JP5390330B2 - 基板処理装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理装置およびそのクリーニング方法に関する。
ハードディスク等の磁気記録ディスクの製造プロセスは、概略的には、下地膜、記録層としての磁性膜、および記録層を保護する保護膜を形成する前工程と、保護膜が形成された基板の表面に潤滑層を形成する後工程を含む。 磁気記録ディスクは、一般的に、基板の両面に記録層を備えているため、上記した各工程では、基板の両面に対して種々の処理が施されている。このように基板の両面を処理する技術として、例えば、基板の両側にイオンガンを設け、イオンガンからイオン化したアルゴンガスによるイオンビームを基板の両面に照射する技術が開示されている(特許文献1)。
ところで、特許文献1のように基板の両面にイオンガン(イオンビーム発生装置)を対向させて配置した基板処理技術では、一方のイオンビーム発生装置が他方のイオンビーム発生装置からのイオンビームを受けることにより、イオンビーム照射面やプラズマ発生容器内に汚染物質が付着するという問題があった。
特開2005−56535号公報
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、対向して配置されたイオンビーム発生装置を備える基板処理装置をクリーニングする方法およびその機能を備えた基板処理装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、基板が配置される面を挟むように第1および第2のイオンビーム発生装置が対向して配置され、前記基板の両面を処理する基板処理装置のクリーニング方法に係り、前記クリーニング方法は、前記第1のイオンビーム発生装置と前記第2のイオンビーム発生装置との間から基板を退避させる退避工程と、前記第1のイオンビーム発生装置から前記第2のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して、前記第2のイオンビーム発生装置をクリーニングするクリーニング工程とを有する。
本発明の他の側面は、基板を処理する基板処理装置に係り、前記基板処理装置は、基板が配置される面を挟むように対向して配置された第1および第2のイオンビーム発生装置と、前記面に基板がない状態で前記第1のイオンビーム発生装置から前記第2のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して前記第2のイオンビーム発生装置をクリーニングするように前記第1のイオンビーム発生装置を制御する制御部とを備える。
本発明によれば、対向して配置されたイオンビーム発生装置を備える基板処理装置をクリーニングする方法およびその機能を備えた基板処理装置が提供される。
基板処理装置を上から観た構成を示すブロック図である。 イオンビーム発生装置の構造を示す概略断面図である。 イオンビーム発生装置のグリッドを示す概略図である。 中央の電極のマイナス電位を変化とイオンビームの分散角度との関係を示す説明図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
(基板処理装置)
まず、図1を参照して、本発明に係る基板処理装置を説明する。該基板処理装置は、本発明に係るクリーニング方法を実施する機能を備えている。このクリーニング方法によって、基板処理装置に備えられている2つのイオンビーム発生装置の少なくとも一方、好ましくは双方がクリーニングされる。図1は、基板処理装置を上から観た構成を示すブロック図である。
図1に示すように、基板処理装置100は、基板(ウエハ)が配置される面Sを挟むように対向して配置された第1および第2のイオンビーム発生装置1a,1bと、制御部101と、カウンタ103と、コンピュータインターフェース105と、を備えている。
面Sに配置される基板は、例えば、ハードディスク等の磁気記録媒体を製造するための基板であり、一般的には、略円板状の部材の中心部に開口部が形成されている。基板は、基板キャリアにより、鉛直方向に沿って起立した姿勢で保持されて面Sに配置されうる。
面Sに配置される基板の両面に臨むように、第1のイオンビーム発生装置1aと第2のイオンビーム発生装置1bとが対向して配置される。図1に示す構成では、第1および第2のイオンビーム発生装置1a,1bのイオンビームの照射面と基板の処理面とが略平行になるように第1および第2のイオンビーム発生装置1a,1bが配置されている。
第1のイオンビーム発生装置1aは、電極5aと、プラズマを発生するための放電槽2aと、プラズマ中のイオンの引き出し機構としての引出し電極7a(基板が配置される面Sの側から電極71a、72a、73a)と、を備えている。電極71a,72a,73aは、それぞれ独立に制御可能なように電圧源81a,82a,83aと接続されている。引出し電極7aの近傍には、中和器9aが設置されている。中和器9aは、イオンビーム発生装置1aにより発射されたイオンビーム(プラスの電荷を有するイオンビーム)を中和するために、第2のイオンビーム発生装置1bに電子を照射できるように構成されている。
不図示のガス導入部より放電槽2a内に供給されたアルゴン(Ar)は、RFソース84aから電極5aへRFパワーが印加されることによって励起され、これによりプラズマが生成される。プラズマ中のイオンは、引出し電極7aにより引き出されて、面Sに配置された基板に衝突する。これによって基板がエッチングされる。
