JP6330455B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性材料のミリング、スパッタリング、又は、蒸着を行う真空処理装置に関するものである。

ミリング装置、スパッタリング装置、及び、蒸着装置等の真空処理装置が知られている。ミリング装置、スパッタリング装置としては、イオン、中性粒子等を用いるイオンミリング装置、イオンビームスパッタリング装置、高周波スパッタリング装置等があり、蒸着装置としては、電子ビーム真空蒸着装置、抵抗加熱式真空蒸着装置等がある。

例えば、イオンビームスパッタリング装置は、イオンをターゲットに衝突させることによって、ターゲットからはじき出されたスパッタ粒子を被加工物に堆積させる。このイオンビームスパッタリング装置では、ターゲットとして磁性材料を用いる場合、真空チャンバ（処理室）の内壁にもスパッタ粒子が付着してしまう。

また、例えば、イオンミリング装置は、イオンを被加工物に衝突させることによって被加工物の加工を行う。このイオンミリング装置でも、被加工物が磁性材料の場合、加工によって生じるスパッタ粒子が真空チャンバ（処理室）の内壁に付着してしまう。

この点に関し、特許文献１には、スパッタリング装置内部に防着板を設けることが記載されている。また、特許文献２には、この種の防着板を、電子閉じ込め用のカスプ磁場を形成するための永久磁石を備えたバケット型イオン源内部にも適用することが記載されている。

ところで、防着板にスパッタ粒子が堆積し続けると、堆積膜が剥がれ落ちてダストの発生の原因となるので、防着板の交換などの補修が必要となる。この補修は、真空チャンバ内を大気圧に戻す必要があり、スパッタリング装置の稼働率を低下させてしまう（特許文献１参照）。

この点に関し、特許文献１には、真空チャンバの内壁面に配置された防着板の裏面に磁場発生手段を設けることが記載されている。これにより、真空チャンバ中に発生するプラズマよりイオンを引き込み、防着板表面に衝突させ、防着板の堆積膜を再スパッタして削る。このように再スパッタされた膜成分は、真空チャンバ内に拡散し、他の防着板に再付着する。これにより、一部に堆積が集中することを防ぎ、真空チャンバ内に設置される防着板に広く付着することとなる。このように、一部の防着板に付着していた膜を拡散させることにより、防着板表面に付着する付着物の堆積速度を低下させ、防着板の交換周期を長期化することができる。

特開２００３−３４８５７号公報 特開２０１２−１９０６５８号公報

しかしながら、特許文献１では、防着板の裏面に磁場発生手段を設け、真空チャンバ（処理室）内のプロセスエリアよりイオンを引き込み、防着板の堆積膜を再スパッタすることから、真空チャンバ内のプロセスエリアのイオンに影響を与え、その結果、プロセス（ミリング、スパッタリング、又は、蒸着）に影響を与えてしまう虞がある。

そこで、本発明は、処理室内のプロセスエリアへの影響を低減しつつ、防着板のメンテナンスサイクルの長期化が可能な真空処理装置を提供することを課題とする。

本発明の真空処理装置は、磁性材料のミリング、スパッタリング、又は、蒸着を行うための処理室と、処理室の内壁に沿って設けられた防着板と、防着板における処理室の内壁と対向する裏面側に配列され、防着板の表面側にカスプ磁場を発生する複数の磁場発生手段とを備える。

この真空処理装置によれば、防着板の裏面側に磁場発生手段が設けられているので、防着板に堆積した膜（磁性材料）が剥離することによって発生するパーティクルを防着板にトラップすることができ、パーティクルが防着板から脱離し難くすることができる、換言すれば、パーティクルが飛散することを抑制することができる。したがって、防着板のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。

また、この真空処理装置によれば、防着板の裏面側に複数の磁場発生手段が配列されて、防着板の表面側にカスプ磁場が発生するので、強い磁場は防着板近傍に発生し、処理室内のプロセスエリアに磁束が漏れることを抑制することができる。したがって、処理室内のプロセスエリアへの影響を低減することができ、プロセス（ミリング、スパッタリング、又は、蒸着）への影響を低減することができる。

上記した複数の磁場発生手段は、処理室内において防着板の裏面と当接していてもよいし、処理室外において処理室の外壁と当接していてもよい。複数の磁場発生手段が処理室内において防着板の裏面と当接している場合、複数の磁場発生手段が処理室外にある場合と比較して、防着板の表面におけるカスプ磁場が強く、防着板の表面におけるパーティクルのトラップ力を高めることができる。一方、複数の磁場発生手段が処理室外において処理室の外壁と当接している場合、複数の磁場発生手段が処理室内にある場合と比較して、パーティクルが磁場発生手段に付着することがない。また、処理室内部温度に起因する磁場発生手段の特性の低下がなく、キュリー温度に起因する磁場発生手段の選択肢の制限がない。

