JP2011146690A - イオンビーム発生装置及びこれを用いた基板処理装置と電子デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体を大きくすることなく、基板への入射イオンビームの均一性を図ったイオンビーム発生装置を提供する。
【解決手段】放電槽２でプラズマを発生させ、引き出し電極７より環状のイオンビームを引き出し、偏向電極３０によって、該イオンビームを環状の中心方向に屈曲させて基板Ｗに対して、傾斜した方向から入射させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体基板や磁気ディスク基板の微細加工に係わり高精度且つ均一に微細加工や表面の平坦化加工を行うためのイオンビーム発生装置と、係る装置を用いてなる基板処理装置、及び、該装置を用いた電子デバイスの製造方法に関する。

半導体基板や磁気ディスク基板の微細加工に係わり高精度且つ均一に微細加工や表面の平坦化加工を行う技術としてイオンビーム発生装置を備えた基板処理装置がある。特許文献１には、高精度な表面加工を行うために、加速用グリッドを半導体表面に対して斜めに設けた半導体加工装置が開示されている。また、特許文献２には、引き出し電極部を、基準面に対して両側に斜めに設けることで、基板両面の平坦化を同時に行うイオンガンが開示されている。

特開昭６０−１２７７３２号公報 特開２００８−１１７７５３号公報

イオンビーム発生装置において、引き出し電極は通常、イオンを引き出すための複数の孔が設けられており、引き出し電極から引き出された直後のイオンビームは当然、この孔と孔のない箇所に対応したイオンビームの粗密がある不均一な状態である。しかしながら、イオンビームは基板に到達するまでに徐々に周囲に広がるため、引き出し電極から基板までの距離が十分に長い場合には、基板にはイオンビームが均一に照射される。上記の従来技術においては、基板にイオンビームを斜め入射させる装置であるが、装置全体の大きさに制約があるので、引き出し電極から基板までの距離を十分に確保できない。即ち、基板に入射するイオンビームを十分に均一にできないという問題がある。そのため、引き出し電極における孔数を増やし、孔のピッチを小さくすることで均一化を図っているが、未だ不十分である。

本発明の課題は、イオンビーム発生装置において、装置全体を大きくすることなく、基板への入射イオンビームの均一性を図ることにある。さらに本発明は、係るイオンビーム発生装置を備え、均一なエッチング処理が可能な基板処理装置と、該イオンビーム発生装置を用いた均一なエッチング加工を含む電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。

本発明の第１は、プラズマを発生させるための放電槽と、
前記放電槽で発生させたイオンを加速しつつ放電槽の外へ引き出すための開口を設けた環状のグリッド部を有する引き出し電極と、
前記引き出し電極から引き出した環状のイオンビームを前記環状の中心方向に屈曲させるための偏向電極とを備えたことを特徴とするイオンビーム発生装置である。

本発明の第２は、基板を保持するための基板ホルダと、
前記基板ホルダに保持した基板の表面に対向して配置されたイオンビーム発生装置を、該基板の両面に対してそれぞれ設けた基板処理装置であって、
前記イオンビーム発生装置が、上記本発明のイオンビーム発生装置であることを特徴とする。

本発明の第３は、上記本発明のイオンビーム発生装置を用いた電子デバイスの製造方法であって、
前記放電槽内にプラズマを発生させる工程と、
前記引き出し電極に電圧を印加して、前記放電槽内のプラズマからイオンビームを引き出す工程と、
前記偏向電極に電圧を印加して、前記イオンビームを偏向させる工程と、
前記偏向されたイオンビームにより、基板表面のエッチングを行う工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明のイオンビーム発生装置においては、引き出し電極から引き出されたイオンビームを、偏向電極を用いて偏向させることにより、引き出し電極から基板までのイオンビームの経路を十分にとることができる。よって、引き出し電極の孔数を増やしたり、孔のピッチを小さくしたり、或いは装置を大型化しなくても、均一なイオンビームによる基板の処理を行うことができる。

また、本発明のイオンビーム発生装置を用いて均一なエッチング加工を行うことにより、歩留まり良く電子デバイスを製造することができる。

本発明の基板処理装置の一実施形態の全体構成を説明する模式図である。 図１の装置において、基板を保持するキャリアの構成例を示す図である。 図１の基板処理装置のイオンビーム発生装置の詳細を示す断面模式図である。 図１の偏向電極の詳細構成を説明するための図である。 本発明のイオンビーム発生装置の引き出し電極のグリッド部の構成例を示す図である。 本発明のイオンビーム発生装置の偏向電極の作用の説明図である。 本発明のイオンビーム発生装置において、被処理基板全面にイオンビームを照射させるために必要となるビーム幅とイオン入射角の関係を説明する図である。 図１のイオンビーム発生装置において、偏向電極を往復移動させる場合の構成を説明する断面模式図である。 偏向電極を往復移動させる場合の偏向電極の位置と速度の関係を示す図である。 本発明のイオンビーム発生装置を用いた微細エッチングの効果を説明する断面模式図である。 本発明のイオンビーム発生装置を用いた平坦化エッチングの効果を説明する断面模式図である。 本発明の基板処理装置の一例であるディスクリートトラックメディア加工成膜装置を示すブロック図である。 図１２の装置を用いたディスクリートトラックメディア加工成膜プロセスフローを説明する断面模式図である。 図１２の装置を用いたディスクリートトラックメディア加工成膜プロセスフローを説明する断面模式図である。

