JP5246474B2 - Milling apparatus and milling method - Google Patents
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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。 The present invention relates to a milling processing apparatus and a milling processing method.
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。 There is known a milling apparatus that performs an etching process by irradiating the surface of a workpiece such as a substrate with an ion beam or a neutral particle beam.
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。
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。 However, the above-described surface treatment apparatus irradiates an ion beam or a neutral particle beam from a direction orthogonal to the surface of the sample. Since physical etching using an ion beam and a neutral particle beam is strong, there is a problem that the sample is excessively shaved. Also, when processing a workpiece made of multiple different materials, the resistance to physical etching and chemical reactivity differ depending on the material, so the surface of the workpiece is leveled with an ion beam and neutral particle beam. There was a problem that I could not.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a milling apparatus and a milling method for leveling the surface of a workpiece made of different materials.
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、ネオンを原料とする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。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a processing chamber, a workpiece holder that is disposed in the processing chamber and holds the workpiece, and a processing surface of the workpiece has an angle of 80 to 90 °. the incident angle, and a supply capable radical source to the processing surface of the workpiece radical, the incidence angle of 0 ° with respect to the machined surface of the workpiece, a neutral particle beam neon as a raw material And a neutral particle beam source capable of irradiating the workpiece.
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で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、中性粒子ビームは、アルゴンよりも原子量の小さいネオンを原料とするため、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。 According to such a milling apparatus, radicals are supplied from the radical source to the processed surface of the workpiece at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processed surface of the workpiece. Therefore, when processing a workpiece composed of a plurality of materials, a portion where a material having low resistance to physical etching (soft) is used in the workpiece is substantially orthogonal to the processing surface. A material (hard) having high resistance to physical etching can be cut without being cut too much in the direction. In addition, the neutral particle beam source irradiates the neutral particle beam at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the processed surface of the work piece, so that a portion where a chemically stable material is used is physically etched. Can be supplementarily processed. Therefore, it is possible to make up the processing surface of the workpiece by flattening the unevenness of the processing amount due to radicals with the neutral particle beam. In addition, since the neutral particle beam is used as the beam irradiated to the workpiece, it is possible to prevent the workpiece from being electrically influenced as compared with the case of using the ion beam as the beam. Further, since the neutral particle beam uses neon having an atomic weight smaller than that of argon as a raw material, the workpiece is not excessively shaved by the neutral particle beam.
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。 Further, it is preferable that the neutral particle beam source irradiates the workpiece with a neutral particle beam along a direction parallel to a processing surface of the workpiece.
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。 According to such a configuration, since the neutral particle beam is irradiated along a direction parallel to the processing surface of the workpiece, the workpiece is not excessively cut in a direction perpendicular to the processing surface. It is possible to cut a material (hard) having high resistance to physical etching.
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。 The neutral particle beam is preferably a beam obtained by mixing ionic particles and neutral particles.
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。 According to such a configuration, the neutral particle beam is a beam in which ion particles and neutral particles are mixed. Therefore, by adjusting the ratio of ion particles to neutral particles, the workpiece can be processed. The amount and processing speed can be adjusted.
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。 The radical source preferably includes an ion source that generates plasma, and a grid that is disposed between the processing chamber and the ion source and emits ion particles from the plasma generated in the ion source. .
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。 According to such a configuration, the radical source includes an ion source that generates plasma, and a grid that is disposed between the processing chamber and the ion source and emits ion particles from the plasma generated in the ion source. Compared with the case where only radicals are supplied from a radical source, etching with radicals can be performed in a state where the reactivity of the processed surface of the workpiece is increased. It should be noted that the energy provided by the ion particles from the grid is smaller than the energy required to extract the neutral particle beam in the neutral particle beam source.
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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。 Further, the present invention provides the above-described milling apparatus, wherein the workpiece is placed in the processing chamber from the radical source at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processing surface of the workpiece. While supplying radicals to the processed surface of the workpiece, and simultaneously using neon as a raw material from the neutral beam source to the workpiece at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the processed surface of the workpiece And a processing step of irradiating the active particle beam.
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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。 Further, the present invention provides the above-described milling apparatus, wherein the workpiece is placed in the processing chamber from the radical source at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processing surface of the workpiece. A radical supply step for supplying radicals to the work surface of the workpiece; and after the radical supply step , the neutral particle beam source from the neutral beam source at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the work surface of the workpiece. And a beam irradiation step of irradiating a workpiece with a neutral particle beam using neon as a raw material .
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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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80〜90°の入射角度で、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。 Further, the present invention provides the above-described milling apparatus , wherein the neutral particle beam source is arranged at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to a processing surface of the workpiece and an arrangement step of arranging the workpiece in a processing chamber. A beam irradiation step of irradiating the workpiece with a neutral particle beam using neon as a raw material, and after the beam irradiation step, at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to a processing surface of the workpiece. And a radical supply step of supplying radicals from a radical source to the processed surface of the workpiece.