また、上記した複数の磁場発生手段は、異極が交互に並ぶように配列されていてもよい。同極の磁場発生手段を並べると、異極の磁場発生手段を交互に並べる場合と比較して、２倍の数のカスプ部分を有するカスプ磁場が発生する、すなわち、磁場発生手段配置位置に対応する防着板の表面における強い磁場のカスプ部のほかに、磁場発生手段間に対応する防着板の表面にも比較的に弱い磁場のカスプ部が発生することとなるが、異極の磁場発生手段を交互に並べると、処理室内のプロセスエリアへの磁束の漏れをより小さくすることができる。

また、上記した真空処理装置は、複数の磁場発生手段における防着板と反対側に強磁性板を更に備える形態であってもよい。これによれば、強磁性板より外側に、複数の磁場発生手段による磁束が漏れることを防止することができる。

また、上記した真空処理装置は、防着板の表面側に設けられた補助防着板を更に備える形態であってもよい。これによれば、複数の磁場発生手段が裏面に当接した防着板に代えて、補助防着板をメンテナンスすればよく、メンテナンスをより容易性にすることができる。

上記した真空処理装置は、イオンビームを生成するイオンビーム生成部を更に備え、処理室において、イオンビーム生成部から供給されるイオンビームを磁性材料からなる被加工物に衝突させることによって、イオンミリングを行うイオンミリング装置であってもよい。

また、上記した真空処理装置は、イオンビームを生成するイオンビーム生成部を更に備え、処理室において、イオンビーム生成部から供給されるイオンビームを磁性材料からなるターゲットに衝突させ、ターゲットからのスパッタ粒子を被加工物に堆積させることによって、イオンビームスパッタリングを行うイオンビームスパッタリング装置であってもよい。

また、上記した真空処理装置は、処理室において、磁性材料を被加工物に蒸着させることによって、真空蒸着を行う真空蒸着装置であってもよい。

本発明によれば、処理室内のプロセスエリアへの影響を低減しつつ、防着板のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る真空処理装置としてイオンミリング装置の概略構成を示す図である。 図１に示す防着板及び磁場発生手段を示す図である。 図１及び２に示す防着板及び磁場発生手段による効果を説明するための図である。 防着板及び磁場発生手段の変形例を示す図である。 防着板及び磁場発生手段の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置としてイオンビームスパッタリング装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置として真空蒸着装置の概略構成を示す図である。

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

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

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

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

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

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

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

また、処理室２０内には、防着板２４が設けられている。防着板２４は、ステンレス、アルミニウム等の非磁性材料からなり、プレート状をなしている。防着板２４は、処理室２０の内壁に沿って、処理室２０の６つの内壁全体を覆うように配置されている。防着板２４における処理室２０の内壁と対向する裏面側には、複数の磁石（磁場発生手段）２６が配列されている。

図２に示すように、磁石２６は、処理室２０内において防着板２４の裏面と当接しており、異極、すなわちＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配列されている。これにより、磁石２６は、防着板２４の表面側にカスプ磁場Ｍを発生する。磁石２６は、略直方体の棒状をなしている。また、図１に示すように、磁石２６は、特に処理室２０の側面において、重力方向軸に対して交差する方向に並ぶように配列されている。

ここで、従来のイオンミリング装置では、被加工物が磁性材料の場合、加工によって生じるスパッタ粒子が防着板の表面に付着し堆積するが、防着板に堆積した膜（磁性材料）が剥離することによってパーティクルが発生する。処理室内のパーティクルが多くなった場合、防着板を交換する等のメンテナンスが必要となる。防着板交換等のメンテナンスは、処理室内を大気圧に戻す必要があり、装置の稼働率を低下させ、プロセスコストを増大させる。

しかしながら、このイオンミリング装置（真空処理装置）１によれば、防着板２４の裏面側に磁石（磁場発生手段）２６が設けられているので、図３に示すように、防着板２４の表面に堆積した膜（磁性材料）２８が剥離することによって発生するパーティクル２９を、防着板２４の表面におけるカスプ磁場のカスプ部分にトラップすることができ、パーティクル２９が防着板２４の表面から脱離し難くすることができる、換言すれば、パーティクル２９が飛散することを抑制することができる。したがって、防着板のメンテナンスサイクルの長期化が可能となる。その結果、防着板のメンテナンスに起因する装置の稼働率の低下、及び、プロセスコストの増大を抑制することができる。