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。

図１を参照して、本発明の基板処理装置について説明する。図１は、本例の装置を上から見た構成を示す模式図である。図１に示すように、基板処理装置１００は、基板（ウエハ）Ｗと、基板Ｗを挟んで対向配置された第１及び第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。

本例における基板Ｗは、例えばハードディスク等の磁気記録媒体用基板であり、一般的には略円板状の基板の中心部に開口部が形成されている。基板Ｗは、例えば図２に示されたような基板キャリア（基板搬送装置）により、鉛直方向に沿って起立した姿勢で保持されている。尚、本発明の基板処理装置は、ハードディスク等の磁気記録媒体用基板などに対して両面加工する場合だけでなく、片面加工に用いてもよい。しかし、図１に示すような両面加工用のインライン搬送装置においては、装置スペースの制約上、基板を回転させる機構を設けるのが難しいので、本発明を用いることはより効果的である。

ここで図２を参照してキャリアの一構成例を説明する。図２（ａ）及び（ｂ）はキャリアの構造を模式的に示す正面図及び側面図である。図２に示すように、キャリアは、２つの基板ホルダ２０と、基板ホルダ２０を鉛直方向（縦向き）に保持し搬送路上を移動するスライダ部材１０とから構成される。スライダ部材及び基板ホルダには、通常軽量のＡｌ（Ａ５０５２）等が用いられる。

基板ホルダ２０は、中央部に基板が挿入される円形の開口２０ａを有し、下部側ではその幅が２段階に縮小する形状となっている。開口２０ａの周囲の３箇所にインコネル製のＬ字型バネ部材２１，２２，２３が取り付けられ、このうち、バネ部材（可動バネ部材）２３は下方に押し下げられる構成となっている。バネ部材２１，２２，２３の先端部には、基板の外周端面を把持するためのＶ字型の溝が形成され、開口２０ａ内に突出している。ここで、バネ部材２１，２２，２３の取り付け方向は、回転対称的に取り付けられている。また、２つのバネ部材２１，２２の支持爪は、基板ホルダ２０の開口中心を通る鉛直線に対し対称な位置に配置され、可動バネ部材２３の支持爪は、この鉛直線上に配置される。このように配置することにより、基板Ｗをキャリアに装着する際に、何らかの原因で基板ホルダ２０の開口中心と装着される基板Ｗの中心とが若干ずれた場合でも、基板Ｗが回転する方向に力が加わり、より均等に３本の支持爪で基板Ｗを保持することができる。また、熱膨張があった場合に増長されるずれを解消することができる。基板ホルダ２０の中間部は、スライダ部材１０内部に取り付けられたアルミナ等の絶縁部材１１ａ，１１ｂによりその側端面が保持される。また、先端部は、基板バイアス印加用接点との接触部となる。

スライダ部材１０は、図２（ｂ）に示すように、中央部にくぼみ１０ｂが形成されたコの字型の断面形状を有し、上部の肉厚部１０ａには、基板ホルダ２０の中間部を保持するためのスリット状の溝がくぼみ部１０ｂに貫通して形成されている。スリット状溝内の両端には１対の絶縁部材１１ａ，１１ｂが配置され、スライダ部材１０の端部側の絶縁部材１１ａは溝内に固定され、スライダ部材１０の中央側の絶縁部材１１ｂは左右に移動可能に配置されている。さらに、可動絶縁部材１１ｂをスライダ部材１０の端部側に付勢するように板バネ１２が取り付けられている。このように、スライダ部材１０の溝内に基板ホルダ２０を差し込み、ネジ１３を締め付けることにより、基板ホルダ２０はキャリア外側に押しつけられ強固に固定される。

また、スライダ部材１０の底部には、多数の磁石１４が着磁方向を交互に逆にして取り付けられ、スライダ部材１０は、搬送路に沿って配置される回転磁石４０との相互作用により移動する。尚、搬送路からスライダの離脱を防止するためのガイドローラ４１や、倒れを防止するためのローラ４２が所定の間隔を開けて搬送路に取り付けられている。

再び図１に戻り、基板Ｗの両面に臨むように、基板Ｗを挟んで第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とが対向配置されている。即ち、第１のイオンビーム発生装置１ａ及び第２のイオンビーム発生装置１ｂの各々は、それらの間の領域にイオンビームを照射するように配置されており、該領域に開口部を有する基板Ｗを保持する基板キャリアが配置される。図１に示す構成では、第１及び第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Ｗの処理面は、略平行になるように配置されている。

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き出し電極７ａ（基板側から電極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８ａ（基板側から８１ａ，８２ａ，８３ａ）と接続されている。引き出し電極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を中和するため、電子を照射できるように構成されている。

放電槽内には、不図示のガス導入手段よりアルゴン（Ａｒ）等の処理ガスが供給される。ガス導入手段より放電槽２ａ内へＡｒが供給され、ＲＦソース源８４ａから電極５ａへＲＦ（高周波）パワーを印加して、プラズマが生成される。プラズマ中のイオンは、引き出し電極７ａにより引き出されて、基板Ｗにエッチング処理を施す。

