(57)【要約】【課題】基板への異物の付着を防止すると共に基板に付着している異物を除去することができ、歩留まりを大幅に向上することができる基板加工装置及び基板加工方法を提供する。【解決手段】複数のノズル２３が設けられたノズル部２４を有すると共にノズル２３から不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射するガス噴射手段２０を設け、このノズル部２４を、ノズル２３が基板保持手段９に保持された基板１００に対向し且つ基板１００に隣接して配置可能に真空処理チャンバ２内に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段が配置される真空処理チャンバとを具備し、前記イオン源で発生させたイオンビームによって前記基板の加工を行う基板加工装置であって、
複数のノズルが設けられたノズル部を有しこれらのノズルから不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射するガス噴射手段をさらに具備し、前記ノズル部は、前記ノズルが前記基板保持手段に保持された前記基板に対向し且つ当該基板に隣接して配置可能に前記真空処理チャンバ内に設けられていることを特徴とする基板加工装置。
【請求項２】
前記ノズル部が、管状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
【請求項３】
前記ガス噴射手段は、少なとも前記イオンビームによる前記基板の加工の前に、前記不活性ガスを前記基板に吹き付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板加工装置。
【請求項４】
前記ガス噴射手段は、前記イオンビームによる前記基板の加工中に、前記不活性ガスを前記基板に連続的に吹き付けることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の基板加工装置。
【請求項５】
前記イオンビームによる前記基板の加工が、イオンミリングであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の基板加工装置。
【請求項６】
前記イオンビームによる前記基板の加工が、イオン注入であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の基板加工装置。
【請求項７】
前記イオンビームによる前記基板の加工が、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の基板加工装置。
【請求項８】
真空チャンバ内に配置された基板保持手段に保持された基板を、イオン源で発生させたイオンビームによって加工する際に、前記真空処理チャンバ内に前記基板に近接して配置されたノズルから不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射して前記基板に吹き付けるようにしたことを特徴とする基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、イオンミリング等のように、イオンビームによって基板を加工する基板加工装置及び基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造には、イオンの衝突による物理的作用を利用して基板表面の加工、あるいは基板上に設けられた配線や素子の加工等を行う、例えば、イオンミリング装置等の基板加工装置が用いられている。このようなイオンビームを用いた基板加工装置は、加工に異方性が得られる点や、制御の容易な点等から半導体装置の製造等に広く用いられている。
【０００３】
例えば、イオンミリング装置では、ステージ上に複数枚の基板、例えば、半導体ウェハを載置し、例えば、ステージを回転させながら、イオン源で発生させたイオンビームをステージ上の半導体ウェハに照射することで半導体ウェハ表面の加工を行う。すなわち、イオン源によって生成したイオン（例えば、Ａｒイオン）を高電圧によって加速し、ターゲットである半導体ウェハ表面に衝突させる。このようにイオンを半導体ウェハに衝突させることにより、レジスト膜以外の場所の半導体ウェハ表面が削り取られて、半導体ウェハ表面が所望の形状に加工される。
【０００４】
ここで、半導体ウェハ等の基板は、その表面に形成されている膜の材料等によって変化するが、実質的に正又は負に帯電した状態である。このため、空中に浮遊している異物が基板表面に付着してしまうことがある。このように異物が付着した基板をイオンミリング装置等の基板加工装置によって加工すると、基板上に付着した異物によって基板が所望の形状に加工されない場合がある。すなわち、基板上に異物が付着していると、歩留まりが低下してしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、例えば、スパッタ装置の真空容器内に基板を搬送する前に、基板の表面に所定量のイオンを照射してプラス又はマイナスに帯電、あるいは電気的に中和させる共に、真空容器内に帯電された集塵用基板を収容して真空容器内の異物をこの集塵用基板に吸着させるようにしたシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このようなシステムでは、真空容器内における基板表面への異物の付着はある程度防止することができるかもしれないが、真空容器内に搬送された時点で基板表面に付着している異物は除去することはできない。