また、このイオンミリング装置１によれば、防着板２４の裏面側に複数の磁石２６が配列されて、防着板２４の表面側にカスプ磁場が発生するので、強い磁場は防着板２４近傍に発生し、処理室２０内のプロセスエリアに磁束が漏れることを抑制することができる。したがって、処理室２０内のプロセスエリアへの影響を低減することができ、プロセス（ミリング）への影響を低減することができる。

ところで、同極の磁石を並べると、異極の磁石を交互に並べる場合と比較して、２倍の数のカスプ部分を有するカスプ磁場が発生する、すなわち、磁石配置位置に対応する防着板の表面における強い磁場のカスプ部のほかに、磁石間に対応する防着板の表面にも比較的に弱い磁場のカスプ部が発生することとなる。しかしながら、このイオンミリング装置１によれば、異極の磁石２６を交互に並べているので、処理室内のプロセスエリアへの磁束の漏れをより小さくすることができる。

また、このイオンミリング装置１によれば、処理室２０の側面において、磁石２６が重力方向軸に対して交差する方向に並ぶように配列されているので、重力の影響で落ちるパーティクルのトラップ効率を高めることができる。

また、このイオンミリング装置１によれば、磁石２６が処理室２０内において防着板２４の裏面と当接しているので、後述する変形例のように磁石２６が処理室２０外にある場合と比較して、防着板２４の表面におけるカスプ磁場が強く、防着板２４の表面におけるパーティクルのトラップ力を高めることができる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図４に示すように、防着板２４の表面側に補助防着板２５を更に設ける形態であってもよい。補助防着板２５は、防着板２４と同様に、非磁性材料からなり、プレート状をなしていればよい。これによれば、複数の磁場発生手段２６を裏面に有する防着板２４に代えて、補助防着板２５をメンテナンスすればよく、メンテナンスをより容易性にすることができる。

また、図５に示すように、複数の磁場発生手段２６における防着板と反対側に、この磁場発生手段２６よりも強い磁性を有する強磁性板２７を更に設ける形態であってもよい。強磁性板２７は、プレート状をなしていればよい。これによれば、強磁性板２７より外側に、すなわち処理室２０の外側に、磁場発生手段２６によるカスプ磁場が漏れることを防止することができる。以下に、シミュレーション結果の一例を記載する。

図５に示すシミュレーション実施例において、強磁性板２７による効果をシミュレーションした。シミュレーション実施例の仕様は以下の通りである。
防着板２４：材料ＳＵ３１６Ｌ（ステンレス）、厚さ１ｍｍ
磁石２６：断面形状５ｍｍ×１０ｍｍ、着磁方向は長手方向、残留磁束密度１０００［Ｇａｕｓｓ］、保磁力−１０００［０ｅ］、磁石中心間隔３０ｍｍ
強磁性板２７：材料ＳＳ４００、厚さ２ｍｍ
このシミュレーション実施例において、防着板２４の裏面から強磁性板２７を介して３０ｍｍ離れた位置での磁界強度を算出したところ、磁界強度が垂直方向及び水平方向とも０〜７［Ｇａｕｓｓ］と低減された。

また、本実施形態では、処理室２０内に設けられた全ての防着板２４の裏面に磁場発生手段２６が設けられたが、少なくともプロセスエリアよりも上側、換言すれば、少なくとも被加工物Ｗよりも上側に対応する防着板の裏面部分に磁場発生手段２６が設けられる形態であればよい。また、少なくともプロセスエリアよりもプロセス上流側、換言すれば、少なくとも被加工物Ｗよりもイオンビーム生成部１０側に対応する防着板の裏面部分に磁場発生手段２６が設けられる形態であればよい。

また、本実施形態では、磁場発生手段２６が処理室２０内に設けられたが、磁場発生手段は、処理室外に設けられる形態であってもよい。磁場発生手段は、単に、処理室の外壁と当接していてもよい。このように、磁場発生手段が処理室外に設けられる場合、磁場発生手段が処理室内にある場合と比較して、パーティクルが磁場発生手段に付着することがない。また、処理室内部温度に起因する磁場発生手段の特性の低下がなく、キュリー温度に起因する磁場発生手段の選択肢の制限がない。
或いは、処理室の外壁に窪みを形成し、この窪みに磁場発生手段が埋め込まれてもよい。このように、処理室の外壁の厚みが薄い部分に磁場発生手段を配置することにより、防着板の表面におけるカスプ磁場を強めることができる。