第２のイオンビーム発生装置１ｂについても、上記イオンビーム発生装置１ａと同様に構成されているので、説明を省略する。

制御部１０１は、イオンビーム発生装置１ａの電圧源８ａ及びイオンビーム発生装置１ｂの電圧源８ｂと電気的に接続されており、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。特に、制御部１０１は、イオンビームエッチング処理及び基板の搬送処理などに関する一切の制御や各種付加機能に関する一切の制御を実行するためのプログラム（ソフトウェア）を格納するプログラムメモリを有しており、マイクロコンピュータの中央演算制御部（ＣＰＵ）がプログラムメモリから逐次所要のプログラムを読み出して実行するようになっている。また、プログラムの保存管理にハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ等の各種記憶媒体を用いることができる。

コンピュータインターフェース１０５は、制御部１０１及びカウンタ１０３と接続されており、装置使用者により、クリーニング条件（処理時間等）が入力可能に構成されている。

次に、図３及び図４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３は、本発明のイオンビーム発生装置の一実施形態の詳細構造を示す断面模式図である。尚、第１及び第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３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１×１０^-4Ｐａ（１×１０^-5ｍｂａｒ）から約１×１０^-2Ｐａ（１×１０^-3ｍｂａｒ）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によって区画され、その周辺には、プラズマが形成された結果、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手段４が配置されている。この磁気手段４は、通常、複数の棒状の永久磁石を備えている。また、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構成でも良い。また、より短い磁石をＮ、Ｓサイクルが直交した２つの軸がなす平面上に広がるように配置したチェッカーボード構成でもよい。

ＲＦコイル手段５によって、ＲＦパワーがプラズマ閉じ込め容器３の後壁に付与され、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、プラズマが生成される。

図３に示すようにプラズマ閉じ込め容器３の前壁には、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、イオンビームの形でプラズマ閉じ込め容器３から出てくるイオンを加速する引き出し電極７が配置されている。引き出し電極７のグリッド部７４より引き出されたイオンは、偏向電極３０により形成された電界により被処理基板Ｗ方向に曲げられ、角度θにて基板に入射する。引き出し電極７は、基板Ｗ（被照射面）に対して略平行に対向して設けられた平坦部７５と、その外側にイオンを出射するグリッド部７４と、を有している。グリッド部７４は、イオンビームが照射される複数の微細孔が形成された構造を有している。入射角度θは６０°以上であることが望ましい。この角度で、偏向電極３０を用いずに、基板にイオンビームを入射させるためには、イオンビーム装置を大型化しなければならない。よって、発明のイオンビーム発生装置においては、引き出し電極から引き出されたイオンビームを、偏向電極を用いて偏向させることにより、装置を大型化することなく、さらに引き出し電極から基板までのイオンビームの経路を十分にとることができる。結果的に、基板に均一なイオンビームを照射することができる。尚、本例では、平坦部７５には、グリッド部を有していないが、この平坦部７５からもイオンビームが照射可能なようにグリッド部を設けるように構成してもよい。

偏向電極３０は円錐台の第１電極筒３１と、第１電極筒３１より径の小さい円錐台の第２電極筒３２よりなり、互いに重なり合うように配置されている。円錐台の第１電極筒３１は、上面部と下面部がそれぞれ開口している。同様に、円錐台の第２電極筒３２も、上面部と下面部がそれぞれ開口している。これら電極は互いに異なる電位に設定され、両電極間に電界を形成している。

引き出し電極７から引き出されたイオンビームは、第１電極筒３１と第２電極筒３２間に入射し、両電極間に形成された電界により基板Ｗ方向に屈曲し、基板Ｗに対しθの傾斜角を持ち入射する。この時、基板Ｗの被処理面においてθの角度を持ってイオンが入射する領域は、引き出し電極７のグリッド部７４の範囲と偏向電極３０の位置及び前記偏向電極３０により曲げられる角度に依存して変化する。偏向電極３０の位置が被処理面に近く、イオンの曲げ角度が大きい程、グリッド部７４の範囲を狭くできる。

また、装置全体の大きさの制約上、基板Ｗと引き出し電極７との距離は３００ｍｍ以下になるように配置されている。

図４は、偏向電極３０の詳細構成を説明するための図である。図４（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図であり、第１電極筒３１と第２電極筒３２とにより、グリッド部７４からのイオンビームが入射される円環状の入射領域５０と、基板へ向けて偏向されたイオンビームが出射される、円環状の出射領域５１が形成されている。このように、環状のイオンビームは、第１の電極筒３１と第２電極筒３２との間隙を通過する間に、円環の中心方向に屈曲し、出射されたイオンビームにより、円盤状の基板Ｗに対して、均一な基板処理をすることができる。このように環状のイオンビームを基板に入射させることで、基板を回転させることなく、均一な基板処理を実現することができる。

図５は、引き出し電極７の表面構造を説明する上面図である。図５（ａ）は、引き出し電極７の２つの半径の円で囲まれた環状領域に、円形の微細孔からなるグリッド部７４を設けた例である。また、イオン出射幅が狭い場合には、図５（ｂ）に示す様に円弧状の複数のライン状孔７６を設けた引き出し電極を用いることもできる。図５（ｂ）のように、ライン状孔を形成した場合には、製作にあたり加工時間を短くすることができ、ひいては製作コストを大幅に削減可能となる。引き出し電極７の材料としては、プラズマ源からの入熱による温度上昇及びそれによる熱膨張に対する耐性、又イオンビームの引き出し性能確保のための薄板化時の剛性確保の点からＭｏが用いられることが一般的となっている。Ｍｏは非常に硬度が高く、長時間の加工が必要とされる。また、グリッド自身もイオン照射を受けることにより消耗するため、一定間隔での交換が必要となる。本例に示すライン状グリッドを用いることで大幅に加工時の作業時間を短縮でき、低コスト化が可能になる。

