(57)【要約】【課題】傾斜した状態の基板にイオンビームを照射する場合に、当該基板への処理時間を短縮する。【解決手段】基板Ｗを傾斜させた状態で走査して基板ＷにイオンビームＩＢを照射するイオンビーム照射装置１００であって、基板ＷをイオンビームＩＢに対して走査する走査機構５と、基板Ｗを走査機構５による走査方向Ｄに向かって傾斜させる傾斜機構６と、傾斜機構６による基板Ｗの傾斜角度θに応じて走査機構５による基板Ｗの走査距離Ｌ’を変化させる制御装置８とを備える。【選択図】図２
2019021440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を傾斜させた状態で走査して前記基板にイオンビームを照射するイオンビーム照射装置であって、
前記基板を前記イオンビームに対して走査する走査機構と、
前記基板を前記走査機構による走査方向に向かって傾斜させる傾斜機構と、
前記傾斜機構による前記基板の傾斜角度に応じて前記走査機構による前記基板の走査距離を変化させる制御装置とを備える、イオンビーム照射装置。
【請求項２】
前記イオンビームは、長手方向の寸法が前記基板の同方向の寸法よりも大きく、短手方向の寸法が前記基板の同方向の寸法よりも小さい形状をなすものであり、
前記走査機構は、前記基板を前記短手方向に沿った方向に走査するものであり、
前記傾斜機構は、前記基板を前記長手方向に沿った軸周りに傾斜させるものである、請求項１記載のイオンビーム照射装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記走査機構を制御して、前記基板を前記イオンビームに対して複数回走査するものであり、それら複数回走査の間に前記傾斜機構を制御して前記基板の傾斜角度を変更しつつ、その傾斜角度に応じて前記走査機構による前記基板の走査距離を変化させる請求項１又は２記載のイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばイオンミリング装置やイオン注入装置等のように、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射することによって基板に処理を施すイオンビーム照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオンビーム照射装置としては、特許文献１に示すように、基板を傾斜させた状態で走査して基板にイオンビームを照射するものがある。
【０００３】
このイオンビーム照射装置は、基板をイオンビームに対して走査する走査機構と、基板を傾斜させる傾斜機構とを備えている。そして、例えば基板表面に形成された凹凸形状や基板への処理条件等に合わせて、傾斜機構により基板の傾斜角度を設定できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５３９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のイオンビーム照射装置では、走査機構による基板の走査幅（走査距離）は、傾斜角度に関わらず一定、つまり、イオンビームに対して傾斜させていない状態（水平状態）の基板に合わせて設定されているため、基板を傾斜させた場合に、走査途中で基板にイオンビームが照射されない不要な走査領域が生じてしまう。
【０００６】
具体的には、図５に示すように、基板を走査方向に向かって傾斜させた場合、イオン源から見た走査方向の基板幅は小さくなる。この基板幅は、基板の傾斜角度をθ、基板の直径をＲとした場合に、Ｒｃｏｓθとなる。