第2のイオンビーム発生装置1bについても、第1のイオンビーム発生装置1aと同様に構成されている。
制御部101は、第1のイオンビーム発生装置1aの電圧源8aおよび第2のイオンビーム発生装置1bの電圧源8bと接続されており、それぞれの電圧源8a,8bを制御している。カウンタ103は、制御部101と接続されており、イオンビーム発生装置1a,1bにより処理された基板数をカウントして、規定数(例えば、1000枚)に達したら、クリーニング処理を開始するように制御部101に指示できるように構成されている。
コンピュータインターフェース105は、制御部101およびカウンタ103と接続されており、基板処理装置の使用者がクリーニング条件(処理時間等)を入力することができるように構成されている。
次に、図2および図3を参照して、イオンビーム発生装置1(1a,1b)について詳細に説明する。
図2は、イオンビーム発生装置の構造を示す概略断面図である。図3は、イオンビーム発生装置のグリッドを示す概略図である。なお、第1および第2のイオンビーム発生装置1a,1bの構造は共通するので、適宜a,bの枝符号を省略して説明する。
図2に示すように、イオンビーム発生装置1は、プラズマを閉じ込める放電槽2を備えている。この放電槽2の圧力は、通常、約10-4Pa(10-5ミリバール)から約10-2Pa(10-3ミリバール)の範囲に維持される。放電槽2は、プラズマ閉じ込め容器3によって外部空間から隔離されている。プラズマ閉じ込め容器3の周辺には、プラズマが形成されることによって放電槽2内に放出されるイオンをトラップする多極磁気ユニット4が配置されている。この磁気ユニット4は、通常、複数の棒状の永久磁石を備えている。ある構成では、極性が交互に変わる複数の比較的長い棒磁石を使用して、N、Sサイクルが1つの軸に沿ってのみ発生する。別の構成では、「チェッカーボード」構成が使用される。その構成では、より短い磁石が使用され、N、Sサイクルが直交した2つの軸がなす平面上を広がる。
RFコイル5によって、RFパワーがプラズマ閉じ込め容器3の後壁(基板が配置される面Sの反対側の壁)に取り付けられ誘電RFパワー・カップリング・ウィンドウ6を経由して放電槽2に供給される。
プラズマ閉じ込め容器3の前壁(基板が配置される面Sの側の壁)には、イオンビームの照射面がある(図3参照)。照射面は、放電槽2内に形成されたプラズマからイオンを引き出して加速する引出し機構(引出し電極)7を有する。引出し電極7は、図3に示すように、グリッド構造を備えうる。それぞれのグリッド構造は、互いに近接した複数の微細孔を有する。
本実施形態の基板処理装置では、イオンビームの侵入を阻止する構造として、第1のグリッド10aおよび第2のグリッド10bにおける基板の開口部に対面する部位をイオンビームが通過できないように封鎖した構造を有している。
具体的には、第1のグリッド10aおよび第2のグリッド10bの中心部に、イオンビームを照射できないように封鎖されている封鎖領域Fが形成されている。こうすることで、対向配置されたイオンビーム発生装置1a,1bから発生したイオンビームにより除去された物質が、基板の中心開口部を通過して、これらの装置1a,1bが相互に汚染等することを防止することができる。なお、この封鎖領域Fの大きさは、基板サイズ、および基板の中心開口部に合わせて、適宜設定可能である。
さらに、本実施形態の基板処理装置では、イオンビームの侵入を阻止する構造として、対向する第1のイオンビーム発生装置1aのグリッド10aと、第2のイオンビーム発生装置1bのグリッド10bと、を非対称に形成してもよい。例えば、図3において、(a)に示すイ第1のオンビーム発生装置1aのグリッド10aと、(b)に示す第2のイオンビーム発生装置1bのグリッド10bとは、その中心軸周りで所定角度(例えば10度)だけ一方を他方に対して相対的に回転させた関係を有し、グリッド構造が非対称になっている。これは、グリッド構造を対称にすると、イオンビームは指向性が高いため、特定の微細孔から照射されたイオンビームが対称位置にある微細孔を通り抜けて、相対向する放電槽2の内部に汚染物質を付着させたり、ダメージを与えたりしてしまうことがあるからである。したがって、第1のイオンビーム発生装置1aのグリッド10aと、第2のイオンビーム発生装置1bのグリッド10bと、を非対称にしてずらせば、指向性が高いイオンビームは基板の開口部を通じて対向するイオンビーム発生装置1b,1aに侵入しない。そのため、イオンビーム発生装置1a,1bの相互汚染やダメージを抑制できる。
グリッド構造は、グリッド10a、10bの全体を非対称にする必要はないが、少なくとも、第1のグリッド10aおよび第2のグリッド10bの中心領域が非対称になるように形成することが好ましい。
また、第1のグリッド10aおよび第2のグリッド10bの非対称性を微調整できるように、グリッド10a,10bの少なくとも一方に、グリッドを回転させるグリッド回転機構が備えられてもよい。これは、第1のグリッド10aおよび第2のグリッド10bの非対称性を確保するには、いずれか一方のグリッド10aまたは10bを回転させれば足りるからである。
再び図1を参照して、引出し電極7は、放電槽2側から3つの電極73、72、71より構成されており、それぞれは独立に電圧制御できるように構成されている。本実施形態では、電極73はプラス電位に、電極72はマイナス電位に、電極71はグラウンド電位に制御されている。