尚、本例においては、円環状に形成したグリッド部の例を示したが、これに限定されず、例えば、略円環状、或いは正八角形などの略正多角形状の環状に形成したグリッド部であってもよい。

図６に基づいて偏向電極３０の作用を詳細に説明する。図６（ａ）に示すように、円錐台形の第１電極筒３１と第２電極筒３２とが互いに重なり合うように配置し、両者の間に直流電源３５により所定の電圧を印加して形成した電界３６により、イオンビームを所定の角度屈曲させる。第１電極筒３１にはプラス電位が印加され、第２電極筒３２にはマイナス電位が印加されている。この電界により屈曲角を任意に変更することが可能である。この時、２枚の電極板３１，３２で形成される電界３６はこの電極間付近のみに局在して形成されるように配置することが必要である。例えば図３における第２電極筒３２の電位は引き出し電極７１の電位と同一にすることで引き出し電極７と偏向電極３０の間での電界を小さくすることができる。尚、本発明においては、図６（ｂ）に示す様に第１電極筒３１と第２電極筒３２とを、リング状の第１電極３３と第２電極３４としても良い。

図７にφ６５ｍｍの基板全面へイオンを入射させる場合に必要となるイオンビームの幅とイオンビームの傾斜角θの関係を示す。イオンビームの平行性を維持するためには、イオンビームが屈曲する前後でイオンビームの幅が同一であることが望ましく、基板Ｗの中心を含む断面でのイオンビームの幅で基板Ｗ全面に照射できることが望ましい。さらに基板Ｗへ入射されるイオンビームの均一性や、基板Ｗ、偏向電極３０、グリッド部７４の機械公差による幾何学的位置ずれも考慮するとグリッド部７４の幅は、図７に示すように、基板Ｗへのイオン入射角度における出力ビーム幅の値以上とすることが望ましい。

一方、イオンビームの使用効率という観点からは、余計なイオンの出射は望ましくなく、ビームの均一性も考慮してグリッド７４の幅を決定すると良い。例えば８０°の入射角θでイオンビームを基板Ｗに入射させる場合、偏向電極３０から出力されるビーム幅は１２ｍｍから若干大きな領域とすると良い。また、基板処理により平坦化を実現するためには、入射角度は６０°以上であることが望ましい。

グリッド部７４、偏向電極３０の被処理面からの位置、イオンビームの曲げ角度を適切に調整することで、図３に示すように、基板Ｗ全面に一定の角度θのイオンビームを均一に入射させることが可能となる。

図８は、偏向電極３０を往復移動させる形態を示す。本例に係るイオンビーム発生装置は、偏向電極３０を引き出し電極７との対向方向に移動させる駆動機構（不図示）を備えている。駆動機構は、偏向電極３０を、引き出し電極７と基板Ｗとの間で移動させることで、イオンビームが基板Ｗに対して入射する位置を調整することができる。図８に示すように、偏向電極３０を引き出し電極７に近いＡの位置に配置すると、イオンビーム３７は基板Ｗの一端に入射する。一方、偏向電極３０を基板Ｗに近いＢの位置に配置すると、イオンビーム３７は基板Ｗの他端に入射する。偏向電極３０をＡ点とＢ点の中間のＯの位置に配置すると、基板Ｗの中央部に主にイオンビームが入射する。グリッド部７４を図７に示す幅よりも小さくした結果、イオンビームが被処理基板Ｗ全面に照射できない場合がある。このような場合には、偏向電極３０を例えば被処理基板面と、これと対向する引き出し電極面間で移動させることで、イオンビームを基板上で一定の入射角で挿引させることができる。これにより基板全面にイオンビームを照射することができる。

この際、円形の被処理基板Ｗに円形状に所定の角度でイオンビームを入射させ挿引させる場合、グリッド部７４からのイオン出射量が同一でも被処理基板Ｗ上の挿引位置により入射領域の面積が異なることになる。即ち、基板上の半径の小さい部分（中心に近い位置）に照射する場合と半径の大きい領域（中心から遠い位置）に入射させる場合には、入射領域の面積が異なるため、単位面積当たりの入射量が異なることになる。結果的に、基板へのエッチングが不均一となってしまう。

図９は、偏向電極３０を位置Ａと位置Ｂの間を往復移動させる時の、偏向電極３０の移動速度を説明する図である。Ｏの位置では、偏向電極３０の移動速度を相対的に速くして、位置Ａや位置Ｂでは、偏向電極３０の移動速度を相対的に遅くするように制御する。このように照射部の半径に合わせて、挿引速度を変調させ被処理基板Ｗへのイオンの入射量を均一にすることができる。例えば、挿引速度を対応する被処理基板Ｗの半径に反比例するように偏向電極３０の動作に変調させることで被処理基板Ｗ上でのイオンの入射量を均一とすることができる。図中の９１は基板照射範囲である。

