(57)【要約】【課題】イオンビームによる基板加工時にホルダからの塵の発生を防止することができる基板保持装置及び、ホルダからの発塵を防止して歩留まりを向上した基板加工装置を提供する。【解決手段】基板１００が載置されるステージ１４と、ステージ１４上に載置された基板１００の周縁部に当接して基板１００をステージ１４との間に挟持可能に設けられた爪部１５を有するホルダ１６とを有し、ホルダ１６の爪部１５の少なくとも先端部に、爪部１５の母材よりもイオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部２１を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置されるステージと、該ステージ上に載置された前記基板の周縁部に当接して当該基板を前記ステージとの間に挟持可能に設けられた爪部を有するホルダとを有し、該ホルダの前記爪部の少なくとも先端部に、当該爪部の母材よりもイオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部が設けられていることを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】
前記爪部の前記基板と当接する当接面が、前記剛体部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持装置。
【請求項３】
前記爪部の露出された表面が、前記剛体部によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板保持装置。
【請求項４】
前記爪部の母材が、前記剛体部よりも熱容量の大きい材料であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の基板保持装置。
【請求項５】
前記爪部の母材が、前記剛体部よりも熱伝導率の高い材料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保持装置。
【請求項６】
前記剛体部が、チタン（Ｔｉ）又はチタン化合物からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の基板保持装置。
【請求項７】
前記爪部の母材が、ステンレス鋼（ＳＵＳ）であることを特徴とする請求項６に記載の基板保持装置。
【請求項８】
イオン源と、基板を保持する基板保持手段とを具備し、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表面を加工する基板加工装置であって、
前記基板保持手段が、前記基板が載置されるステージと、該ステージ上に載置された前記基板の周縁部に当接して当該基板を前記ステージとの間に挟持可能に設けられた爪部を有するホルダとを有し、該ホルダの前記爪部の少なくとも先端部に、当該爪部の母材よりも前記イオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部を有することを特徴とする基板加工装置。
【請求項９】
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８に記載の基板加工装置。
【請求項１０】
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８に記載の基板加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハ等の基板表面を加工する際に、当該基板を保持するための基板保持装置及び、例えば、イオンミリング装置等、イオンビームを照射することによって基板表面を加工する基板加工装置に関する。
【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、このようなイオンミリング装置等の基板加工装置では、半導体ウェハを所定の基板保持装置によって保持した状態で表面の加工を行う。基板保持装置としては、例えば、ステージ（プラテン）上に載置された半導体ウェハを、ホルダの爪部（クランプ）によって基板の周縁部をステージ上に押圧することによって固定するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このようにホルダの爪部によって半導体ウェハを固定してイオンビームを半導体ウェハに照射すると、爪部の表面にもイオンビームが照射されてしまう。このため、爪部の表面の一部が除去（ミリング）されて塵となり半導体ウェハの加工面に付着してしまう。また、爪部の半導体ウェハとの当接面は、半導体ウェハの表面に物理的に接触しているため、使用回数が増えるにつれて粗くなってしまう。そして、爪部の当接面が粗い状態で半導体ウェハを押圧していると、この爪部によって半導体ウェハの表面が削れて塵となり半導体ウェハの加工面に付着してしまう。そして、このように半導体ウェハの加工面に塵が付着すると、加工不良が発生して歩留まりが低下するという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８１１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、イオンビームによる基板加工時にホルダからの発塵を防止することができる基板保持装置及び、ホルダからの発塵を防止して歩留まりを向上した基板加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板が載置されるステージと、該ステージ上に載置された前記基板の周縁部に当接して当該基板を前記ステージとの間に挟持可能に設けられた爪部を有するホルダとを有し、該ホルダの前記爪部の少なくとも先端部に、当該爪部の母材よりもイオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部が設けられていることを特徴とする基板保持装置にある。
