真空処理装置、真空処理方法及び微細加工装置
【課題】真空雰囲気下でシリコン基材の表面部を微細加工により多孔質化し、次いで真空雰囲気のまま連続して当該表面部に成膜処理することができ、シリコン基材に不純物が付着することを抑えることのできる技術を提供すること。
【解決手段】真空室３１内にノズル部５を設け、ノズル部５の吐出口に対向するようにシリコン基板Ｗを保持する。例えばＣｌＦ３ガス及びＡｒガスをノズル部５の基端側から０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａで供給し、この混合ガスをノズル部５の先端側から１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に吐出させる。これにより混合ガスが断熱膨張し、Ａｒ原子やＣｌＦ３の分子が結合してガスクラスターＣとなる。このガスクラスターＣをイオン化させずにシリコン基板Ｗの表面部に照射し、当該表面部を多孔質化する。続いて真空を破らずに別の真空室４１でこのシリコン基板Ｗの表面にリチウムをスパッタ成膜する。
【解決手段】真空室３１内にノズル部５を設け、ノズル部５の吐出口に対向するようにシリコン基板Ｗを保持する。例えばＣｌＦ３ガス及びＡｒガスをノズル部５の基端側から０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａで供給し、この混合ガスをノズル部５の先端側から１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に吐出させる。これにより混合ガスが断熱膨張し、Ａｒ原子やＣｌＦ３の分子が結合してガスクラスターＣとなる。このガスクラスターＣをイオン化させずにシリコン基板Ｗの表面部に照射し、当該表面部を多孔質化する。続いて真空を破らずに別の真空室４１でこのシリコン基板Ｗの表面にリチウムをスパッタ成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基材の表面部を真空雰囲気下で多孔質化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基材にナノレベルの微細加工を行う技術が熱音波素子、太陽電池、バイオ基材など様々な分野で注目されており、その一つとしてリチウムイオン二次電池の負電極材料への適用が検討されている。リチウムイオン二次電池の負電極材料としては、従来からカーボンが用いられてきた。しかし最近では、リチウムイオン二次電池の更なる高容量化が求められており、カーボンに代わる負電極材料として、容量密度がカーボンよりも一桁高くより高容量化を図ることができるシリコンが注目されている。
【０００３】
しかし、シリコンはリチウムイオンと合金を形成する際に膨張する性質があるため、シリコンを負電極材料として用いる場合には、膨張による電池の破壊や充放電の繰り返しによる体積変化のために起こる負電極の劣化などの耐久性の問題を克服する必要がある。
また、シリコン表面にリチウムを成膜することでより高容量化を図ることができる可能性がある。しかしそのためには、充放電時におけるシリコン負電極の体積変化に追随可能なように、高品質のリチウム薄膜を成膜する必要がある。
この耐久性の問題の解決手段として、負電極材料であるシリコン基材に多孔質加工を施し、微細な空隙を設けることにより、充電時の体積の増加分をこの空隙に吸収させ負電極における内部応力の緩和を図ることが検討されている。
【０００４】
一般に基材に対して多孔質加工を行う方法としては、陽極酸化法が知られている。しかし陽極酸化法は、基材が電解液と接触する状況で行われるため、基材を大気雰囲気下に持ち出さなければならない。そのため、大気中の水分や酸素によりシリコン基材の表面が酸化され、また電解液や電極材料中の不純物、更には大気中の不純物の付着による汚染が懸念され、次工程における高品質なリチウム成膜に要求されるシリコン基材表面の清浄度が得られない可能性がある。
【０００５】
特許文献１には、レーザビームによるシリコン基板表面へのナノレベルの微細加工方法が記載されているが、既述の課題については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３１３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的はシリコン基材の表面部を微細加工により多孔質化することができ、しかも表面部を高い清浄度に維持できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空処理装置は、シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、
前記第１の真空室に仕切りバルブを介して接続され、シリコン基材を保持するための第２の保持部が内部に配置された第２の真空室と、
多孔質化されたシリコン基材に対してこの第２の真空室内にて、真空雰囲気下で成膜処理を行うための成膜処理部と、
前記第１の真空室内にて多孔質化されたシリコン基材を前記第１の真空室から真空雰囲気を破らずに第２の真空室に搬送するための搬送機構を備えた真空搬送領域と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の真空処理方法は、真空室内の保持部にシリコン基材を保持させる工程と、
