(57)【要約】【課題】基板の処理を行う真空プロセス装置の基板ホルダにおいて、基板と基板ホルダとのギャップが所定の範囲内になるように基板を保持し、基板に対するガス冷却効果の低下を防止することを目的とする。【解決手段】基板ホルダ１００に、基板４を装着する基板装着面が凹状に湾曲し構成されていている基板装着部５、および該装着した基板と該基板装着面との間にガスを供給するためのガス通路９を有する基板保持台１と、基板装着部５に装着した基板４を固定する基板固定部１０１と、を設ける。そして、基板４と基板装着部５の間に、ガス通路９から供給したガスで満たされたギャップ８を形成させる。さらに、基板固定部１００が、基板４の板圧と直行する方向に圧縮力を加え、基板４が基板装着部５にそって凹状に湾曲し、かつギャップ８が所定の間隔になるように基板４を保持する。【選択図】  図２
2005109330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ホルダであって、
基板を装着するための装着面が凹状に湾曲し構成されていている基板装着部、および該装着した基板と該基板装着面との間にガスを供給するためのガス通路を有する基板保持台と、
前記基板装着部に装着した基板の外周端部を押圧して固定する基板固定部と、を有し、
前記基板と前記基板装着面との間には、前記ガス通路から供給されたガスで満たされた隙間が形成されていて、
前記基板固定部は、前記基板の板圧と直行する方向に圧縮力を加え、該基板が前記基板装着部の装着面にそって凹状に湾曲し、かつ前記隙間が所定の間隔になるように基板を保持すること
を特徴とする基板ホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載の基板ホルダであって、
前記基板固定部は、前記基板の板圧と直行する方向に力を加える際に、さらに、前記基板の板圧方向にも力を加えて基板を保持すること
を特徴とする基板ホルダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板ホルダであって、
前記基板装着部には、前記基板と該基板装着部との間から前記ガスが漏れるのを阻止するシール部材が、該基板の外周端部に接触する位置に装着されていること
を特徴とする基板ホルダ。
【請求項４】
真空状態を保持した空間に基板ホルダを有する真空容器と、
前記真空容器内の前記基板ホルダに保持されている基板に向けイオンビームを照射するイオン源と、を有するイオンミリング装置であって、
前記基板ホルダは、請求項１、２、および３のいずれか一項に記載されている基板ホルダであること
を特徴とするイオンミリング装置。
【請求項５】
基板の処理を行う真空プロセス装置が有する基板ホルダにおける該基板を保持する方法であって、
前記基板ホルダは、前記基板を装着する装着面が凹状に湾曲して構成されていている基板装着部、および該装着した基板と該基板装着面との間にガスを供給するためのガス通路を有する基板保持台を有していて、
前記ガス通路から、前記基板装着面と該基板との隙間に予め定めた圧力のガスを供給するステップと、
前記基板の板圧と直行する方向に圧縮力を加え、該基板が前記基板装着部の装着面にそって凹状に湾曲し、かつ前記間隔が所定の隙間になるように基板を保持するステップと、を実行すること
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の処理を行う真空プロセス装置における、基板を保持する技術に関し、例えば、イオンミリング装置によりミリング加工される大型基板を保持する基板ホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームミリング装置を用いて液晶基板等の大型基板をミリング加工する場合、ミリング加工により高温となる基板をガスにより冷却する方式（以下において「ガス冷却方式」という）が採用されている。
【０００３】
このガス冷却方式では、真空処理室内にガス通路を有する基板保持台を設け、基板と基板保持台との間に５００μｍ以下の隙間（以下において「ギャップ」という）が形成されるように基板の外周端部を機械的外周チャックで固定する（基板の外周端部を基板の板圧方向に押圧して基板を固定している）。また、上記ギャップ内に数Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒのガス圧を有するＨｅガスまたはプロセスガス等（以下において「冷却ガス」という）を、上記ガス通路を介し供給する。そして、この供給した冷却ガスが、ミリング加工により高温と成った基板と基板保持台の間で熱交換を行うことで基板が冷却される。
【０００４】
さて、上記ガス冷却方式は、上記冷却ガスを満たすギャップを、所定の間隔以内に保持しないと熱交換率が大きく低下するという性質を有している。また、上記ガス冷却方式は、上記ギャップに供給された冷却ガスのガス圧の影響で、基板の中央部付近の膨らみ量が増大するという問題がある。そのため、上記ガス冷却方式では、基板と基板保持台間の熱交換率が大きく低下することがある。