尚、上記例では引き出し電極７の平坦部７５は、イオンビームが照射されない非照射部となっているが、本発明ではこれに限定されず、イオンビームを照射できるようにグリッド部を形成してもよい。これにより被処理基板Ｗに垂直なイオンビームと傾斜したイオンビームを同時に照射することができる。

次に、図１を参照して、本例の基板処理装置１００の作用について説明する。

第１のイオンビーム発生装置１ａから基板Ｗの一方の処理面にイオンビームが照射されて、基板Ｗの一方の処理面が処理される。同様に、第２のイオンビーム発生装置１ｂから基板Ｗの他方の処理面にイオンビームが照射されて、基板Ｗの他方の処理面が処理される。

本例の基板処理装置１００では、第１、第２のイオンビーム発生装置１ａ、１ｂには各々被処理基板Ｗの外形より外側の領域にイオンを出射せしめるグリッド部７４を有する引き出し電極７が構成されている。さらに、当該グリッド部７４から引き出されたイオンビームを被処理基板Ｗの方向に屈曲させる偏向電極（不図示）が所定の角度で傾斜して構成されている。これにより被処理基板Ｗに所定の入射角でイオンを斜め入射させ所定の処理を行うことができる。

次に本発明のイオンビーム発生装置を用いた基板の処理効果について説明する。

イオンビームを入射させて基板を処理する例としては、基板上に堆積させた膜の所定形状への加工及び全面加工、基板上に形成された凹凸面の平坦化加工などが挙げられる。

図１０は、イオンビームを入射させて基板上に堆積された膜を所定の形状に微細加工する例を示す。被処理基板Ｗ上にスパッタ法やＣＶＤ法などで堆積させた被処理膜２０１にフォトレジスト２０２を所定の形状にリソグラフィーで形成し、これをマスクとして前記イオンビーム発生装置よりイオンビーム２０３を照射し被処理膜２０１を加工する。半導体基板の加工のような微細加工を要求される用途では、素子の性能確保のため、設計したパターン通り、即ちよりマスクに合わせた垂直加工が望まれる。

この際、イオンビーム発生装置ではプラズマ源に所定のガスを導入し発生させたイオンを引き出し電極にて加速し、このイオンビームを基板に照射させてエッチング加工を行う。図１０（ａ−１）、（ａ−２）はイオンビームを垂直方向のみから入射させた場合の加工形状を、（ｂ−１）、（ｂ−２）は本発明の装置でイオンビームを傾けた場合を示す。この時、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを用いた場合や、被処理材料が所謂難ドライエッチング材で、被処理材とプラズマで発生させた活性種との化学反応により揮発性生成物を形成しない場合、基板処理面よりスパッタリングにより付着性の粒子２０４が飛散する。粒子の飛散方向は例えば一般的なスパッタリンング理論によれば放出角のコサインに比例した分布といったようにある分布をもって飛散するため、一部は加工体側面方向に飛散した後に付着しエッチングの垂直な進行を阻害しパターン側面堆積膜２０５を形成する。この堆積膜２０５によりパターン側壁は図１０（ａ−２）のようにテーパー形状を呈する。実際にこのような垂直入射でエッチングを行った場合、概略７５°以上のテーパー角を得ることができない。テーパーのついた側壁へ基板に対してイオン入射角が０°のビームを入射させた場合、前記側壁面のイオン入射角は非常に大きくなる。例えば前記７５°のテーパー角の場合、例えば文献”Ｒ．Ｅ．Ｌｅｅ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１６，１６４（１９７９）”の図２に従えば、基板に平行な被エッチング面に対しエッチング速度は極端に低下することとなる。尚、テーパー角とは、側壁と基板表面とのなす角度を言い、イオン入射角とは、入射するイオンビームが入射面に対して直交する方向から傾斜する角度を言い、例えば、被エッチング面に対して垂直に入射する場合が０°である。

これに対し本発明に係るイオンビーム発生装置１を用いて傾斜したイオンビーム２０６を、例えば１５°傾けて照射した場合、イオンビームは例えば７５°のテーパー角を持つ側面に対しては入射角が６０°、被エッチング面に対しては入射角が１５°となる。前記文献に従えば、イオンビームが傾斜していない場合に比べて、そのエッチング速度の差は著しく低下する。図１０（ｂ−２）に示したように、被処理膜２０１の側壁もエッチングが進行しより垂直なエッチング側面が得られる。

図１１は、本発明のイオンビーム発生装置を用いて、基板表面の凹凸面を平坦化する加工例を示す。図１１（ａ−１）、（ｂ−１）に示すように、被処理基板Ｗ上に予め被加工層２０８を成膜した後、リソグラフィー法を用いてエッチング加工等により微細加工処理を行う。エッチング加工は、例えば前記図１０のような斜め入射イオンビームによって行われる。このエッチング加工された層２０８の上に、例えばスパッタリング法などを用いて埋め込み成膜を行ない埋め込み層２０９を形成する。スパッタリング等で成膜を行った場合、埋め込み層２０９の表面には、図１１（ａ−１）、（ｂ−１）に示した様にパターンが存在する部分と存在しない部分で段差が発生する。これはスパッタリング粒子が基板面に均等に入射するため、基板上各部の成膜される膜の体積が等しいことによるものである。一部の半導体加工や磁気ディスク加工においては、素子の性能確保や次の工程の便宜のため、このような凹凸表面を平坦にすることが望まれる。