(基板処理装置のクリーニング方法)
次に、図1を参照して、本実施形態の基板処理装置或いはイオンビーム発生装置のクリーニング方法について説明する。
対向して配置された第1のイオンビーム発生装置1aおよび第2のイオンビーム発生装置1bを使用してエッチング等の基板処理を行う場合は、これらのイオンビーム発生装置1a,1bの間の面Sには、基板キャリアに保持された基板が配置される。
本発明の好適な実施形態のクリーニング方法では、第1のイオンビーム発生装置1aと第2のイオンビーム発生装置1bとの間に基板を配置せず、イオンビーム発生装置1a,1bの一方からイオンビーム発生装置1b,1aの他方に対してイオンビームが直接照射される。また、これに加えて、イオンビーム発生装置1a,1bの当該他方からイオンビーム発生装置1b,1aの当該一方に対してイオンビームが直接照射されることが好ましい。
より詳しくは、本発明の好適な実施形態のクリーニング方法では、まず、クリーニングに際して、第1のイオンビーム発生装置1a(または1b)と第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)との間から基板Wを退避させる退避工程を行う。次に、第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)に帯電している電荷(プラス電荷)を除去する除去工程を行う。更に、第1のイオンビーム発生装置1a(または1b)から第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)にイオンビームを照射して、第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)をクリーニングするクリーニング工程を行う。これにより、第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)に付着した汚染物質が除去されうる。ここで、除去工程とクリーニング工程とは、交互に実施されてもよいし、並行して或いは同時に実行されてもよい。
次いで、第2のイオンビーム発生装置1b(または1a)から第1のイオンビーム発生装置1a(または1b)にイオンビームを照射して、第1のイオンビーム発生装置1a(または1b)をクリーニングする工程を更に行うことができる。
以下、本発明の具体例として、第1から第3の実施形態のクリーニング方法を説明する。なお、第1から第3の実施形態のクリーニング方法によるクリーニングに際して、まず、不図示のキャリア搬送機構により、イオンビーム発生装置1a,1bの間から基板が退避される。
(第1の実施形態のクリーニング方法)
第1の実施形態のクリーニング方法は、一方のイオンビーム発生装置1a(または1b)からイオンビームを照射して、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)をクリーニングする例である。
一方のイオンビーム発生装置1aの放電槽2aの内部に不図示のガス導入部によりArなどの処理ガスを導入後、電極5aに高周波電源84aから高周波を印加することにより、放電槽2aの内部にプラズマが発生する。その際、制御部101は、電極71aはグラウンド電位に、電極72aはマイナス電位(例えば、−500〜−1500V)に、電極73aはプラス電位(例えば、500〜1000V)になるように、電圧源8aを設定する。このように電極の電圧を制御することにより、プラズマからイオンビーム(アルゴンプラスイオン)が発射される。
次に、他方のイオンビーム発生装置1bに帯電したプラス電荷を除去するため、他方のイオンビーム発生装置1bに対して中和器9aから電子を照射する。これにより、アルゴンプラスイオンビームの照射によって帯電したプラス電荷が中和される。即ち、一方のイオンビーム発生装置1aからアルゴンプラスイオンビームを他方のイオンビーム発生装置1bに照射すると、他方のイオンビーム発生装置1bがプラス帯電してアルゴンプラスイオンビームを反発し、クリーニングができなくなってしまう。そこで、中和器9aからの電子を照射してアルゴンプラスイオンビームを中和するのである。
このように他方のイオンビーム発生装置1bへのプラス電荷の帯電を防止した状態で、イオンビーム発生装置1aからイオンビーム照射を行って、他方のイオンビーム発生装置1bの電極7bに付着した汚染物質を除去する。
同様にして、イオンビーム発生装置1bからもイオンビームが発射され、対向配置されたイオンビーム発生装置1aの電極7aに付着した汚染物質を除去する。
また、上記3つの電極71a,72a,73aを適宜調整することにより、イオンビームの分散角度を調整するようにしてもよい。
図4は、中央の電極のマイナス電位の変化とイオンビームの分散角度との関係を示す説明図である。即ち、図4のグラフは、電極71aはグラウンド電位に固定し、電極73aは1000V又は1500Vに固定した場合に、電極72aのマイナス電位を変化させたときのイオンビームの分散角度を示している。このように、中央の電極72aにマイナス電位を印加することにより、イオンビームの分散角度を小さくできることが分かる。