このように基板幅が小さくなることによって不要な走査領域が生じ、その結果、不要な処理時間が生じてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、傾斜した状態の基板にイオンビームを照射する場合に、基板にイオンビームが当たらない不要な走査領域を低減して、基板への処理時間を短縮することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係るイオンビーム照射装置は、基板を傾斜させた状態で走査して前記基板にイオンビームを照射するイオンビーム照射装置であって、前記基板を前記イオンビームに対して走査する走査機構と、前記基板を前記走査機構による走査方向に向かって傾斜させる傾斜機構と、前記傾斜機構による前記基板の傾斜角度に応じて前記走査機構による前記基板の走査距離を変化させる制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このようなイオンビーム照射装置であれば、制御装置が傾斜機構による基板の傾斜角度に応じて走査機構による基板の走査距離を変化させるので、傾斜した状態の基板にイオンビームを照射する場合に、基板にイオンビームが当たらない不要な走査領域を低減して、基板への処理時間を短縮することができる。具体的に制御装置は、基板の傾斜角度が大きくなるに連れて基板の走査距離を小さくすることにより、基板にイオンビームが当たらない不要な走査領域を低減することができ、基板の走査時間を短縮することができる。したがって、基板１枚当たりの処理時間を短縮することができる。
【００１０】
このイオンビーム照射装置において、基板全面を一方向に沿った往復走査により処理するためには、前記イオンビームは、長手方向の寸法が前記基板の同方向の寸法よりも大きく、短手方向の寸法が前記基板の同方向の寸法よりも小さい形状をなすものであることが望ましい。このとき、基板の走査方向に対して、イオンビームの短手方向が傾斜していると、基板の走査方向とイオンビームの短手方向とが一致している場合に比べて、走査距離が大きくなってしまう。このため、前記走査機構は、前記基板を前記短手方向に沿った方向に走査するものであることが望ましい。この構成において、前記傾斜機構が、前記基板を前記長手方向に沿った軸周りに傾斜させるものであれば、走査距離をより一層小さくすることができる。
【００１１】
イオンビーム照射装置として、イオンミリングに好適なものとするためには、前記制御装置は、前記走査機構を制御して、前記基板を前記イオンビームに対して複数回走査するものであり、それら複数回走査の間に前記傾斜機構を制御して前記基板の傾斜角度を変更しつつ、その傾斜角度に応じて前記走査機構による前記基板の走査距離を変化させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成した本発明によれば、傾斜した状態の基板にイオンビームを照射する場合に、基板にイオンビームが当たらない不要な走査領域を低減して、基板への処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のイオンビーム照射装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】同実施形態の傾斜した基板の走査状態を示す模式図である。
【図３】同実施形態の走査機構による走査距離を示す模式図である。
【図４】基板傾斜の変形例を示す模式図である。
【図５】イオン源から見た基板表面のサイズ（基板幅）を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、方向の理解を容易にするために、各図中において、１点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を図示している。例えば、Ｘ方向及びＺ方向は水平方向であり、Ｙ方向は鉛直方向である。イオンビームは、この例ではＺ方向に進行する。
【００１５】
＜装置構成＞
本実施形態のイオンビーム照射装置１００は、図１に示すように、真空雰囲気中で基板ＷにイオンビームＩＢを照射して処理する装置である。この基板Ｗは、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板、半導体基板の表面に磁性体膜等の膜が形成された基板等であるが、これに限られるものではない。また、基板Ｗの形状は、例えば円形（円周の一部分にオリエンテーションフラットやノッチを有するものもこれに含むものとする）であるが、これに限られるものではない。
【００１６】