図１１（ａ−２）、（ａ−３）は前記凹凸表面にイオンビーム２０３を垂直に入射させた場合の表面形状の変化を示す。この場合には基板Ｗに平行な面は一様に加工されるが、テーパー部分はイオンビームの入射角が非常に大きいためエッチングの進行が抑制された形状を呈する。但しイオンビームは凸部の角部を選択的にエッチングする効果があるため、凸部の形状は丸みを帯びるが、十分な平坦化の効果を得ることができない。

一方、図１１（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す様に、段差側壁面に対して略垂直に、即ち基板面に対して傾斜してイオンビーム２０６を入射させた場合、段差側壁を基板に平行な面に比べ大幅に早いエッチング速度でエッチングすることができる。これによって凸部の幅のみが次第に狭くなり最終的に凸部が消失し平坦面を得ることができる。例えば段差の側壁が７５°のテーパーを持つ場合、イオンビーム２０６を６０°の角度から入射させれば段差面には入射角が１５°のイオンビームが照射される。この時、基板Ｗに平行な面へのイオンビームの入射角は６０°となり前記文献によれば段差面が大幅に早いエッチング速度でエッチングされる。

本発明においては、基板に均一なイオンビームを入射させることが可能であるため、基板を回転する必要がない。本発明において、基板回転機構を設ける場合には、その機構によりイオンビームの入射が阻害される部分が発生するか、又は特開２００８−１１７７５３号公報の図５のように基板外周部に摺動部分を設けることが必要となり、好ましくない。特に、基板外周部に摺動部を設けることは、基板上に不要なパーティクルを付着させ、歩留まりを著しく阻害せしめることに繋がるため、好ましくない。また、図示しないが、他にもイオンビームを阻害させることなく、又、基板部に摺動部を持たせずに基板を回転させるためには非常に大きな構造を必要とし、本例の様な小型化が望まれる基板処理装置には適していない。

以上説明したように、本例の基板処理装置１００によれば、対向するイオンビーム発生装置１ａ，１ｂのイオンビームを出射するグリッド部７４を被処理基板Ｗより外側に形成している。そして、当該イオンビームを被処理基板側に屈曲させるための偏向電極３０により屈曲させ被処理基板に照射させる。これにより、よりパターン精度の高いエッチング加工や凹凸面の平坦化を行うための小型でパーティクルの発生を押さえた均一な傾斜イオンビーム発生装置を構成することができる。

本発明のイオンビーム発生装置は、上記したように、電子デバイスの製造工程において、基板表面をエッチングして微細加工や平坦化を施す場合に好ましく適用される。

図１２は、本発明のイオンビーム発生装置を磁気記録媒体の製造に用いた場合の、製造装置の概略構成図である。本例の製造装置は、図１２に示すように、複数の真空排気可能なチャンバ１１１乃至１２１が無端の方形状に接続配置されたインライン式の製造装置である。そして、各チャンバ１１１乃至１２１内には、隣接する真空室に基板を搬送するための搬送路が形成され、基板は製造装置内を周回するうちに順次各真空室内での処理が行われる。また、基板は方向転換チャンバ１５１乃至１５４において搬送方向が転換され、チャンバ間を直線状に搬送されてきた基板の搬送方向を９０°回転し、次のチャンバに引き渡す。また、基板はロードロックチャンバ１４５により製造装置内に導入され、処理が終了すると、アンロードロックチャンバ１４６により製造装置から搬出される。尚、チャンバ１２１のように、同じ処理を実行可能なチャンバを複数個連続して配置し、同じ処理を複数回に分けて実施させてもよい。これにより、時間がかかる処理もタクトタイムを伸ばすことなく実施できる。図１２の装置では、チャンバ１２１のみ複数個配置しているが、他のチャンバを複数個配置してもよい。

図１３（ａ）は、本例の製造装置によって処理を行う積層体の模式図である。尚、本例では、基板３０１の対向する両面に積層体が形成されている。しかしながら、図１３（ａ）では、図面及び説明を簡便化するために、基板３０１の片面に形成された積層体の処理に着目し、もう一方の面に形成された積層体及び該積層体への処理は省略する。従って、図１３（ｂ）乃至（ｄ）、図１４（ｅ）乃至（ｈ）においても、基板３０１の片面に形成された積層体への処理について説明するが、もう一方の面に形成された積層体についても同様の処理が行われる。

積層体は、図１３（ａ）に示すように、ＤＴＭ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｒａｃｋ Ｍｅｄｉａ）に加工途中のものであり、基板３０１と、軟磁性層３０２と、下地層３０３と、記録磁性層３０４と、マスク３０５と、レジスト層３０６とを備えている。係る積層体を図１２に示す製造装置に導入する。基板３０１としては、例えば直径２．５インチ（６５ｍｍ）のガラス基板やアルミニウム基板を用いることができる。尚、軟磁性層３０２、下地層３０３、記録磁性層３０４、マスク３０５、レジスト層３０６は、基板３０１の対向する両面に形成されているが、上述のように図面及び説明の簡便化のために、基板３０１の片面に形成された積層体は省略している。