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0〜10°の入射角度で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、中性粒子ビームは、アルゴンよりも原子量の小さいネオンを原料とするため、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。 According to such a milling method, when processing a workpiece composed of a plurality of materials, a portion where a material with low resistance to physical etching (soft) is used in the workpiece is processed. A material that is highly resistant to physical etching (hard) can be cut without being cut too much in a direction substantially perpendicular to the surface. In addition, the neutral particle beam source irradiates the neutral particle beam at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the processed surface of the work piece, so that a portion where a chemically stable material is used is physically etched. Can be supplementarily processed. Therefore, it is possible to make up the processing surface of the workpiece by flattening the unevenness of the processing amount due to radicals with the neutral particle beam. Further, since the neutral particle beam uses neon having an atomic weight smaller than that of argon as a raw material, the workpiece is not excessively shaved by the neutral particle beam.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a milling apparatus and a milling method for leveling the surface of a workpiece made of different materials.
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。 A milling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4B. A milling apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus that etches a substrate S with a radical R and a neutral particle beam NB, which will be described later. As the substrate S, for example, a substrate such as a thin film magnetic head as described in JP 2007-149308 A and JP 2007-287863 A can be cited.
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。
The milling apparatus 1 irradiates a
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。
A
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。
A
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PR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。
The radical source 3 includes a vacuum vessel (not shown), a
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。
The
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。
The
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PR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。
The
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PN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。
The neutral particle beam source 4 includes a vacuum vessel (not shown), a
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。
The
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, the
スクリーングリッド44は、プラズマPN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PN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。
The
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PN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。
The
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。
The
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。
A retarding
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。
The retarding
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。
A
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PN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PN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。
Connected to the
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。
The
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。
The rare
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。
The
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。 The milling process performed in the milling apparatus 1 mentioned above is demonstrated with reference to Fig.3 (a) thru | or FIG.4 (b). The milling process is a process of etching the substrate S with the radical R and the neutral particle beam NB. In order to simplify the description, the case where the substrate S is made of three kinds of materials will be described. As shown in FIG. 3A, the substrate S is composed of three kinds of materials, that is, tantalum Ta, cobalt iron CoFe, and copper Cu. Tantalum Ta and cobalt iron CoFe are materials (hard) that are more resistant to physical etching than copper Cu.
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。
First, as shown in FIG. 1, the substrate S is placed in the
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。
Next, the inside of the
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PRを発生させる。プラズマPR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PR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PR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。
Next, as shown in FIG. 4A, the radical R is supplied from the radical source 3 to process the processed surface of the substrate S. Specifically, the
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PNを発生させる。プラズマPN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。
Next, as shown in FIG. 4B, the processing surface of the substrate S is irradiated with the neutral particle beam NB extracted by the neutral particle beam source 4. Specifically, first, the
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。 According to the milling apparatus 1 described above, the radical R of CHF 3 is supplied from the radical source 3 to the processed surface of the substrate S along a direction substantially orthogonal to the processed surface of the substrate S. Therefore, when processing the substrate S composed of a plurality of materials, a portion of the substrate S where copper Cu having low resistance to physical etching (soft) is used is substantially orthogonal to the processing surface of the substrate S. The tantalum Ta having high resistance to physical etching (hard) can be shaved without being shaved too much in the direction. Further, since the neutral particle beam source 4 irradiates the neutral neon beam NB along a direction substantially parallel to the processed surface of the substrate S, the copper Cu and cobalt iron CoFe protruding from the tantalum Ta are neutralized. Auxiliary processing can be performed by physical etching using the neon beam NB. Therefore, the processing amount bias due to the radical R of CHF3 can be complemented by the neutral neon beam NB, and the processing surface of the substrate S can be flattened. Further, since the neutral particle beam is used as the beam for irradiating the substrate S, it is possible to prevent the substrate S from being electrically affected as compared with the case where the ion beam is used as the beam.
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。 Further, since neon, which is an inert element having an atomic weight smaller than that of argon, is used as a raw material for the neutral particle beam, the neutral particle beam is lighter than the case where an argon beam is used, so that the substrate S is excessive. There is no shaving.
また、ラジカル源3は、プラズマPR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PR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。
Furthermore, the radical source 3, the
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。 Moreover, according to the above-described milling method, the neutral particle beam source 4 irradiates the substrate S with the neutral neon beam NB along a direction parallel or substantially parallel to the processing surface of the substrate S. When processing the substrate S made of a material, a portion of the substrate S where copper Cu having low resistance to physical etching (soft) is used is cut too much in a direction substantially perpendicular to the processing surface of the substrate S. Can be processed without any problems. Further, since the radical R of CHF3 is supplied from the radical source 3 to the processed surface of the substrate S along the direction substantially orthogonal to the processed surface of the substrate S, the processing amount bias due to the neutral neon beam NB is reduced. Complemented by the radical R, the processed surface of the substrate S can be flattened.