【０００５】
従来の基板ホルダには、上記ガス冷却方式の性質を考慮し、基板ホルダの有する基板保持台の基板装着部の形状を長手方向に沿った中心線を凸部形状に湾曲させて構成したものがある（例えば、特許文献１）。このように構成することで、基板装着部が平面形状を構成している基板保持台を有する基板ホルダに比べ、基板の中央部付近のガス圧による膨らみ量の影響を低減させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２５０４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、以下の問題を有している。上記特許文献１の基板ホルダは、基板の外周端部を基板の板圧方向に対する力で押圧し、基板を固定している。また、上記基板ホルダに固定された基板は、基板保持台に対向する面に、上記押圧する力と反対方向のガス圧を受けている。その結果、基板の板圧や基板の大きさによっては、冷却ガスのガス圧により、基板の中央部付近に大きなたわみが生じることがある。例えば、大型ガラス基板の場合、ガス圧により生じる基板中央部近傍のたわみは、基板外周端部に比べて大きくなることがある（基板中央部が真空容器内側に膨らむ量が増大する）。そのため、上記特許文献１のように、基板ホルダの基板装着部の形状を凸状に湾曲させても、基板中央部近傍に生じるギャップが所定の間隔を超えて、ギャップが一定にならない場合がある。
【０００８】
したがって、上記特許文献１では、ガス圧の影響による基板の中央部付近の膨らみにより十分な熱交換がなされない場合があり、基板上のパターン損傷やレジスタの焼付けが生じる場合があるという問題を有している。
【０００９】
なお、ガス圧に対抗するために、引用文献１の構成を有する基板保持台に、基板の板圧と直行する方向に、基板を所定の力で引っ張る機構を設け、基板中央部付近の膨らみを減少させることも考えられる。しかしながら、基板を引っ張るためには、真空容器内に基板の外周端部を掴む構造を有する機構を設ける必要があり、装置の構造が複雑になる。また、大型基板になれば、その大きさに応じた強い力で引っ張る必要があることから、引っ張り応力に弱い、ガラス基板やシリコン基板の真空処理には、このような構成の基板ホルダは適用できない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、基板の処理を行う真空プロセス装置の基板ホルダにおいて、基板と基板ホルダとのギャップが所定の範囲内になるように基板を保持し、基板に対するガス冷却効果の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の基板ホルダは、基板を装着するための装着面が凹状に湾曲し構成されていている基板装着部、および該装着した基板と該基板装着面との間にガスを供給するためのガス通路を有する基板保持台と、前記基板装着部に装着した基板を固定する基板固定部と、を有して構成される。
【００１２】
そして、前記基板と前記基板装着面には、前記ガス通路から供給されたガスで満たされた隙間が形成され、前記基板固定部は、前記基板の板圧と直行する方向に圧縮力を加え、該基板が前記基板装着部の装着面にそって凹状に湾曲し、かつ前記隙間が所定の間隔になるように基板を保持する。
【００１３】
このように本実施形態では、前記基板の板圧と直行する方向に圧縮力を加え、該基板が前記基板装着部の装着面にそって凹状に湾曲するようにしている。すなわち、本実施形態によれば、上記隙間に満たされたガス圧により受ける力の方向に対して凸型（アーチ型）に基板が保持されるようになる。そのため、本実施形態によれば、上記ガスから受ける力の方向に対する変形（たわみ）を小さくすることができる。
【００１４】
また、真空容器内の保持されている基板に向けイオンビームを照射するイオンミリング装置が有する、基板を保持する基板ホルダに上記構成の基板ホルダを用いるようにしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、イオンミリング装置において、イオンミリング加工に伴い高温となる基板を効率的にガス冷却することができる。そのため、イオンミリング加工の際に、基板上のパターンの損傷、レジストの焼きつき等を防ぐことができ、イオンミリング装置の生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、基板の処理を行う真空プロセス装置の基板ホルダにおいて、基板と基板ホルダとのギャップが所定の範囲内になるように基板を保持し、基板に対するガス冷却効果の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態が適用されたイオンミリング装置の概略構成を示す図である。