基板を真空容器内に搬送する間に基板表面に異物が付着すると、異物が付着した状態で基板を加工することになり、やはり歩留まりは悪くなってしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５１５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、基板への異物の付着を防止すると共に基板に付着している異物を除去することができ、歩留まりを大幅に向上することができる基板加工装置及び基板加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、イオン源と、基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段が配置される真空処理チャンバとを具備し、前記イオン源で発生させたイオンビームによって前記基板の加工を行う基板加工装置であって、複数のノズルが設けられたノズル部を有しこれらのノズルから不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射するガス噴射手段をさらに具備し、前記ノズル部は、前記ノズルが前記基板保持手段に保持された前記基板に対向し且つ当該基板に隣接して配置可能に前記真空処理チャンバ内に設けられていることを特徴とする基板加工装置にある。
かかる第１の態様では、基板への異物の付着を防止することができ、また既に基板に付着している異物も除去される。これにより、基板表面を極めて良好に加工することができ、歩留まりを大幅に向上することができると共に製造コストを大幅に削減できる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、前記ノズル部が、管状に形成されていることを特徴とする第１の態様の基板加工装置にある。
かかる第２の態様では、基板に対向する領域にノズル部が配置された状態であっても、ノズル部によって基板の加工が阻害されることなく、基板が良好に加工される。
【００１１】
本発明の第３の態様は、前記ガス噴射手段は、少なとも前記イオンビームによる前記基板の加工の前に、前記不活性ガスを前記基板に吹き付けることを特徴とする第１又は２の態様の基板加工装置にある。
かかる第３の態様では、基板に実質的に異物が付着していない状態で、基板の加工を実施することができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、前記ガス噴射手段は、前記イオンビームによる前記基板の加工中に、前記不活性ガスを前記基板に連続的に吹き付けることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の基板加工装置にある。
かかる第４の態様では、加工中に基板に異物が付着してしまうのを、より確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、前記イオンビームによる前記基板の加工が、イオンミリングであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の基板加工装置にある。
かかる第５の態様では、基板の表面を所望の形状に良好に加工することができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、前記イオンビームによる前記基板の加工が、イオン注入であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の基板加工装置にある。
かかる第６の態様では、基板の表面の所望の領域に、所定量のイオンを良好に注入することができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、前記イオンビームによる前記基板の加工が、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の基板加工装置にある。
かかる第７の態様では、基板の表面を所望の形状に良好に加工することができる。
【００１６】
本発明の第８の態様は、真空チャンバ内に配置された基板保持手段に保持された基板を、イオン源で発生させたイオンビームによって加工する際に、前記真空処理チャンバ内に前記基板に近接して配置されたノズルから不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射して前記基板に吹き付けるようにしたことを特徴とする基板加工方法にある。
かかる第８の態様では、基板への異物の付着を防止することができ、また既に基板に付着している異物も除去される。これにより、基板表面を極めて良好に加工することができ、歩留まりを大幅に向上することができると共に製造コストを大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の一実施形態に係る基板加工装置であるイオンミリング装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るイオンミリング装置１を構成する真空処理チャンバ２には、イオン源チャンバ３が接続されている。イオン源チャンバ３には、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが導入される導入管４が接続され、例えば、真空処理チャンバ２とは反対側の面に、熱電子を放出するフィラメント５が設けられ、このフィラメント５には電源６が接続されている。また、このイオン源チャンバ３には、真空処理チャンバ２との境界側に、加速電極７と減速電極８とが設けられている。
【００１８】