具体的にイオンビーム照射装置１００は、図示しない真空排気装置によって真空に排気される真空容器２と、この真空容器２内で基板Ｗを保持する基板ホルダ３と、基板ホルダ３を回転させる回転機構４と、基板ホルダ３及び回転機構４を走査させる走査機構５と、基板ホルダ３をイオンビームＩＢに対して傾斜させる傾斜機構６と、基板ＷにイオンビームＩＢを照射するイオンビーム照射部７と、各機構４〜６を制御する制御装置８とを備えている。
【００１７】
基板ホルダ３は、例えば静電チャックを備えるものであり、真空容器２内において回転機構４により回転可能に設けられ、傾斜機構６により傾斜可能に設けられ、走査機構５により往復走査可能に設けられている。
【００１８】
回転機構４は、基板ホルダ３を回転させることにより、基板ホルダ３に保持された基板Ｗをその中心部Ｗａの周りに回転させるものである。この回転機構４は、基板Ｗの中心部Ｗａの周りに時計回り又は反時計回りに連続回転させるものである。図１には、回転方向Ｃの一例を示しているが、これと逆方向であっても良い。
【００１９】
走査機構５は、基板ホルダ３、回転機構４及び傾斜機構６を所定の走査方向Ｄ（図１においてＸ方向）に沿って機械的に往復走査させることにより、基板ホルダ３に保持された基板Ｗを走査方向Ｄに沿って往復走査させるものである。この走査機構５による基板Ｗの往路及び復路は直線移動であり、また、往路及び復路は互いに重複するように構成されている。なお、走査機構５は、真空容器２外に設けられたアクチュエータ５１と、基板ホルダ３及び回転機構４等に連結されるとともにアクチュエータ５１により駆動される駆動軸５２とを備えている。アクチュエータ５１は、この例では真空容器２外に設けているが、これに限られるものではない。
【００２０】
傾斜機構６は、図２に示すように、基板ホルダ３を走査機構５による走査方向Ｄに向かって傾斜させることにより、基板ホルダ３に保持された基板Ｗを走査方向Ｄに向かって傾斜させるものである。本実施形態の傾斜機構６は、基板ホルダ３とともに回転機構４を傾斜させる構成としてある。具体的に傾斜機構６は、基板ホルダ３を走査方向Ｄに直交するＹ方向に沿った軸周りに傾斜させることにより、イオンビームＩＢに対する基板Ｗの傾斜角度θを変更する。この傾斜角度θは、Ｘ軸と基板Ｗとのなす角度であり、０度以上９０度未満である。なお、傾斜角度θは、基板Ｗに対する処理内容に応じて予め設定されたり、処理途中（例えば処理途中におけるイオンビームＩＢの照射範囲外）で変更されたりする。
【００２１】
イオンビーム照射部７は、基板ホルダ３に保持された基板Ｗに対してイオンビームＩＢを照射するものである。このイオンビーム照射部７は、断面が長方形状をなすイオンビームＩＢを照射するものであり、イオン源７０を用いて構成されている。このイオン源７０は、プラズマ７３を生成するプラズマ生成部７１と、プラズマ７３から電界の作用でイオンビームＩＢを引き出す引出電極系７２とを有している。イオン源７０は、その引出電極系７２と共に、真空容器２の内部に配置しても良いし、真空容器２の外部に配置しても良い。
【００２２】
本実施形態では、イオン源７０からのイオンビームＩＢの引き出し方向は、重力方向Ｇと交差する方向（例えば、図１に示す例のように実質的に直交する方向、または斜めの方向）にするのが好ましい。具体的には、イオン源７０のビーム引き出し口Ｈと基板Ｗとが水平方向において互いに対向している。このようにすると、イオン源７０の真下に基板Ｗを配置せずに済み、イオン源７０内部の堆積物の剥離片等の異物（ゴミ）がイオン源７０から落下しても基板Ｗに付着しにくくなる。その結果、異物付着による基板Ｗの処理不良の発生を抑制することができる。
【００２３】
なお、イオン源７０は、（ａ）多極磁界（カスプ磁界）を用いてプラズマ７３の閉じ込め等を行う、いわゆるバケット型イオン源（多極磁界型イオン源とも呼ばれる）でも良いし、（ｂ）高周波放電によってプラズマ７３を生成する高周波イオン源でも良いし、（ｃ）陰極と反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に磁界を印加してプラズマ７３を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。また、引出電極系７２を構成する電極の数は、特定のものに限定されない。また、引出電極系７２を構成する電極には、必要に応じて冷却パイプを設けても良いし、設けなくても良い。