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。 The milling device and milling method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made. For example, in the embodiment described above, the substrate S is irradiated with the neutral neon beam NB after the CHF3 radical R is supplied from the radical source 3, but the CHF3 radical R is irradiated after the neutral neon beam NB is irradiated. May be supplied.
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。 Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the radical R of CHF 3 may be supplied to the substrate S at the same time as the irradiation with the neutral neon beam NB. According to such a milling method, the radical R of CHF 3 is supplied from the radical source 3 along a direction substantially orthogonal to the processed surface of the substrate S, and is parallel to or approximately parallel to the processed surface of the substrate S. A neutral neon beam NB is irradiated from the neutral particle beam source 4 along the parallel direction to cut the processed surface of the substrate S. Therefore, when processing the substrate S composed of a plurality of materials, a portion of the substrate S where a material having low resistance to physical etching (soft) is used is cut too much in a direction substantially orthogonal to the processing surface. Without cutting, a material having high resistance to physical etching (hard) can be cut. At this time, since the neutral particle beam source 4 irradiates the neutral neon beam NB along a direction substantially parallel to the processed surface of the substrate S, there is a place where a chemically stable material is used. Even so, the substrate S can be processed by physical etching. Therefore, the processing time of the substrate S can be shortened in addition to the effect that the unevenness of the processing amount due to the physical etching and the reactive etching can be complemented to flatten the processing surface of the substrate S.
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。
In the embodiment described above, a positive voltage is applied to the
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。
Further, in the above-described embodiment, in the neutral particle beam source 4, the ion beam extracted by the
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。
Moreover, although the neutral particle beam source 4 was set as the structure provided with the
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。 The radical source 3 is an inductively coupled plasma (ICP) radical source, but may be an electron cyclone resonance (ECR) type radical source.
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。 In the above-described embodiment, the CHF 3 gas is supplied to the radical source 3 and the neon gas is supplied to the neutral particle beam source 4. However, the present invention is not limited to this. For example, neon gas may be supplied to the radical source 3 and CHF 3 gas may be supplied to the neutral particle beam source 4. That is, a neon radical may be supplied to the substrate S and irradiated with a neutral beam of CHF3. Moreover, only the neon gas may be supplied to both the radical source 3 and the neutral particle beam source 4 as the source gas, or only the CHF 3 gas may be supplied. Further, instead of the CHF 3 gas, a gas suitable for the material of the substrate S that is a workpiece to be etched, for example, a halogen-containing gas such as HBr, ClF 3, HI, or SF 6 may be used.
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。 In the above-described embodiment, copper (Cu) is used as the material having low resistance to physical etching (soft) in the substrate S, but gold (Au) can also be used as a similar material.
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a milling apparatus that targets workpieces made of different materials.
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
PN、PR プラズマ
R ラジカル
S 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、ネオンを原料とする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。 A processing chamber;
A workpiece holder disposed in the processing chamber for holding the workpiece;
A radical source capable of supplying radicals to the processed surface of the workpiece at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processed surface of the workpiece;
A neutral particle beam source capable of irradiating the workpiece with a neutral particle beam using neon as a raw material at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the processing surface of the workpiece. Milling device to do.
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又は請求項2に記載のミリング装置。 The radical source is
An ion source for generating plasma;
The milling device according to claim 1 , further comprising a grid that is disposed between the processing chamber and the ion source and emits ion particles from plasma generated in the ion source.
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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。 The milling device according to claim 1, wherein
An arrangement step of arranging the workpiece in the processing chamber;
A radical is supplied from the radical source to the processed surface of the workpiece at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processed surface of the workpiece, and at the same time, 0 to And a processing step of irradiating the workpiece with a neutral particle beam using neon as a raw material at an incident angle of 10 ° .
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80〜90°の入射角度で、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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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。 The milling device according to claim 1, wherein
An arrangement step of arranging the workpiece in the processing chamber;
A radical supply step of supplying radicals from the radical source to the processed surface of the workpiece at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processed surface of the workpiece;
After the radical supply step, the neutral particle beam source is irradiated with a neutral particle beam using neon as a raw material from the neutral particle beam source to the workpiece at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to the processing surface of the workpiece. And a beam irradiation step.
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0〜10°の入射角度で、前記中性粒子ビーム源から前記被加工物へネオンを原料とする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80〜90°の入射角度で、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。 The milling device according to claim 1, wherein
An arrangement step of arranging the workpiece in the processing chamber;
A beam irradiation step of irradiating a neutral particle beam using neon as a raw material from the neutral particle beam source to the workpiece at an incident angle of 0 to 10 ° with respect to a processing surface of the workpiece;
And a radical supply step of supplying radicals from the radical source to the processed surface of the workpiece at an incident angle of 80 to 90 ° with respect to the processed surface of the workpiece after the beam irradiation step. A milling method characterized by
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