この真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスをノズル部から当該真空室内に吐出させることにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、このガスクラスターをイオン化させずに前記シリコン基材に照射して多孔質化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明における微細加工装置は、シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、真空雰囲気下でガスクラスターによる微細加工によりシリコン基材の表面部を多孔質化しているため、シリコンの酸化や不純物の残渣の付着といったおそれがなく、表面部を高い清浄度に維持できる。また次いで真空雰囲気のまま連続して当該表面部に成膜処理することにより、成膜された加工品の劣化を抑制し、所望の材料特性を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る真空処理装置の全体を示す平面図である。
【図２】上述実施形態に用いられる微細加工装置の概要を示す縦断側面図である。
【図３】クラスターノズルの概要を示す縦断面図である。
【図４】成膜装置の概要を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の実施形態における、負電極材料の製造工程の概要を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における、ガスクラスターをシリコン基材へ照射する方法の一例を示す説明図である。
【図７】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置を示す縦断側面図である。
【図８】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置を用いて加工したシリコン基板を示す縦断面図である。
【図９】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置の一部を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明における他の実施形態の真空処理装置の概要を示す縦断側面図である。
【図１１】本発明における、多孔質加工後のシリコン基板表面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態である真空処理装置７は、図１に示すように、平面形状が長方形である大気搬送室１を備えている。大気搬送室１における一方の長辺側には、シリコン基材である例えば円形のウエハに成形されたシリコン基板Ｗを搬入出するための搬入出ポート１１が設けられている。搬入出ポート１１は、複数のシリコン基板Ｗを収納した、例えばＦＯＵＰからなる搬送容器１２が載置される複数の搬入出ステージ１３と、各搬入出ステージ１３に設けられたドア１４と、を備えている。
【００１４】
また大気搬送室１における搬入出ステージ１３とは反対側には、左右に配置された２つのロードロック室１５（予備真空室）を介して例えば平面形状６角形の真空搬送領域を構成する真空搬送室２が接続されており、短辺側にて更にシリコン基板Ｗの位置合わせを行うためのオリエンタを備えたアライメントモジュール１６が接続されている。大気搬送室１内にはシリコン基板Ｗを搬入出ステージ１３、ロードロック室１５及びアライメントモジュール１６の間で受け渡すための搬送機構１２が備えられている。
【００１５】
真空搬送室２は、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれており、微細加工モジュール３の処理雰囲気を構成する第１の真空室３１及び、成膜モジュール４の処理雰囲気を構成する第２の真空室４１が接続されている。また、この真空搬送室２には、ロードロック室１５、アライメントモジュール１６、微細加工モジュール３及び成膜モジュール４の間でシリコン基板Ｗを受け渡すための、回転伸縮自在な搬送アームからなる搬送機構２２を備えている。なお、図１中のＧ１〜Ｇ３は、仕切りバルブをなすゲートバルブである。
【００１６】
また、この真空処理装置７は、制御部１０を備え、この制御部１０の記憶部に記憶されたプログラム及び処理レシピを含むソフトウエアにより、シリコン基板Ｗの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４の開閉そして各真空室３１、４１における処理及び真空度の調整を行っている。
【００１７】
微細加工モジュール３の第１の真空室３１は、図２に示すように、扁平な円筒部３９ａの上面中央部を上方側に突出させて、前記円筒部分よりも口径の小さい円筒状の小筒部３９ｂが形成されている。また第１の真空室３１は、シリコン基板Ｗを水平方向に載置保持するための第１の保持部である載置台３２を備えている。この載置台３２は、図示しない昇降機構により昇降することにより、図示しない支持ピンを介して、搬送機構２２により搬入口３８を通って搬送されてきたシリコン基板Ｗの受け渡しを行うことができる。
【００１８】