第1の実施形態のクリーニング方法によれば、クリーニング中には、対向配置したイオンビーム発生装置1a,1bの間に基板が存在しない。したがって、一方のイオンビーム発生装置1a(または1b)から発射されたイオンビームを他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)に直接照射することができる。その際、中和器9aからの電子の照射によってアルゴンプラスイオンビームを中和する。これにより、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の電極7b(または7a)へのプラス電荷の帯電を防止した状態で、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の電極7b(または7a)に付着した汚染物質を除去できる。
(第2の実施形態のクリーニング方法)
第2の実施形態のクリーニング方法は、一方のイオンビーム発生装置1a(または1b)からイオンビームを照射し、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の引出し電極を制御することによってクリーニングを可能とする例である。
第1の実施形態と同様に、制御部101は、イオンビーム発生装置1aの電極71aがグラウンド電位に、電極72aがマイナス電位(例えば、−250〜−2000V)に、電極73aがプラス電位(例えば、250〜2000V)になるように、電圧源8aを設定する。このように電極の電圧を制御することにより、プラズマからイオンビーム(アルゴンプラスイオン)が発射される。第2の実施形態では、中和器9aによってイオンビーム(アルゴンプラスイオン)を中和することなく、アルゴンプラスイオンビームを対向配置されたイオンビーム発生装置1bに到達させる。
即ち、第2の実施形態では、イオンビーム発生装置1bの引出し電極7bを構成する電極71b,72b,73bのうち、クリーニング対象の電極にマイナス電位を印加することにより、アルゴンプラスイオンビームをイオンビーム発生装置1bの内部へ引き込む。このときクリーニング対象とならない電極はアースにしておけばよい。また、電極71b、72b、73bは、汚染物質の再付着の観点から、面S側の電極から順に(電極71b、72b、73bの順に)クリーニングした方がよい。つまり、まずクリーニング対象となる面S側の電極71bをマイナス電位(又はグラウンド電位)とし、それ以外の電極72b、73bはグラウンド電位とする。次に、クリーニング対象となる真ん中の電極72bをマイナス電位(又はグラウンド電位)とし、それ以外の電極71b、73bはグラウンド電位とする。最後にクリーニング対象となる放電槽側の電極73bをマイナス電位(又はグラウンド電位)とし、それ以外の電極71b、72bはグラウンド電位とする。また、電極71b、72b、73bを同時にクリーニングすることもできる。この場合、面S側の電極の電位よりも放電槽側の電極の電位が低く設定されうる(たとえば、電極71b、72b、73bの順にグラウンド、−100V、−200V)とよい。なお、こうしたクリーニング処理プログラムは、制御部101により実現される。
この様に他方のイオンビーム発生装置1bの引出電極7bのクリーニング対象の電極72bにマイナス電位を印加した状態で、一方のイオンビーム発生装置1aから他方のイオンビーム発生装置1bにイオンビームを照射することにより、他方のイオンビーム発生装置1bの電極7bに付着した汚染物質を除去することができる。このような方法によっても、クリーニング対象の電極72bへのプラス電荷の帯電を防止することができる。
同様にして、イオンビーム発生装置1bからもイオンビームが発射され、対向配置されたイオンビーム発生装置1aの電極7aに付着した汚染物質を除去する。
第2の実施形態のクリーニング方法によれば、クリーニング中には、対向配置した双方のイオンビーム発生装置1a,1bの間に基板Wが存在しない。したがって、一方のイオンビーム発生装置1a(または1b)から発射されたイオンビームを他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)に直接照射することができる。その際、中和器9aでアルゴンプラスイオンの中和を行わず、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の引出し電極7b(または7a)のクリーニング対象の電極にマイナス電位を印加する。これにより、アルゴンプラスイオンビームを他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の内部へ引き込むことができる。このように、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の電極7b(または7a)へのプラス電荷の帯電を防止した状態で、他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の電極7b(または7a)に付着した汚染物質を除去できる。
(第3の実施形態のクリーニング方法)
第1および第2の実施形態と同様の電極調整を行ってクリーニングを行う際に、不図示のガス導入部から真空容器内にエッチングガスを導入してもよい。ここで、真空容器は、少なくともイオンビーム発生装置1a,1bの間の空間を取り囲むように構成され、該真空容器の内部を外部環境から隔離する。