【００１９】
図示するように、イオンビ−ムミリング装置は、搬送用ロボット１４、真空排気装置１５、試料準備室１６、ゲ−ト弁１７、真空容器（チャンバ）１８、イオン源１９、および真空排気装置２０を有している。
【００２０】
試料準備室１６には、搬送用ロボット１４および真空排気装置１５が接続されている。搬送用ロボット１４は、基板４を保持できるように構成されている、試料準備室１６内に収納可能なア−ム２１を有している。そして、搬送用ロボット１４は、アーム２１を伸縮させ、基板４を試料準備室１６から真空容器１８内へ挿入し、または、真空容器１８に載置されている基板４を試料準備室１６に取り出す。真空排気装置１５は、試料準備室１６内を真空排気するように構成され、アーム２１にミリング加工する前の基板４がセットされた場合、試料準備室１６内を真空排気する。
【００２１】
ゲート弁１７は、アーム２１により基板４を真空容器１８に出し入れする場合、ゲートを開き、その他の場合にはゲートを閉じるように構成されている。
【００２２】
真空容器１８は、イオンミリング加工する試料を保持する基板ホルダ１００を有し、イオン源１９、真空排気装置２０、および試料準備室１６（ゲート弁１７を介して）と接続されている。真空容器１８の内部は、真空排気装置２０により真空に保たれている。
【００２３】
そして、試料準備室１６内のアーム２１に基板４が保持され、試料準備室１６内が真空排気装置１５により真空に保たれた場合、ゲート弁１７が開かれ、
基板４はア−ム２１に保持された状態で、真空容器１８内に挿入される。その後、基板４は真空容器１８内の基板ホルダ１００の基板保持台１に装着され、基板抑え部２によって保持され、かつ基板押し板３により、押圧される（なお、基板ホルダ１００の構成については、後段で詳細に説明する）。基板４が基板ホルダ１００に装着された後、アーム２１は、試料準備室１６に戻り、ゲート弁１７のゲートは閉じられる。
【００２４】
イオン源１９は、プラズマを発生させるプラズマ生成部（図示せず）と、発生したプラズマからイオンビーム２３を引き出す、引出電極２２とを有している。そして、引出電極２２により、引き出されたイオンビーム２３は、基板ホルダ１００に保持されている基板４に照射され、イオンビーム２３により基板４にミリング加工が施される。
【００２５】
続いて、図２を用いて、本第１の実施形態のイオンミリング装置が有する基板ホルダ１００の具体的な構成を説明する。図２は、本実施形態の基板ホルダ１００の断面図である。
【００２６】
基板ホルダ１００は、基板を載置する基板保持台１と、基板４を基板保持台１に機械的外周チャックにより固定する基板固定部１０１と、を有している。基板保持台１は、基板４を装着する基板装着面が略円弧形状に凹状に湾曲し構成している基板装着部５を有している。そして、基板４は、基板装着部５が有する凹状の形状に沿って湾曲し、かつ基板４の基板保持台1との対向面（以下において「基板の裏面」という）と基板装着部５との間にギャップ８が形成されるように基板固定部１０１に保持される。なお、この基板保持台１には、例えば、４００ｍｍ×５００ｍｍの大きさに形成された大型基板を装着することができる。
【００２７】
基板保持台１のほぼ中央部には、ガス通路６が形成されていて、ガス供給源（図示せず）から供給されるＨeガスまたはプロセスガスが、ガス導入口７からガス通路６を介して上記ギャップ８に導入される。また、基板保持台１の基板装着部５には、シール部材２５が装着されている。そしてシール部材２５により、上記導入したガス（Ｈeガスまたはプロセスガス）は、基板４と基板装着部５の間のギャップ８に密封される。すなわち、シール部材２５は、上記ガスが真空容器内１８内に排出されることを防いでいる。なお、このシール部材２５には、例えば、Ｏリングを用いることが出来る。
【００２８】
さらに、基板保持台１の内部には、冷却水通路９が設けられている。この冷却水通路９は、一端に冷却水導入口１０を有し、冷却水通路９の冷却水導入口１０と反対側の端部に冷却水排出口１１を有している。
そして、冷却水導入口１０から導入された冷却水が、冷却水路９を通過し冷却水排出口１１から排水されることで、基板保持台１は冷却水により冷却される。このように、基板保持台１を冷却しておくことで、イオンミリング加工により高温と成った基板４の熱を、上記ガスを介して基板保持台１に移動させることができる。
【００２９】
基板固定部１０１は、基板抑え部２および基板押圧部３０を有している。基板抑え部２は、基板保持台１の基板装着部５に装着された基板４の外周端部を基板保持台１側に押圧する（基板４の板圧方向に押圧する）。基板押圧部３０は、基板押し板３およびばね１２を有し、上記基板抑え部２の下側に設けられている。基板押し板３は、ばね１２により、基板４の板圧方向と直行する方向（基板の軸方向）の力で基板４の端面を押圧する。
【００３０】