【００２４】
このイオン源７０により基板Ｗに照射されるイオンビームＩＢは、その長手方向が走査方向Ｄと直交するように基板Ｗに向かって照射される。つまり、走査機構５は、基板ＷをイオンビームＩＢの短手方向に沿った方向に走査するものであり、傾斜機構６は、基板ＷをイオンビームＩＢの長手方向に沿った軸周りに傾斜させるものである。本実施形態のイオンビームＩＢは、走査方向Ｄに直交する長手方向（Ｙ方向）の寸法が、基板ＷにおけるＹ方向の寸法よりも大きい。イオンビームＩＢにおける走査方向Ｄ（Ｘ方向）の寸法は、基板ＷにおけるＸ方向の寸法よりも小さいものであっても良いし、大きいものであっても良い。なお、この断面長方形状のイオンビームＩＢは、イオン源７０の長方形状をなすビーム引き出し口Ｈ（引出電極系７２のビーム引き出し領域）から射出されることにより形成される。
【００２５】
そして、制御装置８は、走査機構５を制御して、図２及び図３に示すように、基板ホルダ３に保持された基板Ｗ全体がイオンビームＩＢを横切るように往復走査する。つまり、制御装置８は、走査機構５を制御して、基板Ｗ全体がイオンビームＩＢから走査方向Ｄの両側にはみ出すように往復走査する。
【００２６】
傾斜角度θに傾斜した基板Ｗの具体的な走査距離Ｌ’は以下のとおりである。なお、以下の例では、イオンビーム照射部７からのイオンビームＩＢがビーム引き出し口Ｈから広がり角度αを持って射出される場合を想定しているが、イオン源７０の引出電極系７２を凹レンズにしてイオンビームＩＢを収束させることも可能である。
水平状態（傾斜角度０度）にある基板Ｗの走査距離をＬとした場合、傾斜角度θ（＞０度）に傾斜した基板Ｗの走査距離Ｌ’は、
Ｌ’＝Ｌ−［Ｒ｛１−ｃｏｓθ−（ｓｉｎθ×ｔａｎα）／２｝
＋Ｒ｛１−ｃｏｓθ＋（ｓｉｎθ×ｔａｎα）／２｝］
＝Ｌ−２Ｒ（１−ｃｏｓθ）
となる。
【００２７】
制御装置８は、基板Ｗの傾斜角度θに応じて、上記の走査距離Ｌ’を変化させる。具体的に制御装置８は、予め入力された傾斜角度θの設定値を取得し、或いは、傾斜機構６の傾斜角度検知部（不図示）により得られる傾斜角度θを取得して、基板Ｗの走査距離Ｌ’を変化させる。つまり、制御装置８は、傾斜角度θに応じて、基板ホルダ３の往復走査の中心位置（スキャン中心Ｍ’）又は往復走査の両側の停止位置Ｐ、Ｑを設定する。本実施形態では、制御装置８は、往復走査の両側の停止位置Ｐ、Ｑを目標値として走査機構５を制御している。ここで、両側の停止位置Ｐ、Ｑは、基板Ｗ表面がイオンビームＩＢの照射領域から外れる位置である。
【００２８】
この往復走査中において、制御装置８は、基板Ｗ全体がイオンビームＩＢからはみ出した状態、つまり、基板Ｗが少なくとも一方の停止位置Ｐ、Ｑにある状態で、回転機構４を制御して、基板Ｗを所定角度回転させるものであっても良い。また、制御装置８は、回転機構４を制御して、基板Ｗを移動中に１又は複数回連続回転させるものであっても良い。ここで、移動中における回転機構４による基板Ｗの回転速度は一定であっても良いし、処理内容等に応じて可変としても良い。なお、往路移動中の基板Ｗの回転数と復路移動中の基板Ｗの回転数とは、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００２９】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のイオンビーム照射装置１００によれば、制御装置８が傾斜機構６による基板Ｗの傾斜角度θに応じて走査機構５による基板Ｗの走査距離Ｌを変化させるので、傾斜した状態の基板ＷにイオンビームＩＢを照射する場合に、基板ＷにイオンビームＩＢが当たらない不要な走査領域を低減して、基板Ｗへの処理時間を短縮することができる。具体的に制御装置８は、基板Ｗの傾斜角度θが大きくなるにつれて基板Ｗ及び走査距離Ｌ’を小さくすることにより、基板ＷにイオンビームＩＢが当たらない不要な走査領域を低減することができ、基板Ｗの走査時間を短縮することができる。したがって、基板１枚当たりの処理時間を短縮することができる。
