方向に所定の間隔を隔てて配置された６つの爪部２５Ａを有しており、爪部２５Ａは、後述のように基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５を開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に押圧することで、鍔部６５を開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に密着当接させることができるように構成されている。

また、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａであって図１に示される左端をなす部分の開口２０ａ近傍部分には、シャッター２６が設けられている。シャッター２６は、図５に示されるように、２つの半円形の板状をなしており、後述の基板保持端部６０Ａが壁部２０Ａの開口２０ａ内に挿入されていないときに、２つの半円形で円をなして、壁部２０Ａの開口２０ａ及び開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に対向配置可能である。このように対向配置されることにより、壁部２０Ａの開口２０ａを遮蔽すると共に、壁部２０Ａの開口２０ａ及び壁部２０Ａの開口２０ａを画成する壁部２０Ａの部分にイオンビームが照射されることを防止するように遮蔽する。

このため、壁部２０Ａの開口２０ａ近傍の部分に設けられているホルダユニット固定機構２５の爪部２５Ａや、開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分からなり鍔部６５が押圧されるシール面等が、イオン源１０からのイオンビーム照射により損傷してしまうことを防止することができる。このため、繰返し多数の被加工物Ｐを加工する場合であっても、ホルダユニット固定機構２５により鍔部６５を開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に密着固定させ続けることができ、真空チャンバ２０を確実にシールし続けることができる。

真空チャンバ２０内部には、基板冷却ホルダユニット６０が設けられている。基板冷却ホルダユニット６０は図示せぬレール上に載置されており、真空チャンバ２０内を、図１に示されるようにイオン源１０の放電容器の開口１０ａに対向する位置と、図６に示されるように壁部２０Ａの開口２０ａに基板保持端部６０Ａを挿入している位置との間で直線移動可能である。

より詳細には、図２に示されるように基板冷却ホルダユニット６０は、第１回転台座７１によって後述の被加工物保持面６２に平行且つ図２の上下方向、即ち鉛直方向に指向するな第１回転軸を中心として回転可能に支持されており、第１回転台座７１は、第１回転軸から離間し第１回転軸と平行の位置関係にある第２回転軸を中心として回転可能な第２回転台座７２に支持されている。第２回転台座７２の上部の回転部分には、移動シールド駆動装置７３が設けられており、移動シールド駆動装置７３は、移動シールド７４を後述する基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の軸方向へ移動可能に支持している。移動シールド７４は、後述する基板冷却ホルダユニット６０の軸方向に垂直の方向へ指向する一対の面を有する略板状なしており、被加工物保持面６２と略同一の形状をなす貫通孔７４ａが当該一対の面を結ぶようにして形成されている。イオンビームによってエッチング処理加工が行われるときに、貫通孔７４ａに基板保持端部６０Ａが挿入され、移動シールド７４に後述の基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５が当接した状態とされるように構成されている。移動シールド７４は保護板に相当する。

第２回転台座７２は図示せぬレール上に載置されており、第２回転台座７２にはベローズ７５の一端が接続されている。ベローズ７５の他端は真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａに接続されている。第２回転台座７２が駆動することにより第２回転台座７２、第１回転台座７１、及び基板冷却ホルダユニット６０が一体で、レール上を図１に示されるような放電容器の開口１０ａに対向する位置と、図６に示されるような壁部２０Ａの開口２０ａに後述の基板保持端部６０Ａを挿入している位置との間で直線移動するように構成されている。

基板冷却ホルダユニット６０は略円柱形状をなす本体部６１を有し、本体部６１の内部は気体が通り抜けられないようになっており、本体部６１の軸方向の一端面は、被加工物Ｐを保持する被加工物保持面６２を有している。より具体的には、基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の一端面は、略円形をなす被加工物保持面６２をなしており、被加工物保持面６２は、被加工物Ｐに密着当接する略円形の冷却プレート６３（図４）の表面たる後述の保持面６３Ａと、シールドカバー６４とから構成されている。冷却プレート６３は、図３に示されるように、被加工物保持面６２の周縁近傍の位置において被加工物保持面６２の周方向に等間隔で３つ設けられている。本体部６１は被加工物保持ユニット本体部に相当し、基板冷却ホルダユニット６０は被加工物保持ユニットに相当する。