軟磁性層３０２は、記録磁性層３０４のヨークとしての役割を果たす層であり、Ｆｅ合金やＣｏ合金などの軟磁性材料を含んでいる。下地層３０３は、記録磁性層３０４の容易軸を垂直配向（積層体３００の積層方向）させるための層であり、ＲｕとＴａの積層体等を含んでいる。この記録磁性層３０４は、基板３０１に対して垂直方向に磁化される層であり、Ｃｏ合金などを含んでいる。

また、マスク３０５は、記録磁性層３０４に溝を形成するためのものであり、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などを用いることができる。レジスト層３０６は、記録磁性層３０４に溝パターンを転写させるための層である。本例では、ナノインプリント法により溝パターンをレジスト層に転写し、この状態で図１２に示す製造装置に導入する。尚、ナノインプリント法によらず、露光、現像により溝パターンを転写してもよい。

図１２に示す製造装置では、第１チャンバ１１１で反応性イオンエッチングによりレジスト層３０６の溝を除去し、次に第２チャンバ１１２で溝に露出したマスク３０５を反応性イオンエッチングにより除去する。この時の積層体３００の断面を図１３（ｂ）に示す。その後、第３チャンバ１１３で溝に露出した記録磁性層３０４をイオンビームエッチングにより除去し、記録磁性層３０４を図１３（ｃ）に示すように各トラックが径方向で離間した凹凸パターンとして形成する。例えば、この時のピッチ（溝幅＋トラック幅）は７０乃至１００ｎｍ、溝幅は２０乃至５０ｎｍ、記録磁性層３０４の厚さは４乃至２０ｎｍである。第３チャンバ１１３において、本発明のイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム加工を行うことでパターン精度が高く基板内での均一性に優れたエッチング加工をすることができる。

このようにして、記録磁性層３０４を凹凸パターンで形成する工程を実施する。その後、第４チャンバ１１４、第５チャンバ１１５にて、記録磁性層３０４の表面に残ったマスク３０５を反応性イオンエッチングにより除去する。これにより、図１３（ｄ）に示すように記録磁性層３０４が露出した状態とする。

次に、図１４（ｅ）乃至（ｈ）を用いて、記録磁性層３０４の凹部に非磁性材料からなる埋め込み層を成膜して充填する工程、余剰の埋め込み層をエッチングにより除去するエッチング工程について説明する。

図１３（ｄ）に示すように、積層体３００の記録磁性層３０４を露出させた後、埋め込み層形成用チャンバ１１７において、図１４（ｅ）に示すように、記録磁性層３０４の凹部である溝３０７の表面に埋め込み層３０９を成膜する。尚、埋め込み層形成用チャンバ１１７が、記録磁性層３０４上に非磁性材料からなる埋め込み層３０９を成膜・充填する第２の成膜チャンバとして機能する。埋め込み層３０９は、記録磁性層３０４への記録や読み出しに影響を与えない非磁性材料であって、例えば、Ｃｒ，Ｔｉやこれらの合金（例えば、ＣｒＴｉ）などを用いることができる。非磁性材料は、強磁性材料を含んでいる場合であっても、他の反磁性材料や非磁性材料を含むなどして全体として強磁性材料としての性質を失っているものであればよい。

埋め込み層３０９の成膜方法は特に限定されないが、本例では、積層体３００にバイアス電圧を印加し、ＲＦ−スパッタを行う。このようにバイアス電圧を印加することで、スパッタされた粒子を溝３０７内に引き込み、ボイドの発生を防止する。バイアス電圧として、例えば、直流電圧、交流電圧、直流のパルス電圧を印加することができる。また、圧力条件は特に限定されないが、例えば３乃至１０Ｐａの比較的高圧力の条件下であると、埋め込み性が良好である。また、イオン化率の高いＲＦ−スパッタを行うことで、溝３０７に比べて埋め込み材料が積層しやすい凸部３０８を、イオン化された放電用ガスにより成膜と同時にエッチングすることができる。よって、溝３０７及び凸部３０８に積層される膜厚の差を抑制することができる。尚、コリメートスパッタリングや低圧遠隔スパッタリングを用いて、凹部である溝３０７に埋め込み材料を積層させてもよいが、本例の方法を用いることで、基板３０１とターゲットの距離を短くすることができ、装置を小型化できる。

尚、図示しないが、埋め込み層３０９成膜前にエッチングストップ層を成膜しても良い。エッチングストップ層は上層の埋め込み層３０９に対して後述する平坦化の条件でエッチング速度が埋め込み層３０９より低い材料を選択すると良い。これにより平坦化の際のエッチングの進み過ぎによる記録磁性層３０４へのダメージを抑制する機能を付与することができる。また、エッチングストップ層として非磁性の金属材料を選択すると、後工程の埋め込み層３０９成膜時のバイアス電圧を有効に機能させることができ前記ボイドの発生を効果的に抑制できる。

図１２中にはエッチングストップ層成膜チャンバ１１６を含めて図示している。

埋め込み成膜を行った後の表面は図１４（ｅ）に示すように微細な凹凸上は概ね埋め込まれるが、前記のように平坦な面に比べ低くなる。微細な凹凸上は埋め込み層の膜厚が十分でない場合微小な凹凸が残ることがある。