この載置台３２は、図示しない温度調整部を内蔵しており、保持したシリコン基板Ｗの温度調整が可能となっている。また、第１の真空室３１の底部には、Ｘ方向に水平に伸びるＸガイド３７が設けられると共に、このＸガイド３７にガイドされながら移動するＸ移動体３６が設けられている。Ｘ移動体３６の上部には、Ｙ方向（紙面の表裏方向）に水平に伸びるＹガイド３５が設けられ、Ｙ移動体３４がこのＹガイド３５にガイドされながら移動するように構成されている。載置台３２は、Ｙ移動体３４の上に支持部材３３を介して設けられ、従ってＸ、Ｙ方向に移動できることになる。なお、Ｘガイド３７及びＹガイド３５についてのみ説明しているが、実際にはＸ、Ｙ方向に夫々高精度に位置制御されながら移動できるボールネジ機構が設けられており、図では記載を省略している。
【００１９】
また、微細加工モジュール３には、図２及び図３に示すように、載置されたシリコン基板Ｗに対向するように、微細加工モジュール３の天井にノズル部５が設けられている。このノズル部５は、円筒状の圧力室５１を備えており、このノズル部５の基端側に、各々配管からなる第１のガス流路５４ａ及び第２のガス流路５４ｂが接続されている。第１のガス流路５４ａの基端側には、ＣｌＦ３ガス供給源が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ａ及びバルブ５７ａが介設されている。また、第２のガス流路５４ｂの基端側には、Ａｒガス供給源が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ｂ及びバルブ５７ｂが介設されている。更に、図示していないが、圧力室５１内の圧力を検出する圧力計が設けられ、流量調節部５９ａ、５９ｂ及び圧力計によって、圧力室５１内の圧力と、ＣｌＦ３ガス及びＡｒガスの流量比と、を調整できるようになっている。
【００２０】
またノズル部５の先端側はラッパ状に広がっており、この拡開部の根元部位（吐出口）からシリコン基板Ｗまでの距離は例えば６．５ｍｍに設定されており、ノズル部５の吐出口は例えば口径Ｌが０．１ｍｍのオリフィス形状となっている。後述のように、このノズル部５から吐出されたガスは、急激な減圧に晒されることで断熱膨張し、処理ガスの原子や分子がファンデルワールス力により結合して集合体（ガスクラスター）Ｃとなりシリコン基板Ｗに照射される。第１の真空室３１の底部には、排気管５８が接続され、この排気管５８には圧力調整部５５を介して真空ポンプ５６が設けられ、第１の真空室３１内の圧力調整が可能となっている。なお、ノズル部５の吐出口付近の圧力制御を容易にするため、円管状の小筒部３９ｂの側面に真空ポンプを配置してもよい。このノズル部５は、ここから照射されるガスクラスターＣが、載置台３２上のシリコン基板Ｗに垂直に当たるようにその軸方向がシリコン基板Ｗと直交するように調整されている。
【００２１】
成膜モジュール４は、図４に示すように、例えば筒体の処理容器からなる第２の真空室４１を備えている。この第２の真空室４１は、接地されており、また底部に設けられた排気口４６ａから圧力調整部４６ｂを介して真空ポンプ４６ｃが設けられている。
【００２２】
この第２の真空室４１内には、円盤状の載置台４２が設けられている。この載置台４２は、その上面において静電力によりシリコン基板Ｗを吸着保持すると共に、イオン引き込み用の所定のバイアス電力を印加できるようになっている。またこの載置台４２の内部には、温度調整手段が設けられており、載置台４２に保持されたシリコン基板Ｗの温度調整が可能である。載置台４２は、その下面中心部より下方に延びる支持部材４３により支持されており、この支持部材４３は昇降機構４４により昇降自在となっている。４３ａは、ベローズである。
【００２３】
第２の真空室４１底部には、上方に向けて例えば３本の支持ピン４５が起立し設けられ、支持ピン４５に対応させて載置台４２にピン挿通孔４５ａが形成されている。これにより、載置台４２を降下させると支持ピン４５がピン挿通孔４５ａを貫通して載置台４２よりも上方に突き出る。このため、載置台４２に保持されていたシリコン基板Ｗは、支持ピン４５の上端部で受け取られ、持ち上げられる。従って、第２の真空室４１の下部側壁にある搬送口４８から進入する搬送機構２２との間で受け渡しができることになる。Ｇ３は、仕切り弁であるゲートバルブである。
【００２４】
第２の真空室４１の天井部には、誘電体よりなる窓部６１が設けられている。６２は高周波発生源であるコイル、６３は高周波を拡散させるバッフルプレートである。このバッフルプレート６３の下部には、処理空間６７の上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状になされた例えばリチウムよりなるターゲット６４が設けられており、このターゲット６４にはＡｒイオンを引きつけるための電圧を供給できるようになっている。また、ターゲット６４の外周側には、これに磁界を付与するための磁石６５が設けられている。６６は保護カバーである。
【００２５】
第２の真空室４１底部に設けられたガス導入口４７ａからは、プラズマ励起用ガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ガスが、ガス供給部４７ｂより供給される。なお、ターゲット６４、高周波発生源であるコイル６２及びガス供給部４７ｂは、成膜処理部に相当する。
【００２６】