冷却プレート６３は、被加工物Ｐを保持するためのクランプ６３Ｂを備える保持面６３Ａをそれぞれ有しており、保持面６３Ａは後述の冷却プレート６３の回転軸に対して垂直をなす。また、冷却プレート６３の内部であって保持面６３Ａ近傍部分には、冷却水を流すための図示せぬ冷却水流路が形成されている。

被加工物保持面６２は、基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の軸心を中心として回転可能であり、冷却プレート６３は、その中心を回転軸として自転すると共に被加工物保持面６２の回転軸を中心をとして公転する。より具体的には、基板冷却ホルダユニット６０には、図３、図４に示されるように、基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１に対して回転不能に設けられた歯車８１と、基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１に対して固定されたモータ８２（図４）とを有している。モータ８２の出力軸はカップリング８２Ｂ及び真空回転シール８２Ｃを通して図４の上方へ延出しており、その上端には歯車８２Ａが当該出力軸と一体で回転可能に設けられ、歯車８２Ａには歯車８１と同軸的に配置された内歯歯車８３が噛合している。

内歯歯車８３は、歯車８１と略同軸的に設けられた略円盤形状をなす回転プレート８３Ａの周縁に沿って当該周縁近傍部に設けられており、回転プレート８３Ａの図４に示される上端には、冷却プレート６３の回転軸を回転可能に支承する略円筒形状をしたロータリージョイント８３Ｂが回転プレート８３Ａに固定されて設けられている。冷却プレート６３の回転軸はロータリージョイント８３Ｂの軸心位置に配置されロータリージョイント８３Ｂを貫通している。冷却プレート６３の回転軸の図４に示される下端には歯車６３Ｃが回転軸と一体回転可能に設けられており、歯車６３Ｃは歯車８１の軸心を中心として公転可能に設けられた歯車８４に噛合している。

モータ８２が駆動することにより歯車８２Ａが回転し、内歯歯車８３が回転プレート８３Ａ及びロータリージョイント８３Ｂと一体で回転する。すると、ロータリージョイント８３Ｂに支承されている冷却プレート６３が回転プレート８３Ａの回転軸を中心として公転する。この際、歯車８１は基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１に対して回転不能であるため、歯車８１に噛合する歯車８４と歯車８４に噛合する歯車６３Ｃとが回転し、冷却プレート６３を回転（自転）させるように構成されている。

歯車８１は、略円筒形状をしたロータリージョイント８１Ａの外周に固定されている。従ってロータリージョイント８１Ａは、歯車８１同様基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１に対して回転不能である。歯車８１及びロータリージョイント８１Ａの軸心位置には主軸６４Ａが配置されている。主軸６４Ａは歯車８１及びロータリージョイント８１Ａに対して回転可能に構成されており、また、連結部材を介して回転プレート８３Ａに連結されている。従って、主軸６４Ａと回転プレート８３Ａとは一体回転可能に構成されている。

主軸６４Ａの内部には、図４の上下方向に延出する図示せぬ２本の冷却水流路が形成されている。図示せぬ冷却水流路は、図４における主軸６４Ａの上端において冷却水チューブ６４Ｂ、６４Ｂに接続されており、冷却チューブ６４Ｂ、６４Ｂは冷却プレート６３の冷却水流路の入口、出口にそれぞれ接続されている。また図示せぬ冷却水流路は、主軸６４Ａの下端において図示せぬいわゆる回転継手を介して冷却チューブ６４Ｃ、６４Ｃにそれぞれ接続されている。一方の冷却チューブ６４Ｃはロータリージョイント８１Ａを貫通して図示せぬ冷却水供給装置に接続され、他方の冷却チューブ６４Ｃはロータリージョイント８１Ａを貫通して図示せぬ冷却水排水装置に接続されている。

図２に示されるように、略円柱形状をなす基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の周面上であって、基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の軸方向の一端面たる被加工物保持面６２から他端へ所定の距離だけ離間した部分には、周面から基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の半径方向外方へ延出する鍔部６５が設けられている。基板冷却ホルダユニット６０の、鍔部６５よりも本体部６１の軸方向の一端面側の部分は、基板保持端部６０Ａをなす。鍔部６５の基板保持端部６０Ａ側には、図示せぬシール部材が基板冷却ホルダユニット６０の本体部６１の周面に沿って設けられており、後述のように鍔部６５と真空チャンバ２０の開口２０ａを画成する壁部２０Ａの部分とが図示せぬシール部材を介して密着当接するように構成されている。