また、基板抑え部２および基板押圧部３０で基板４を固定している際に、例えば、数Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒのガス圧を有するＨｅガスまたはプロセスガスを、ガス通路６を介しギャップ８に導入し、基板４と基板装着部５との間に５００μｍ以下（０＜ギャップ８≦５００）の間隔のギャップ８を形成する。なお、本実施形態の基板４には、例えば、ガラス基板やシリコン基板を用いることができる。
【００３１】
続いて、上記の構成において、数Ｔｏｒｒ〜５０ＴｏｒｒのＨｅガスまたはプロセスガスを、ガス通路６を介しギャップ８に導入することにより、基板４と基板装着部５との間に所望する５００μｍ以下（０＜ギャップ８≦５００）のギャップ８が形成されることの原理を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の基板ホルダ１００が基板４を保持する際の、基板４に及ばされる力を説明するための図である。
【００３２】
上述したように、基板４と基板装着部５との間のギャップ８内には、数Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒのガス圧を有する冷却ガスが満たされる。そのため、基板４の裏面には、ガス圧による力２４を基板裏面の全面に受ける。また、本実施形態では、基板４の板圧と直行する方向に圧縮力１３を加えることで、基板４を力２４の方向に対して凸型（アーチ型）に保持するようにしている。そして、このように、基板４を力２４の方向に対してアーチ状に保持することで、力２４により生じる、基板４の「ｙ方向」に対する変形（たわみ）を小さくすることができる。すなわち、図示するように、基板４を保持することで、ガスの圧力により生じる基板４のたわみを小さくできるため、ギャップ８に満たすガスの圧力を上げても、ギャップの間隔を所望する間隔のまま保持できる。
【００３３】
さて、一般的なガス冷却の実験値によると、基板４と基板装着部５とのギャップ８の間隔が小さいほど熱通過率Ｑは大きくなり、また、ガス圧が大きいほど、熱通過率Ｑは大きくなる。そして、基板４をガス冷却する際、基板４と基板装着部５との間に、数Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒのガス圧の冷却ガス（Ｈｅガス等）を満たし、その冷却ガスが満たされたギャップ８が５００μｍ以下（０＜ギャップ８≦５００）である場合に、効率的なガス冷却できることが知られている（上記特許文献１の段落００１８〜００２１、図４参照）。
【００３４】
したがって、本第１の実施形態の基板ホルダ１００に、ギャップ８が５００μｍ以下（０＜ギャップ８≦５００）であって、かつ均一になるように基板４を保持することで、数Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒのガス圧の冷却ガスによる力を受けた場合であっても、ガス圧により生じる基板４のたわみを小さい範囲に抑えることができるため、ギャップ８を所望する５００μｍ以下（０＜ギャップ８≦５００）の間隔のまま保持できる。すなわち、本第１の実施形態によれば、効率的なガス冷却を行うことができる。
【００３５】
なお、上記の基板固定部１０１は、基板抑え部２による基板４の板圧方向に対する力と、基板押圧部３０による基板４の板圧方向に直行する方向に対する力とで基板４を固定するようにしているが、本実施形態は特にこれに限定するものではない。基板固定部１０１は、凹状に湾曲して構成されている基板装着部５の形状に沿って、基板４を湾曲させ保持できるように構成されていればよい。例えば、基板固定部１０１は、基板押圧部３０（基板押し板３およびばね１２）のみを有し、基板４の板圧方向に直行する方向に対する圧縮力だけで基板４を固定するように構成してもよい。
【００３６】
このように、本実施形態では、イオンミリング加工に伴い高温となる基板４を効率的に冷却することができる。そのため、イオンミリング加工の際に、基板４上のパターンの損傷、レジストの焼きつき等を防ぐことができ、イオンミリング装置の生産性を向上させることができる。
【００３７】
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本第２の実施形態は、上記第１の実施形態のように基板４を凹型に湾曲し保持した場合を考慮し、発散形状を有するイオンビーム２３を基板４に照射するように構成したものである。なお、本第２の実施形態の説明において、上記第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用いることとする。
【００３８】
さて、本第２の実施形態のイオンミリング装置は、イオン源１９の有する引出電極の構成が上記第１の実施形態のものと異なる以外は、上記第１の実施形態のものと同じである。以下において、上記第１の実施形態と異なる本第２の実施形態の引出電極の構成について説明する。