一方、真空処理チャンバ２内には、基板保持手段であるホルダ９が支持軸１０によって回転自在に設けられ、このホルダ９には、被処理部材としての複数のウェハ（基板）１００が載置保持される。具体的には、ホルダ９には、複数のテーブル１１が回転可能に設けられており、各ウェハ１００は、これらの各テーブル１１上にそれぞれ載置保持される。なお、本実施形態では、このホルダ９は、ウェハ１００の加工時には、イオン源チャンバ３から引き出されるイオンビームの照射方向に対して、所定角度で傾斜した状態に配されるようになっている。また、このホルダ９と、イオン源チャンバ３に設けられた減速電極８との間には、シャッタ１２が配置されており、イオン源チャンバ３から引き出されるイオンビームを必要に応じて遮断できるようになっている。
【００１９】
なお、真空処理チャンバ２又はイオン源チャンバ３には、排気系（ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等）１３が接続されており、この排気系１３により真空処理チャンバ２及びイオン源チャンバ３の内部が所定の圧力に減圧保持されるようになっている。なお、本実施形態では、排気系１３は、真空処理チャンバ２に接続されている。
【００２０】
このようなイオンミリング装置１では、まず排気系１３によって真空処理チャンバ２及びイオン源チャンバ３内を所定の圧力に減圧し、この圧力を維持した状態で、イオン源チャンバ３に、不活性ガス、例えば、アルゴンガスが導入管４を介して導入する。イオン源チャンバ３内にアルゴンガスが充填された状態で、電源６からフィラメント５に電力が供給されると、イオン源チャンバ３内のアルゴンガスがイオン化される。加速電極７と減速電極８とに図示しない電源によって電圧を印加することにより、イオン化されたアルゴンガス（アルゴンイオン）が加速されて、真空処理チャンバ２内にイオンビームとして引き出される。そして、真空処理チャンバ２内に配置されているシャッタ１２を開放することにより、ホルダ９上の各テーブル１１に保持された各ウェハ１００にイオンビームが照射されるようになっている。なお、このように各ウェハ１００にイオンビームを照射する際には、ホルダ９及びテーブル１１がそれぞれ所定速度で連続的に回転されており、これにより、各テーブル１１によって保持された複数のウェハ１００が、それぞれ均一に加工されるようになっている。
【００２１】
また、本実施形態に係るイオンミリング装置１は、例えば、アルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ２）等の不活性ガスを正又は負に帯電させるイオン発生部２１と、イオン発生部２１に供給管２２を介して接続されて複数のノズル２３を有するノズル部２４とで構成されるイオナイザ（除電器）２０を有する。イオン発生部２１内には、不活性ガスが供給される供給管２５が接続されていると共に、高周波電源２６に接続された電極２７が配置されている。そして、イオン発生部２１では、この電極２７に高周波電源２６によって所定の電圧を印加することで、イオン発生部２１内に導入された不活性ガスにプラス又はマイナスイオンを発生させる。すなわち、イオン発生部２１では、内部に導入された不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で、供給管２２を介してノズル部２４に供給する。一方、ノズル部２４は、細長い管状に形成されており、その長手方向に沿って複数のノズル２３が列設されている。このノズル部２４は、真空処理チャンバ２内に、各ノズル２３がホルダ９に保持されたウェハ１００に対向し且つウェハ１００に隣接して配置可能に設けられており、真空処理チャンバ２の外側に設置されているイオン発生部２１と供給管２２を介して接続されている。そして、イオン発生部２１から供給管２２を介してノズル部２４に供給された帯電した不活性ガスが各ノズル２３から噴射されてウェハ１００の表面に吹き付けられるようになっている。
【００２２】
以下、このようなイオナイザ２０を具備するイオンミリング装置でのウェハ（基板）の加工方法について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２はホルダ及びノズル部の動作を示す概略斜視図であり、図３はノズル部の一部断面を示す図である。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、ウェハ１００をホルダ９の各テーブル１１にセットする。このとき、イオナイザ２０のノズル部２４は、ウェハ１００をセットする際に干渉しないように、ホルダ９から離れた位置に配置されている。ウェハ１００の各テーブル１１へのセットが完了すると、真空処理チャンバ２及びイオン源チャンバ３内が排気系１３により所定の真空状態に減圧される。次いで、図２（ｂ）に示すように、ウェハ１００がセットされたホルダ９が、ウェハ１００の加工効率が最も高くなるよう角度に傾斜するようにセットされる。そして、ホルダ９の傾斜角度が決まると、図２（ｃ）及び図３に示すように、イオナイザ２０のノズル部２４が移動され、各ノズル２３がウェハ１００に近接し且つウェハ１００に対向するように配置される。このように各ノズル２３がウェハ１００対向して配置されることで、ウェハ１００上に正又は負に帯電させた微量の不活性ガスを均一に吹き付けることができる。
【００２４】
次に、ホルダ９及びテーブル１１を低速で回転させ、すなわち、各ウェハ１００を自転させつつ公転させながら、イオナイザ２０の各ノズル２３から、微量の不活性ガスを正又は負に帯電させた状態で噴射してウェハ１００の表面に吹き付ける。すなわち、ウェハをミリング加工する前に、ウェハ１００の表面に帯電させた不活性ガスを吹き付ける。これにより、ウェハ１００の表面が電気的に中和され、あるいはプラス又はマイナスに帯電されて真空処理チャンバ２内に浮遊している異物の付着が防止される。さらに、不活性ガスの流れによってウェハ１００の表面に既に付着している異物も除去される。