多層磁性膜を加工する反応性イオンエッチングは、エッチングガスとして水酸基を少なくとも一つ以上もつアルコールを用いて多層磁性膜をエッチングすることが望ましい。
その他のエッチングガスとしては、メタノール、化学式RCOR’(RまたはR’はアルキル基)で表されるケトン類(例えば、メチルエチルケトン、イソプロピルメチルケトン、メチルプロピルケトン等)を用いることができる。さらに、化学式RCOOH(Rはアルキル基)で表されるカルボン酸類、化学式RCOOR’(Rはアルキル基)で表されるエステル類、および化学式ROR’(Rはアルキル基)で表されるエーテル類を用いることができる。
加えて、メタン、エタン、プロパン、ブタン、などのメチル基を有する炭化水素類を用いることができ、その際、酸素ガス、COガス、アンモニアガスやCO2ガスを混合することができる。
第3の実施形態のクリーニング方法は、基本的には第1および第2の実施形態のクリーニング方法と同様の作用効果を奏する。特に、第3の実施形態のクリーニング方法によれば、第1および第2の実施形態と同様の電極調整を行ってクリーニングを行う際に、ガス導入部から真空容器内にエッチングガスを導入する。したがって、一方のイオンビーム発生装置1a(または1b)から発射したイオンビームによって、対向配置した他方のイオンビーム発生装置1b(または1a)の電極7b(または7a)に付着した汚染物質をエッチング除去できるという優れた効果を奏する。

Claims (10)

  1. 基板が配置される面を挟むように第1および第2のイオンビーム発生装置が対向して配置され、前記基板の両面を処理する基板処理装置のクリーニング方法であって、
    前記第1のイオンビーム発生装置と前記第2のイオンビーム発生装置との間から基板を退避させる退避工程と、
    前記第1のイオンビーム発生装置から前記第2のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して、前記第2のイオンビーム発生装置をクリーニングするクリーニング工程と、
    を有することを特徴とするクリーニング方法。
  2. 前記第2のイオンビーム発生装置の電極に帯電している電荷を除去する除去工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載のクリーニング方法。
  3. 前記クリーニング工程では、前記第2のイオンビーム発生装置に電子を照射して、前記第1のイオンビーム発生装置から発射されたイオンビームを中和することを特徴とする請求項1に記載のクリーニング方法。
  4. 前記クリーニング工程では、前記第2のイオンビーム発生装置の引出し電極のうちクリーニング対象の電極に電位を印加し、前記第1のイオンビーム発生装置から発射されたイオンビームを当該クリーニング対象の電極に引き込むことを特徴とする請求項1に記載のクリーニング方法。
  5. 前記クリーニング工程では、前記基板を処理する真空容器の内部にエッチングガスを導入することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
  6. 前記第2のイオンビーム発生装置から前記第1のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して、前記第1のイオンビーム発生装置をクリーニングする工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載のクリーニング方法。
  7. 基板を処理する基板処理装置であって、
    基板が配置される面を挟むように対向して配置された第1および第2のイオンビーム発生装置と、
    前記面に基板がない状態で前記第1のイオンビーム発生装置から前記第2のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して前記第2のイオンビーム発生装置をクリーニングするように前記第1のイオンビーム発生装置を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
  8. 前記第2のイオンビーム発生装置に電子を照射する中和器を更に備え、
    前記制御部は、前記第2のイオンビーム発生装置に電子を照射して前記第2のイオンビーム発生装置の帯電を防止するように前記中和器を制御する、
    ことを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。
  9. 前記制御部は、前記第1のイオンビーム発生装置から発射されたイオンビームが前記第2のイオンビーム発生装置の引出し電極のうちクリーニング対象の電極に引き込まれるように、当該クリーニング対象の電極の電位を制御する、
    ことを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。
  10. 前記制御部は、更に、前記面に基板がない状態で前記第2のイオンビーム発生装置から前記第1のイオンビーム発生装置にイオンビームを照射して前記第1のイオンビーム発生装置をクリーニングするように前記第2のイオンビーム発生装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。
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