【００３０】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、前記実施形態では、１枚の基板Ｗを往復走査させる場合に、その傾斜角度θを一定としていたが、制御装置８は、１枚の基板Ｗを複数回走査（スキャン）させる場合に、その複数回走査の間に傾斜機構６を制御して傾斜角度θを変更しつつ、その傾斜角度θに合わせて走査距離Ｌ’を変更するものであっても良い。例えば、１枚の基板Ｗに対して、１又は複数スキャン毎に、基板Ｗの傾斜角度θを０度から所定の傾斜角度θに連続的又は段階的に変更し、その１又は複数スキャン毎の走査距離を変更するものであっても良い。なお、傾斜角度θを変更する位置は、基板ＷがイオンビームＩＢの照射範囲外であることが考えられる。
【００３２】
また、前記実施形態では、走査機構５による基板Ｗの走査速度は一定としていたが、１スキャンにおいて走査速度が変化するものであっても良い。基板Ｗを傾斜させることによって、基板Ｗはイオン源７０との距離が近い部分と遠い部分とを有することになる。このため、イオン源７０との距離が近い部分には電流密度の比較的大きいイオンビームＩＢが照射されることになり、遠い部分には電流密度の比較的小さいイオンビームＩＢが照射されることになる。このことを考慮して、近い部分がイオンビームＩＢの一端部（図２では右側端部）に位置する範囲では走査速度を速くし、遠い部分がイオンビームＩＢの他端部（図２では左側端部）に位置する範囲では走査速度を遅くすることが考えられる。
【００３３】
前記実施形態では、基板Ｗは、走査方向Ｄに直交するＹ方向に沿った軸周りに傾斜させるものであったが、傾斜角度θが走査方向に沿った角度成分を有する、つまり、Ｙ方向に沿った軸周りの角度成分を有するように傾斜したものであっても良い。言い換えれば、図４に示すように、基板Ｗの傾斜方向とＸＺ平面とのなす角度βは０度に限られず、９０度未満の角度をなすものであっても良い。
【００３４】
例えば、イオンビーム照射部７の構成としては、イオン源７０と、当該イオン源７０から引き出したイオンビームＩＢを電場および／または磁場で拡大し、更に必要に応じて平行化する構成のイオン光学要素とを備えるものでも良い。
【００３５】
走査機構５による基板Ｗ等の往復移動は、直線状以外でも良い。直線状以外では、例えば、基板Ｗを保持するホルダをアームの一端部で支持し、当該アームの他端部に可逆転式の回転駆動源を連結して、当該アーム（スイングアームとも呼ばれる）を所定角度範囲内において往復で旋回させる（スイングさせる）方式によって基板Ｗ等を走査しても良い。
【００３６】
前記実施形態ではイオンビームＩＢから基板Ｗ全体がはみ出すように走査する構成であったが、イオンビームＩＢから基板Ｗの一部がはみ出さないように走査する構成であっても良い。この場合、基板ＷへのイオンビームＩＢの照射量分布を均一にさせるべく、走査途中において回転機構４により回転方向Ｃに基板Ｗを連続回転させることが望ましい。
【００３７】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
１００・・・イオンビーム照射装置
Ｗ    ・・・基板
２    ・・・真空容器
３    ・・・基板ホルダ
４    ・・・回転機構
５    ・・・走査機構
Ｄ    ・・・走査方向
６    ・・・傾斜機構
θ    ・・・傾斜角度
Ｌ’  ・・・傾斜した状態の走査距離
７    ・・・イオンビーム照射部
ＩＢ  ・・・イオンビーム
８    ・・・制御装置
【図１】
2019021440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019021440.tif 000006
【図５】
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