かかる第１の態様では、イオンビームによって基板を加工する際に、基板と共に爪部が加工されることによる発塵が防止される。爪部の先端部は特に加工され易く、少なくとも爪部の先端部に剛体部を有することで、このような発塵が大幅に低減される。したがって、基板表面に塵が付着することに起因する加工不良の発生を防止して、歩留まりを大幅に向上することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記爪部の前記基板と当接する当接面が、前記剛体部によって構成されていることを特徴とする第１の態様の基板保持装置にある。
かかる第２の態様では、イオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部は、硬度も比較的高いため、爪部の基板との接合面の変形（荒れ）を防止することができる。したがって、爪部が基板に接触して基板表面が削れることによる発塵をさらに防止することができる。また、爪部を長期に亘って使用することができ、コストの削減を図ることができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、前記爪部の露出された表面が、前記剛体部によって構成されていることを特徴とする第１又は２の態様の基板保持装置にある。
かかる第３の態様では、イオンビームによって基板を加工する際に、基板と共に爪部が加工されることによる発塵がより確実に防止される。
【００１１】
本発明の第４の態様は、前記爪部の母材が、前記剛体部よりも熱容量の大きい材料であることを特徴とする第１〜３の何れかの態様の基板保持装置にある。
かかる第４の態様では、加工時に基板の表面温度が上昇した場合でも、爪部の母材が熱容量の大きい材料であるため、爪部の温度上昇が遅く表面温度は比較的低く抑えられる。例えば、ホルダの爪部によって基板上に設けられたレジストを押圧している場合でも、爪部の温度上昇によってレジストに与える加工中の熱履歴を変化させることがなく、レジストの変質を防止できるため、基板を良好に加工することができる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、前記爪部の母材が、前記剛体部よりも熱伝導率の高い材料であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の基板保持装置にある。
かかる第５の態様では、加工時に基板の表面温度が上昇した場合でも、爪部の母材が熱伝導率の高い材料であるため、爪部は熱が逃げやすくその表面温度は比較的低く抑えられる。したがって、例えば、レジストの変質等を防止して基板を良好に加工することができる。
【００１３】
本発明の第６の態様は、前記剛体部が、チタン（Ｔｉ）又はチタン化合物からなることを特徴とする第１〜５の何れかの態様の基板保持装置にある。
かかる第６の態様では、剛体部を所定の材料で形成することで、爪部にイオンビームが照射されることによる発塵をより確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の第７の態様は、前記爪部の母材が、ステンレス鋼（ＳＵＳ）であることを特徴とする第６の態様の基板保持装置にある。
かかる第７の態様では、爪部からの発塵を防止しつつ、爪部の温度上昇による基板、あるいは基板上のレジスト等への悪影響をより確実に防止することができる。
【００１５】
本発明の第８の態様は、イオン源と、基板を保持する基板保持手段とを具備し、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表面を加工する基板加工装置であって、前記基板保持手段が、前記基板が載置されるステージと、該ステージ上に載置された前記基板の周縁部に当接して当該基板を前記ステージとの間に挟持可能に設けられた爪部を有するホルダとを有し、該ホルダの前記爪部の少なくとも先端部に、当該爪部の母材よりも前記イオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部を有することを特徴とする基板加工装置にある。
かかる第８の態様では、イオンビームによって基板を加工する際に、基板と共に爪部が加工されることによる発塵が防止される。爪部の先端部は特に加工され易く、少なくとも爪部の先端部に剛体部を有することで、このような発塵が大幅に低減される。したがって、基板表面に塵が付着することに起因する加工不良の発生を防止して、歩留まりを大幅に向上することができる。
【００１６】
本発明の第９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８の態様の基板加工装置にある。
かかる第９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。
【００１７】
本発明の第１０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８の態様の基板加工装置にある。
かかる第１０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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を、実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、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り、図２は、本実施形態に係る基板保持手段の平面図及び断面図であり、図３は、基板保持手段を構成するホルダの拡大断面図である。
【００１９】
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。
【００２０】