ミリング装置１でイオンビームによりエッチング加工処理を行う際には、先ず、図６に示されるように、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａの開口２０ａに基板冷却ホルダユニット６０の基板保持端部６０Ａを挿入して壁部２０Ａの開口２０ａを閉塞し、被加工物保持面６２を壁部２０Ａの開口２０ａからロードロック室４０側へ露出させた状態とする。そして、ホルダユニット固定機構２５の複数の爪部２５Ａによって基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５を、鍔部６５の図示せぬシール部材を介して開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に押圧することで密着当接させる。このことにより、真空チャンバ２０を密閉状態とする。次に、真空チャンバ第１真空ポンプ２１（図１）、真空チャンバ第２真空ポンプ２２を用いて、真空チャンバ２０内を１０^−４Ｐａ台程度の真空の状態とする。

次に、図６に示されるようにロードロック扉４１を開いた状態とし、人手により冷却プレート６３（図４）にそれぞれ被加工物Ｐたる基板を密着当接させた状態で保持させる。次に、図７に示されるように、ロードロック扉４１を閉じて、ロードロック室４０と大気との連通を遮断した状態とする。次に、図示せぬスイッチを操作することにより、ロードロック第１真空ポンプ４２（図１）、ロードロック第２真空ポンプ４３を駆動開始させ、ロードロック室４０内を１０^−３Ｐａ台程度の真空の状態とする。

次に、ホルダユニット固定機構２５の複数の爪部２５Ａによって基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５を解放し、図７〜図９に示されるように、第２回転台座７２を駆動させることにより図示せぬレール上において基板冷却ホルダユニット６０をレールに沿って直線移動させ、図１０に示されるような放電容器の開口１０ａに対向する位置へ移動させる。この移動中に、移動シールド７４を基板冷却ホルダユニット６０の軸方向へ移動させてゆき、図９、図１０に示されるように、移動シールド７４の貫通孔７４ａに基板保持端部６０Ａが挿入され、移動シールド７４の貫通孔７４ａを介して移動シールド７４の他方の面側から一方の面側へ被加工物保持面６２を露出させ、移動シールド７４に基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５が当接した状態とする。

また、この移動中に、図８に示されるように、シャッター２６を移動させて壁部２０Ａの開口２０ａ及び開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に対向させた状態とし、壁部２０Ａの開口２０ａを遮蔽すると共に、壁部２０Ａの開口２０ａ及び壁部２０Ａの開口２０ａを画成する壁部２０Ａの部分にイオンビームが照射されることを防止するように遮蔽する。また、この移動中に第１回転台座７１により基板冷却ホルダユニット６０を１８０°回転させて図７（ａ）に示される状態から図８（ａ）に示される状態とし、更に第２回転台座７２により基板冷却ホルダユニット６０、移動シールド７４、移動シールド駆動装置７３、及び第１回転台座７１を４５°回転させて図９（ｂ）に示される状態から図１０（ｂ）に示される状態とする。なお、作図の都合上、図１０（ａ）における基板冷却ホルダユニット６０、移動シールド７４、移動シールド駆動装置７３、及び第１回転台座７１が図９（ａ）と同じ姿勢として描画されているが、実際には、図１０（ｂ）に対応するように放電容器の開口１０ａへ対向する姿勢となる。

次に、電子中和器２４から電子ビームを出射し、イオン源１０からイオンビームを被加工物Ｐたる基板に対して照射することによりエッチング処理加工を行う。エッチング処理加工を行っている間中モータ８２は駆動され、冷却プレート６３は冷却プレート６３の回転軸を中心として自転しながら主軸６４Ａを中心として公転する。

次に、第２回転台座７２を駆動させることにより図示せぬレール上において基板冷却ホルダユニット６０をレールに沿って直線移動させ、図１０に示されるような放電容器の開口１０ａに対向する位置から、図６に示されるように、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａの開口２０ａに基板冷却ホルダユニット６０の基板保持端部６０Ａを挿入した状態とする。この移動中に、移動シールド７４を基板冷却ホルダユニット６０の軸方向へ基板冷却ホルダユニット６０から離間するように移動させてゆき、図８、図７に示されるように、移動シールド７４の通孔から基板保持端部６０Ａを離脱させる。