【００２５】
ここで、イオン発生部２１において不活性ガスをプラス又はマイナスの何れに帯電させるかは、真空処理チャンバ２内に浮遊する異物の電荷、あるいはウェハ１００の表面の電荷等を考慮して決定すればよい。例えば、真空処理チャンバ２内に浮遊している異物は、通常、金属系の異物であることが多い。このような異物はプラスに帯電している場合が多いため、本実施形態では、イオナイザ２０によって不活性ガスをプラスに帯電させ、各ノズル２３から、このプラスに帯電した不活性ガスを噴射してウェハ１００に吹き付け、ウェハ１００の表面をプラスに帯電させるようにしている。これにより、異物の付着をより確実に抑えることができる。
【００２６】
また、ノズル部２４とウェハ１００との間隔Ｗ（図３）は、数ｍｍ程度までできるだけ狭くすることが好ましい。ウェハ１００との間隔が数ｍｍ程度となるようにノズル部２４が配置されている場合、各ノズル２３から噴射される帯電した不活性ガスの流量は、数ｓｃｃｍ〜数十ｓｃｃｍ程度で十分である。なお、このように各ノズル２３から不活性ガスを噴射すると、所定の真空状態に減圧された真空処理チャンバ２内に不活性ガスが供給されることになり真空処理チャンバ２内の真空度が低下することが考えられるが、この程度の流量であれば真空度に対する影響は極めて軽微である。
【００２７】
そして、このようにウェハ１００の表面に帯電した不活性ガスを吹き付けた後、ホルダ９及びテーブル１１をそのまま回転させながら、ウェハ１００のミリング加工を行う。具体的には、上述したようにイオン源チャンバ３にアルゴンガスが導入されて、電源６からフィラメント５に電力が供給されると、フィラメント５が加熱されてイオン源チャンバ３内にアルゴンイオンが形成される。そして、加速電極７及び減速電極８に電圧を印加することでアルゴンイオンが加速されてイオンビームとしてウェハ１００に照射される。これによりウェハ１００のミリング加工が開始される。
【００２８】
そして、本実施形態では、このようなミリング加工中にも、イオナイザ２０によってウェハ１００に帯電させた不活性ガスを吹き付け続けるようにしている。すなわち、ミリング加工前から加工終了まで連続的に不活性ガスをウェハ１００に吹き付けるようにしている。これにより、ウェハ１００への異物の付着をさらに確実に防止することができる。したがって、ウェハ１００の表面が極めて良好に加工されるため、歩留まりが大幅に向上し、また製造コストも大幅に削減される。
【００２９】
なお、イオナイザ２０のノズル部２４は、減速電極８とウェハ１００との間に位置するため、ノズル部２４によってウェハ１００の加工が阻害されることが考えられる。しかしながら、ミリング加工は、ホルダ９及びテーブル１１をそれぞれ回転させながら行うため、ウェハ１００の加工はほとんど阻害されることはない。特に、本実施形態では、ノズル部２４が細長い管状に形成されているため、ウェハ１００の加工は、ノズル部２４によって阻害されることなく良好に実施される。
【００３０】
また、本実施形態では、ミリング加工中にイオナイザによって不活性ガスをウェハに連続的に吹き付けるようにしたが、例えば、ウェハの加工時間が短い場合等には、ミリング加工前にのみウェハに不活性ガスを吹き付けるようにしてもよい。また、ウェハの加工時間が長い場合等には、ミリング加工中に連続的にウェハに不活性ガスを吹き付ける替わりに、所定のタイミングでミリング加工を一旦中止してウェハに不活性ガスを吹き付けた後、ミリング加工を再開するようにしてもよい。
【００３１】
何れにしても、真空処理チャンバ内で、帯電させた不活性ガスをウェハ（基板）に吹き付けることで、ウェハに付着している異物を除去することができ、また加工中における、ウェハへの異物の付着を確実に防止することができる。したがって、ウェハの表面を極めて良好に加工することができ、歩留まりを大幅に向上することができる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、上述の実施形態では、複数枚のウェハ（基板）を同時に加工するタイプのイオンミリング装置を例示したが、これに限定されず、勿論、一度に一枚の基板を加工するいわゆる枚様式の装置にも本発明を採用することができることは言うまでもない。また、例えば、上述の実施形態では、イオンミリング装置を例示して本発明を説明したが、例えば、イオン注入装置、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置等、イオンビームによって基板の加工を行う他の基板加工装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態に係るイオンミリング装置の概略構成図である。
【図２】ホルダ及びノズル部の動作を示す概略斜視図である。
【図３】ノズル部の一部断面を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  イオンミリング装置、  ２  真空処理チャンバ、  ３  イオン源チャンバ、  ４  導入管、  ５  フィラメント、  ６  電源、  ７  加速電極、  ８  減速電極、  ９  ホルダ、  １１  テーブル、  １２  シャッタ、  １３  排気系、  ２０  イオナイザ、  ２１  イオン発生部、  ２２  供給管、  ２３  ノズル、  ２４  ノズル部、  １００  基板
【図１】
2007194432.tif 000003
【図２】
2007194432.tif 000004
【図３】
2007194432.tif 000005