一方、真空処理チャンバ２内には、基板保持手段９が複数固定され、支持軸１０によって回転自在に支持された回転ステージ１１が設けられており、基板保持手段９には、詳しく後述するが、被処理部材としての複数のウェハ（基板）１００が載置保持されるようになっている。例えば、本実施形態では、回転ステージ１１上には、４つの基板保持手段９が、支持軸１０を中心とする同一円周上に所定間隔で固定されている。また、本実施形態では、この回転ステージ１１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。この回転ステージ１１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、基板保持手段９によって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、基板保持手段９が固定された回転ステージ１１は、所定速度で連続的に回転されており、これにより、回転ステージ１１上に基板保持手段９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。
【００２３】
ここで、本実施形態に係る基板保持手段９の構成について説明する。本実施形態に係る基板保持装置である基板保持手段９は、図２に示すように、ウェハ１００が載置されるウェハステージ１４と、ウェハステージ１４上に載置されたウェハ１００の周縁部に当接してウェハ１００をウェハステージ１４との間に挟持可能に設けられた爪部１５を有するホルダ１６とを有する。
【００２４】
ウェハステージ１４は、外形が略円形に形成されており、その周縁部近傍には、ウェハステージ１４の外形に沿って溝部１７が形成されており、この溝部１７にはＯリング１８がはめ込まれている。そして、ウェハ１００は、このＯリング１８を介してウェハステージ１４上に載置されている。Ｏリング１８は、ウェハステージ１４上に載置されるウェハ１００の滑り止めとしての役割や、いわゆる衝撃吸収材としての役割等を果たしている。
【００２５】
一方、ホルダ１６は、ウェハステージ１４上のウェハ１００の周縁部をウェハステージ１４側に押圧して保持するためのものであり、本実施形態では、ウェハ１００の周縁部に対応するリング状に形成されている。また、ホルダ１６の内周側の端部近傍は、外周側の端部よりもウェハステージ１４側に突出するように設けられた爪部１５となっている。例えば、本実施形態では、この爪部１５は、先端部側に向かって厚さが漸小するように形成されている。そして、ホルダ１６はこの爪部１５の先端面がウェハステージ１４上に載置されたウェハ１００の表面に当接可能に配置されている。すなわち、ホルダ１６は、爪部１５の先端面（当接面）１５ａがウェハステージ１４上に載置されたウェハ１００の周縁部に対向するように配置され、例えば、本実施形態に係るホルダ１６は、その外周側の端部近傍に設けられた一対のガイド部材１９がウェハステージ１４に形成されたガイド孔２０に挿通された状態に保持されている。
【００２６】
このような本実施形態に係る基板保持手段９では、ウェハステージ１４上の所定位置にウェハ１００を載置した状態で、ホルダ１６をウェハステージ１４側に移動させることで、ホルダ１６の爪部１５の当接面１５ａでウェハ１００が押圧され、すなわち、爪部１５とウェハステージ１４との間にウェハ１００が挟持される。これにより、ウェハ１００はウェハステージ１４上に良好に保持される。
【００２７】
また、本発明では、このような基板保持手段９を構成するホルダ１６の爪部１５の少なくとも先端部に、爪部１５（ホルダ１６）の母材よりも、イオンビームによって加工され難い材料からなる剛体部２１が設けられている。例えば、本実施形態では、爪部１５の先端面、すなわち、ウェハ１００との当接面１５ａの全面が、この剛体部２１によって構成されている。この剛体部２１の厚さは、特に限定されないが、図３に示すように、爪部１５の先端部から長さＬ１が、少なくとも１ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ程度の長さとなるような厚さとすることが望ましい。
【００２８】
なお、本実施形態に係る基板加工装置は、上述したようにイオンミリング装置であるため、爪部１５の母材よりもイオンミリングされ難い材料で剛体部２１を形成している。このような剛体部２１を形成する材料は、爪部１５の母材に応じて適宜決定されればよく、特に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、爪部１５の母材としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いているのに対し、剛体部２１を形成する材料として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）よりもイオンミリングされ難い材料であるチタン（Ｔｉ）又はチタン化合物を用いている。なお、チタン（Ｔｉ）のミリングレートは、１９（ｎｍ／ｍｉｎ）程度であるのに対し、ステンレス鋼（ＳＵＳ）はその２倍程度である。すなわち、本実施形態に係る剛体部２１は、爪部１５の母材よりも約２倍程度イオンミリングされ難い材料で形成されていることになる。
【００２９】
また、この剛体部２１の形成方法は、特に限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）等の板材を爪部１５の母材に接合するようにしてもよいし、勿論、爪部１５の表面にチタン（Ｔｉ）等の材料をコーティングするようにしてもよい。
【００３０】
ホルダ１６の爪部１５に、このような剛体部２１を設けることにより、ウェハ１００の加工中に、ウェハ１００の表面に、塵等の異物が付着するのを防止できる。すなわち、剛体部２１を設けることで、イオンビームによってウェハ１００表面を加工（イオンミリング）する際に、爪部１５の表面の一部がミリングされて塵となりウェハ１００に付着してしまうのを防止することができる。爪部１５の先端部は、特にミリングされやすいが、先端から１ｍｍ〜２ｍｍ程度の範囲に剛体部２１が形成されていれば、爪部１５がミリングされることによる発塵を効果的に抑えることができる。したがって、ウェハ１００への塵の付着に起因する加工不良を防止して、歩留まりを大幅に向上することができる。