また、この移動中に、図６に示されるように、シャッター２６を移動させて壁部２０Ａの開口２０ａ及び開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に対向していない位置へ配置させる。また、この移動中に第２回転台座７２により基板冷却ホルダユニット６０、移動シールド７４、移動シールド駆動装置７３、及び第１回転台座７１を４５°回転させて図１０（ｂ）に示される状態から図９（ｂ）に示される状態とし、更に第１回転台座７１により基板冷却ホルダユニット６０を１８０°回転させて図８（ａ）に示される状態から図７（ａ）に示される状態とする。

次に、ホルダユニット固定機構２５の複数の爪部２５Ａによって基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５を鍔部６５のシール部材を介して開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に押圧することで、鍔部６５を鍔部６５のシール部材を介して開口２０ａ近傍の壁部２０Ａの部分に密着当接させる。このことにより、真空チャンバ２０を密閉状態とする。次に、ロードロック室４０内を大気圧になるまでベントし、次にロードロック扉４１が開かれる。そして、人手により冷却プレート６３から被加工物Ｐたる基板が取り外され、次に加工される基板が冷却プレート６３に保持される。以上の工程を繰返し行うことにより、連続してイオンビームによるエッチング処理加工が行われる。

図６に示されるように、真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａの開口２０ａに基板冷却ホルダユニット６０の基板保持端部６０Ａを挿入した状態とし真空チャンバ２０を密閉状態としてから、ロードロック室４０内を大気圧になるまでベントし基板の出入れを行い、次のエッチング処理加工の工程でロードロック室４０内を１０^−３Ｐａ台程度の真空の状態とし、ホルダユニット固定機構２５の複数の爪部２５Ａによって基板冷却ホルダユニット６０の鍔部６５を解放し、基板冷却ホルダユニット６０の基板保持端部６０Ａが真空チャンバ２０を画成する壁部２０Ａの開口２０ａに挿入されていない状態とされるまでの間、真空チャンバ２０内は１０^−４Ｐａ台程度の真空の状態が維持されている。なお、ロードロック室内は、基板等の被加工物を基板冷却ホルダユニット６０に取付けずに処理を待っている状態のときには、ロードロック扉は閉じられた状態とされ、ロードロック室内は窒素若しくはその他の不活性ガスか、又はドライエアーで大気圧に保持される。

上述のように、ロードロック扉４１によりロードロック室４０内と大気とを連通した状態として、被加工物保持面６２を壁部２０Ａの開口２０ａからロードロック室４０側へ露出させることができる。このため、被加工物保持面６２に対して被加工物Ｐを保持させたり、被加工物Ｐを取外したりすることを人手で確実に行うことができる。即ち、真空中ではなく大気中において人手で、被加工物保持面６２に対して被加工物Ｐを保持させたり被加工物Ｐを取外したりすることができるため、従来のように、真空チャンバ内において真空ロボットが被加工物保持面に対して正確に被加工物を密着させた状態で保持させることができない等の搬送ミスを防止することができる。

被加工物Ｐを被加工物保持面６２に確実に密着させて保持させることができるため、被加工物保持面６２に密着保持された被加工物Ｐを、充分に冷却された保持面６３Ａにより充分に冷却することができ、イオンビームによるエッチング加工中に被加工物Ｐが高温になり焼損してしまうことを防止することができる。また、真空ロボットが不要になるため、真空ロボットにかかる費用を削減することができる。

また、真空チャンバ２０内の真空状態を維持したまま被加工物保持面６２を大気下に露出させることができるため、被加工物保持面６２の部分のメンテナンスを容易とすることができ、被加工物保持面６２のクリーニング（パーティクルの除去）や、シールドカバー６４や被加工物Ｐを保持するためのクランプ６３Ｂ等の消耗部材の交換やメンテナンス等を極めて容易に行うことができ、生産性を向上させることができる。これらのことより、イオンビームによるエッチング加工処理等のミリング処理を、高確率で繰返し行うことができる。