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施形態の引出電極の構成を説明するための図である。
【００４０】
図示するように、本第２の実施形態の引出電極１０２は、基板保持台１の基板装着部５と同じ形状で湾曲して構成されている。そして、このような構成により、本第２の実施形態では、凹状に湾曲して固定されている基板４に対し、発散形状のイオンビーム２３を照射することができる。したがって、本第２の実施形態によれば、基板を湾曲形状で保持しても、基板４のどの部分の表面にもほぼ同じ入射角のイオンビーム２３を当てることが可能となる。
【００４１】
すなわち、本第２の実施形態によれば、イオンミリング装置の基板ホルダにおいて、基板と基板ホルダとのギャップが所定の範囲内になるように基板を保持することで、基板に対するガス冷却効果の低下を防止することができると共に、さらに精度の高いイオンミリング加工を行うことができる。
【００４２】
このように、本実施形態（第１および第２）によれば、基板ホルダの基板保持台１の基板装着部５の形状を、イオンビーム２３の入射方向に対し凹状に湾曲させて構成されるようにしている。また、基板４の板圧方向に直行する方向に押圧する基板押圧部３０を設けて、基板４をイオンビーム２３の入射方向に対して、基板装着部５に沿って凹状に湾曲させて保持するようにしている。そのため、本実施形態によれば、冷却ガスのガス圧により生じる基板４のたわみを小さくできるため、基板が大型化しても、ガス冷却の際、基板と基板ホルダとに生じるギャップを一定の範囲に保つことができる。すなわち、本実施形態によれば、大型基板を真空加工する場合、ガス冷却方式により基板を効率的に冷却することができる。
【００４３】
また、上述のように、基板４の軸方向に加える圧縮力により、冷却ガスのガス圧に対抗するようにしている。そのため、例えば、引っ張りに弱い大型のガラス基板であっても（ガラスは圧縮応力に強い）、本実施形態のホルダ１００に装着させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、基板４と基板ホルダ１００とに生じるギャップを一定の範囲に保つことを、バネ１２と基板押し板３とを用いた簡単な構成で実現している。すなわち、本実施形態によれば、基板の真空プロセスにおける基板４の効率的な冷却を低コストで実現することができる。
【００４５】
なお、本発明は以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、本実施形態の基板ホルダ１００は、イオンミリング装置に適用される場合を例に説明したが、特にこれに限定するものではない。真空中で基板を処理する際に、上述したガス冷却方式で基板を冷却しながら基板の処理を行う、真空プロセス装置であれば本発明の基板ホルダを適用することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、基板ホルダ１００が有する基板保持台１に、シール部材２５を装着し、基板４と基板装着部５との間のギャップ８に冷却ガスを密封しているが、特にこれに限定するものではない。例えば、冷却ガスのリークが問題とならない基板処理のプロセスの場合には、基板保持台１にシール部材を装着しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態が適用されたイオンビームミリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の基板ホルダの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の基板ホルダ１００が基板４を保持する際の、基板４に及ばされる力を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のイオン源の引出電極の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…基板保持台、２…基板抑え部、３…基板押し板、４…基板、５…基板装着部６…ガス通路、７…ガス導入口、８…ギャップ、９…冷却水通路、１０…冷却水導入口、１１…冷却水排出口、１２…ばね、１３…押圧力、１４…搬送用ロボット、１５…真空排気装置、１６…試料準備室、１７…ゲ−ト弁、１８…真空容器（チャンバ）、１９…イオン源、２０…真空排気装置、２１…ア−ム、２２…引出電極、２３…イオンビーム、２４…冷却ガス圧による力、２５…シール部材、３０…基板基板押圧部、１００…基板ホルダ、１０１…基板固定部、１０２…引出電極
【図１】
2005109330.tif 000003
【図２】
2005109330.tif 000004
【図３】
2005109330.tif 000005
【図４】
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