【００３１】
また、剛体部２１を構成するイオンミリングされ難い材料は、比較的剛性が高い。このため、本実施形態のように爪部１５のウェハ１００との当接面１５ａが剛体部２１で構成されていることで、当接面１５ａがウェハ１００と物理的に接触することによる当接面１５ａの変形（荒れ）を防止することができる。これにより、爪部１５によってウェハ１００表面が削れることによる発塵を防止することもできる。したがって、歩留まりをより確実に向上することができ、また爪部１５（ホルダ１６）を長期に亘って使用することができ、コストを削減することもできる。
【００３２】
また、このようなホルダ１６の爪部１５の母材は、剛体部２１よりも熱容量の大きい材料であることが好ましい。さらに、ホルダ１６の爪部１５の母材は、剛体部２１よりも熱伝導率の高い材料からなることが好ましい。ウェハ１００をミリング加工する際には、ウェハ１００の温度が上昇してしまう場合がり、その際、爪部１５に熱が蓄積されてしまうと、蓄積された熱によって、ウェハ１００、あるいはウェハ１００上に形成されるレジスト等に悪影響を及ぼす虞がある。例えば、熱によりレジストが変質してしまう虞がある。しかしながら、ホルダ１６の爪部１５の母材として、このような材料を用いることで、ウェハ１００の温度が上昇した場合でも、爪部１５の温度は比較的低く抑えられる。したがって、ウェハ１００を常に良好に加工することができる。
【００３３】
なお、上述したように、本実施形態では、爪部１５の母材としてステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いているのに対し、剛体部２１を形成する材料としてチタン（Ｔｉ）を用いている。そして、チタン（Ｔｉ）の熱容量は２．４×１０６（Ｊ／ｍ３Ｋ）であるのに対し、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の熱容量は４．０×１０６（Ｊ／ｍ３Ｋ）であり、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の熱容量は、チタン（Ｔｉ）の熱容量よりもかなり大きい。また、チタンの熱伝導率と、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の熱伝導率とは、ほぼ同等である。したがって、ステンレス鋼（ＳＵＳ）は、爪部１５の母材として好適に用いられ、剛体部２１の材料としてチタン（Ｔｉ）を用いている場合には、特に好適に用いられる。
【００３４】
そして、このように爪部１５の材料として、熱容量が比較的大きく、また熱伝導率も比較的高い材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用い、剛体部２１の材料として、イオンミリングされ難い材料、例えば、チタン（Ｔｉ）等を用いることで、上述したようにホルダ１６からの発塵を防止して歩留まりを防止できるという効果が得られると共に、ホルダ１６（爪部１５）の温度上昇を抑えてウェハ１００を常に良好に加工することができるという効果も同時に得ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、ホルダ１６の爪部１５のウェハ１００との当接面１５ａが、剛体部２１によって構成されているようにしたが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、ウェハ１００を押圧した状態で露出される爪部１５の表面が、すなわち、イオンミリング時にイオンビームが照射される部分が、剛体部２１で構成されているようにしてもよい。なお、剛体部２１は、図５に示すように、少なくとも爪部１５の先端部に設けられていればよい。このような構成としても、爪部１５がミリングされることによる発塵が極めて少なく抑えられるため、ウェハ１００を常に良好に加工することができる。
【００３６】
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、本発明に係る基板保持装置は、例えば、イオン注入装置等、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採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】一実施形態に係る基板保持手段の平面図及び断面図である。
【図３】一実施形態に係るホルダを示す拡大断面図である。
【図４】ホルダの変形例を示す拡大断面図である。
【図５】ホルダの変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
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  基板保持手段、  １０  支持軸、１１  回転ステージ、１２  シャッタ、  １３  排気系、  １４  ウェハステージ、  １５  爪部、  １６  ホルダ、  １７  溝部、  １８  Ｏリング、  １９  ガイド部材、  ２０  ガイド孔、  ２１  剛体部、  １００  基板
【図１】
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【図２】
2007190593.tif 000004
【図３】
2007190593.tif 000005
【図４】
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【図５】
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