被加工物保持面が水平方向に常時指向しているミリング装置では、イオンビームによるエッチング加工処理により発生したパーティクルが被加工物保持面上に付着しやすい。被加工物保持面が水平方向に常時指向しているミリング装置では、発生したパーティクルがそのまま被加工物保持面上に載置されてしまうからである。しかし、本実施の形態では、被加工物保持面６２は鉛直方向に常時指向しているため、パーティクルが被加工物保持面６２上に付着しにくく、また、被加工物Ｐの出入れの際に被加工物保持面６２上の清掃が可能であるため、ミリング装置１を解放して内部の清掃をするサイクルを格段に長くすることができる。本ミリング装置１の清掃サイクルは、主にイオン源１０内部の汚れ及び引出電極の汚れに因る。本実施の形態では、被加工物Ｐたる基板の処理枚数で見ると従来のミリング装置の約３倍の枚数に一度の程度の清掃サイクルで済むようになる。

また、真空チャンバ２０内において基板冷却ホルダユニット６０は、直線移動可能に支持されているため、イオン源１０の放電容器の開口１０ａに対向する位置と壁部２０Ａの開口２０ａ位置との間の移動を直線移動により最短距離で行うことができる。また、被加工物保持面６２に平行な回転軸を中心として回転可能に支持されているため、被加工物保持面６２に平行な回転軸を中心として回転することにより、放電容器の開口１０ａに対向する位置において被加工物保持面６２を容易に放電容器の開口１０ａに対向させたり、壁部２０Ａの開口２０ａ位置において壁部２０Ａの開口２０ａからロードロック室４０側へ被加工物保持面６２を容易に指向させて露出させることができる。

また、シャッター２６が設けられているため、真空チャンバ２０内における壁部２０Ａの開口１０ａ近傍の部分をイオンビームから保護することができる。このため、壁部２０Ａの開口１０ａ近傍の部分に設けられたホルダユニット固定機構２５の爪部２５Ａや図示せぬシール部材等がイオンビーム照射により損傷してしまうことを防止することができる。このため、繰返し多数の被加工物Ｐを加工する場合であっても、鍔部６５を壁部２０Ａの開口１０ａを画成する部分に密着固定させ続けることができ、真空チャンバ２０を確実にシールし続けることができる。

また、移動シールド７４が設けられているため、鍔部６５の部分をイオンビームから保護することができる。鍔部６５の部分には、壁部２０Ａの開口２０ａ近傍部分に密着当接させるためのシール部材が設けられているが、このようなシール部材がイオンビーム照射により損傷してしまうことを防止することができる。このため、繰返し多数の被加工物Ｐを加工する場合であっても、シール部材を介して鍔部６５を壁部２０Ａの開口２０ａを画成する部分に密着固定させ続けることができ、真空チャンバ２０を確実にシールし続けることができる。

また、基板冷却ホルダユニット６０には、保持面６３Ａを冷却するための冷却流路が形成されているため、被加工物Ｐを保持面６３Ａに密着固定させることで、冷却効率を向上させることができる。このため、イオンビーム照射によって基板、素子等の被加工物Ｐの温度上昇を防止することができ、温度上昇による損傷を防止することができる。

本発明によるミリング装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、真空チャンバの形状やロードロック室の形状は本実施の形態における真空チャンバの形状やロードロック室の形状に限定されない。

本発明は、イオンビームを照射してエッチング処理加工を行うミリング装置の分野において利用可能である。

本発明の実施の形態によるミリング装置を示す上方視説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置を示す側方視説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置の冷却プレートを自公転させる構成を示す前方視説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置の冷却プレートを自公転させる構成を示す側方視説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置をロードロック室側から見た説明図であり、（ａ）はロードロック扉が閉じたときのロードロック扉の位置を示す図、（ｂ）はロードロック扉が開いた状態を示す図。本発明の実施の形態によるミリング装置における被加工物の装着時を示す説明図であり、（ａ）は側方視の説明図、（ｂ）は平面視の説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置において基板冷却ホルダユニットが直線移動をしている状態を示す説明図であり、（ａ）は側方視の説明図、（ｂ）は平面視の説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置においてシャッターが壁部の開口を遮蔽している様子を示す説明図であり、（ａ）は側方視の説明図、（ｂ）は平面視の説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置において基板冷却ホルダユニットが直線移動をしている状態を示す説明図であり、（ａ）は側方視の説明図、（ｂ）は平面視の説明図。本発明の実施の形態によるミリング装置において基板冷却ホルダユニットが放電容器の開口に対向する位置に配置された状態を示す説明図であり、（ａ）は側方視の説明図、（ｂ）は平面視の説明図。