次に、第１のエッチングチャンバ１１８において、図１４（ｆ）に示すように、記録磁性層３０４上に若干埋め込み層３０９を残し、埋め込み層３０９を除去する。本例では、Ａｒガスなどの不活性ガスをイオン源としたイオンビームエッチングにより埋め込み層３０９を除去する。この時、本発明のイオンビーム発生装置を用いて傾斜したイオンビームを照射することで、表面に形成された段差を効果的に平坦化する。イオンビームの傾斜角は単一、複数の組み合わせ、或いは垂直入射を組み合わせても良く表面の段差に応じて偏向電極３０の形状や偏向電極３０に印加する電圧を選択し最適化を図ることができる。

第１のエッチングチャンバ１１８は、図１に例示した本発明のイオンビーム発生装置１ａ、１ｂを備えている。この第１のエッチングチャンバ１１８は、埋め込み層３０９の一部をイオンビームエッチングにより除去するためのチャンバである。尚、具体的なエッチング条件としては、例えば、チャンバ圧力を１．０×１０^-1Ｐａ以下、電極７３の電圧を＋５００Ｖ以上、電極７２の電圧を−５００Ｖ乃至−２０００Ｖ、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）放電でのＲＦパワーを２００Ｗ程度とする。

平坦化された後もイオンビームエッチングを継続することにより、図１４（ｇ）に示すように、残された埋め込み層３０９を完全に除去する。

図１２には前記の図示しないエッチングストップ層を除去するための第２のエッチングチャンバ１１９も記載した。尚このエッチングチャンバ１１９は反応性ガスによるＩＣＰプラズマを用い、キャリアにＤＣ、ＲＦ、ＤＣパルス等のバイアスを印加する機構等により構成される。

次に、図１４（ｈ）に示すように、平坦化された表面にＤＬＣ層３１０を成膜する。本例では、この成膜は加熱チャンバ１２０或いは冷却チャンバにおいてＤＬＣの形成に必要な温度に調整した後、保護膜形成チャンバ１２１にて行う。成膜条件は、例えば、平行平板ＣＶＤにて、高周波電力を２０００Ｗ、パルス−ＤＣバイアスを−２５０Ｖ、基板温度を１５０乃至２００℃、チャンバ圧力を３．０Ｐａ程度とし、ガスはＣ₂Ｈ₄、流量２５０ｓｃｃｍとすることができる。ＩＣＰ−ＣＶＤなどでも良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、マスク３０５がカーボンであれば、エッチングストップ層を形成する代わりに、マスク３０５を残しておく方法でもよい。しかしながら、この場合、レジスト層３０６を除去するためのエッチングと、余剰の埋め込み層３０９を除去するためのエッチングの、２度のエッチングによりマスク３０５の厚さがばらばらになってしまうおそれがある。よって、上記実施形態のようにマスク３０５を取り去り、エッチングストップ層を形成しなおす方が好ましい。この場合、溝３０７の底面や壁面にもエッチングストップ層を形成することができ、エッチングストップ層に導電性材料を用いれば、上述したようにバイアス電圧をかけ易くなるので好ましい。

また、ＤＴＭの場合について説明したが、これに限定されない。例えば、記録磁性層３０４が点在するＢＰＭの凹凸パターンに埋め込み層３０９を形成する場合にも本発明を適用できる。

本発明は、例示した基板処理装置（マグネトロンスパッタリング装置）のみならず、ドライエッチング装置、プラズマアッシャ装置、ＣＶＤ装置及び液晶ディスプレイ製造装置等のプラズマ処理装置に応用して適用可能である。

また、本発明の基板処理装置は、各実施形態で述べられたいかなる特徴をも組み合わせることによって構成することができる。

また、本発明のイオンビーム発生装置を製造に用いることが可能な電子デバイスとしては、半導体、磁気記録媒体などが挙げられる。

１，１ａ，１ｂ：イオンビーム発生装置、２，２ａ，２ｂ：放電槽、７，７１，７２，７３：引き出し電極、７４：グリッド部、２０：基板ホルダ、３０：偏向電極

Claims (8)

1. プラズマを発生させるための放電槽と、
   前記放電槽で発生させたイオンを加速しつつ放電槽の外へ引き出すための開口を設けた環状のグリッド部を有する引き出し電極と、
   前記引き出し電極から引き出した環状のイオンビームを前記環状の中心方向に屈曲させるための偏向電極とを備えたことを特徴とするイオンビーム発生装置。
2. 前記環状のグリッド部は、略円環状又は略正多角形状のグリッド部であることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
3. 前記偏向電極を引き出し電極との対向方向において移動させる駆動機構を有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
4. 前記駆動機構は、前記偏向電極を往復移動させることを特徴とする請求項２に記載のイオンビーム発生装置。
5. 前記グリッド部の開口が、ライン状孔である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
6. 前記偏向電極が、複数の電極板により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置。
7. 基板を保持するための基板ホルダと、
   前記基板ホルダに保持した基板の表面に対向して配置されたイオンビーム発生装置を、該基板の両面に対してそれぞれ設けた基板処理装置であって、
   前記イオンビーム発生装置が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置であることを特徴とする基板処理装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のイオンビーム発生装置を用いた電子デバイスの製造方法であって、
   前記放電槽内にプラズマを発生させる工程と、
   前記引き出し電極に電圧を印加して、前記放電槽内のプラズマからイオンビームを引き出す工程と、
   前記偏向電極に電圧を印加して、前記イオンビームを偏向させる工程と、
   前記偏向されたイオンビームにより、基板表面のエッチングを行う工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。

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