また、本実施形態では、複数の磁石が、異極、すなわちＮ極とＳ極とが交互になるように配列されたが、複数の磁石は、同極が並ぶように配置されてもよい。

また、本実施形態では、磁場発生手段として（永久）磁石を例示したが、本発明では、電磁石等のあらゆる磁場発生手段が適用可能である。

また、本実施形態では、イオンミリング装置１を例示したが、本発明の特徴（防着板２４及び磁場発生手段２６）は、図６に示すイオンビームスパッタリング装置２にも適用可能である。イオンビームスパッタリング装置２では、処理室２０において、イオンビーム生成部１０から供給されるイオンビームＢを磁性材料からなるターゲットＴに衝突させ、ターゲットＴからのスパッタ粒子Ｃを被加工基板（被加工物）Ｗに堆積させる。なお、被加工基板Ｗは導電性の基板ホルダー２２に載置され、基板ホルダー２２にはバイアス電圧源３４によってバイアス電圧が印加される。同様に、ターゲットＴは導電性のターゲットホルダー２３に載置され、ターゲットホルダー２３にはバイアス電圧源３５によってバイアス電圧が印加される。

また、本発明の特徴（防着板２４及び磁場発生手段２６）は、図７に示す真空蒸着装置３にも適用可能である。真空蒸着装置３では、処理室２０において、磁性材料Ｓを被加工基板（被加工物）Ｗに蒸着させる。なお、被加工基板（被加工物）Ｗは基板ホルダー２２に載置されており、磁性材料Ｓはヒータ２１に載置されている。

１…イオンミリング装置（真空処理装置）、２…イオンビームスパッタリング装置（真空処理装置）、３…真空蒸着装置（真空処理装置）、１０…イオンビーム生成部、１２…ソースプラズマ生成部、１４…引出し電極部、１４Ａ…加速電極、１４Ｂ…減速電極、１４Ｃ…接地電極、１６…絶縁体、２０…処理室、２１…ヒータ、２２…基板ホルダー、２３…ターゲットホルダー、２４…防着板、２５…補助防着板、２６…磁石（磁場発生手段）、２７…強磁性板、２８…膜（磁性材料）、２９…パーティクル、３０…ガス供給部、３２…排気部、３４，３５…バイアス電圧源、Ａ…ソースプラズマ、Ｂ…イオンビーム、Ｃ…スパッタ粒子、Ｍ…カスプ磁場、Ｓ…磁性材料、Ｔ…ターゲット（磁性材料）、Ｗ…被加工基板（被加工物、磁性材料）。

Claims (9)

1. 磁性材料のミリング、スパッタリング、又は、蒸着を行うための処理室と、
   前記処理室の内壁に沿って設けられた防着板と、
   前記防着板における前記処理室の内壁と対向する裏面側に配列され、前記防着板の表面側にカスプ磁場を発生する複数の磁場発生手段と、
   を備える、真空処理装置。
2. 前記複数の磁場発生手段は、前記処理室内において、前記防着板の裏面と当接している、請求項１に記載の真空処理装置。
3. 前記複数の磁場発生手段は、前記処理室外において、前記処理室の外壁と当接している、請求項１に記載の真空処理装置。
4. 前記複数の磁場発生手段は、異極が交互に並ぶように配列される、請求項１〜３の何れか１項に記載の真空処理装置。
5. 前記複数の磁場発生手段における前記防着板と反対側に強磁性板を更に備える、請求項１〜４の何れか１項に記載の真空処理装置。
6. 前記防着板の表面側に設けられた補助防着板を更に備える、請求項１〜５の何れか１項に記載の真空処理装置。
7. イオンビームを生成するイオンビーム生成部を更に備え、
   前記処理室では、前記イオンビーム生成部から供給されるイオンビームを前記磁性材料からなる被加工物に衝突させることによって、イオンミリングを行う、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の真空処理装置。
8. イオンビームを生成するイオンビーム生成部を更に備え、
   前記処理室では、前記イオンビーム生成部から供給されるイオンビームを前記磁性材料からなるターゲットに衝突させ、前記ターゲットからのスパッタ粒子を被加工物に堆積させることによって、イオンビームスパッタリングを行う、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の真空処理装置。
9. 前記処理室では、前記磁性材料を被加工物に蒸着させることによって、真空蒸着を行う、請求項１〜６の何れか１項に記載の真空処理装置。

Images