符号の説明

１ミリング装置
１０イオン源
１０ａ開口
２０真空チャンバ
２０Ａ壁部
２５Ａ鍔部
２６シャッター
４０ロードロック室
４１ロードロック扉
４２第２回転台座
６０基板冷却ホルダユニット
６１本体部
６２被加工物保持面
６４Ｂ、６４Ｃ冷却チューブ
７１第１回転台座
７４移動シールド
７４ａ貫通孔
Ｐ被加工物

Claims

開口が形成された放電容器と該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該放電容器の開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極とを備えるイオン源と、
該放電容器の開口に接続され、該放電容器の開口において該引出電極を介して該放電容器内と連通する真空チャンバと、
開口が形成された壁部により該真空チャンバと区画され、該壁部の単一の開口を介して該真空チャンバと連通可能なロードロック室と、
被加工物を保持するための複数の保持面を備える被加工物保持面を有する被加工物保持ユニット本体部と該被加工物保持ユニット本体部の外面に設けられた鍔部とを備え該真空チャンバ内において該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の単一の開口の位置との間で移動可能な被加工物保持ユニットとを有し、
該ロードロック室内と大気との連通／遮断を切換え可能な開閉扉が設けられ、
該鍔部は、該被加工物保持ユニットの外面を該複数の保持面を有する一の側と他の側とに区画し、該被加工物保持ユニットが該壁部の開口の位置に移動したときに該壁部の開口を画成する該壁部の部分と密着当接可能であり、
該被加工物保持ユニット本体部が該壁部の単一の開口位置に移動したときに、該鍔部と該被加工物保持ユニット本体部とで該壁部の単一の開口を閉塞すると共に全ての該保持面は該壁部の単一の開口をとおして該ロードロック室側へ同時に露出可能であることを特徴とするミリング装置。
該真空チャンバ内において該被加工物保持ユニットは、該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の単一の開口の位置との間を直線移動可能、且つ該被加工物保持面に平行な回転軸を中心として回転可能に支持され、該回転軸を中心に回転することにより該複数の保持面の姿勢を該放電容器の開口に対向する姿勢と該壁部の単一の開口に対向する姿勢との間で変化させることを特徴とする請求項１記載のミリング装置。
該被加工物保持ユニットが少なくとも該放電容器の開口に対向する位置にあるときに、該真空チャンバ内において該壁部の開口及び開口近傍の該壁部の部分に対向配置されるシャッターが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のミリング装置。
略板状をなし、一方の面が該放電容器の開口に対向可能であり、該一方の面から該一方の面に対向する他方の面へ貫通し該被加工物保持面と略同一の形状をなす貫通孔が形成された保護板を備え、
該被加工物保持ユニットが該放電容器の開口に対向する位置にあるときに、該一方の面が該放電容器の開口に対向し、該保護板の該貫通孔を介して該他方の面側から該一方の面側へ該被加工物保持面が露出され、該貫通孔を画成する該保護板の部分は該鍔部と該放電容器の開口との間の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一記載のミリング装置。
該被加工物保持ユニットには該被加工物保持面を冷却するための冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一記載のミリング装置。
開口が形成された放電容器と該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該放電容器の開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極とを備えるイオン源と、
該放電容器の開口に接続され、該放電容器の開口において該引出電極を介して該放電容器内と連通する真空チャンバと、
開口が形成された壁部により該真空チャンバと区画され、該壁部の開口を介して該真空チャンバと連通可能なロードロック室と、
被加工物を保持するための被加工物保持面を有する被加工物保持ユニット本体部と該被加工物保持ユニット本体部の外面に設けられた鍔部とを備え該真空チャンバ内において該放電容器の開口に対向する位置と該壁部の開口の位置との間で移動可能な被加工物保持ユニットとを有し、
該ロードロック室内と大気との連通／遮断を切換え可能な開閉扉が設けられ、
該鍔部は、該被加工物保持ユニットの外面を該被加工物保持面を有する一の側と他の側とに区画し、該被加工物保持ユニットが該壁部の開口の位置に移動したときに該壁部の開口を画成する該壁部の部分と密着当接可能であり、
該被加工物保持ユニット本体部が該壁部の開口位置に移動したときに、該鍔部と該被加工物保持ユニット本体部とで該壁部の開口を閉塞すると共に該被加工物保持面は該壁部の開口をとおして該ロードロック室側へ露出可能であり、
該被加工物保持面は常時鉛直方向に指向していることを特徴とするミリング装置。