続いて、上述実施形態の作用について説明する。先ずシリコン基板Ｗが収納された例えばＦＯＵＰからなる搬送容器１２が搬入出ステージ１３に載置され、搬送容器１２の蓋体と一緒にドア１４が開かれる。次いで搬送容器１１内のシリコン基板Ｗが大気搬送室１内の搬送機構１２によりアライメントモジュール１６に搬送され、ここでシリコン基板Ｗの向きが予め設定した向きに調整される。その後、シリコン基板Ｗは、搬送機構１２、ロードロック室１５、真空搬送室２内の搬送機構２２を介して微細加工モジュール３の第１の真空室３１内の載置台３２に搬入される。
【００２７】
続いて、第１の真空室３１内を圧力調整部５５により例えば１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に維持し、ガス流路５４から夫々ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを例えば圧力調整部５７ａ、５７ｂにより０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａの圧力でノズル部５に供給する。ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスの流量比については、流量調整部５９ａ、５９ｂにより、例えばＣｌＦ３／Ａｒの流量比が０．５％〜２０％に設定される。上述のような高圧状態でノズル部５内に供給されたＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスは、当該ノズル部５内から第１の真空室３１の真空雰囲気内に一気に放出されるため断熱膨張してガスの温度が凝縮温度以下になり、この例ではＡｒ原子及びＣｌＦ３分子がファンデルワールス力により結合して、原子及び分子の集合体であるガスクラスターＣを形成する。
【００２８】
このガスクラスターＣは、ノズル部５から当該ノズル部５の軸方向に直進して放出され、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにシリコン基板Ｗに向かって垂直に衝突する。このようにガスクラスターＣがノズル部５の軸方向に直進して放出されることは、後述の実験において確認している。このためシリコン基板Ｗの表面部は、図５（ｃ）に示すようにガスクラスターＣにより抉られて孔８１が開けられ、多孔質化される。このときシリコン基板Ｗの表面部からはシリコン微粒子が飛散するが、シリコン基板Ｗに衝突して分解したガスの原子や分子と共に排気管５８から排気される。なお図５はガスクラスターＣによりシリコン基板Ｗが多孔質化される様子を示すイメージ図である。
【００２９】
このような様子は、巨視的にはノズル部５から例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍのビームがシリコン基板Ｗに照射されている状態であり、載置台３２を移動させることによりビームスポット３０１をシリコン基板Ｗに対して相対的にスキャンする。このスキャンの方法は例えば図６に示すようにビームスポット３０１をシリコン基板Ｗの一端側からＸ方向にスキャンライン３００に沿ってスキャンし、次いでＹ方向に所定の距離だけ移動させてシリコン基板Ｗの端部から端部まで移動させ、こうしていわば一筆書きの要領でシリコン基板Ｗの全面をスキャンする方法を挙げることができる。この場合ビームスポット３０１の相対的移動のタイミングとしては、例えばビームを照射しながら、ビームスポット３０１の半径寸法だけ間欠的に順次移動させ、各位置で所定時間停止させるといった手法を挙げることができる。
【００３０】
以上の微細加工において、シリコン基板Ｗの温度は例えば常温で行うことができ、特に温度については限定されるものではないが、プロセス制御性の理由から例えば０℃から１００℃であることが好ましい。また処理ガスとしては、上記のガスに限られるものではなく、ＨＦガス、Ｆ２ ガス、ＮＨ４ＯＨガスなどを用いることができる。
【００３１】
こうしてシリコン基板Ｗの全面が微細加工されて多孔質化された後、ゲートバルブＧ３が開かれ、当該真空搬送室２の搬送機構２２により第１の真空室３１から搬出され、成膜モジュール４の第２の真空室４１の載置台４２に搬入される。
【００３２】
予め真空引きされている第２の真空室４１内に搬入されたシリコン基板Ｗは、支持ピン４５に受け渡された後、昇降機構４４により上昇してきた載置台４２に吸着保持される。搬送口４８がゲートバルブＧ３によって密閉された後、第２の真空室４１内にガス供給部４７ｂよりＡｒガスを供給し、圧力調整部４６ｂを制御して第２の真空室４１内を所定の真空度に維持する。
【００３３】
その後、リチウムからなるターゲット６４に直流電力を印加し、更にプラズマ発生源６２に高周波電力（プラズマ電力）を印加する。これと同時に載置台４２では、図示しないヒータによりシリコン基板Ｗを所定の温度に調整すると共に、載置台４２には所定のバイアス電力を印加する。
こうすることにより、プラズマ発生源６２に印加されたプラズマ電力により、アルゴンガスがプラズマ化されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはターゲット６４に印加された電圧に引き寄せられてターゲット６４に衝突し、このターゲット６４がスパッタされてリチウム（Ｌｉ）粒子が放出される。
そして、ターゲット６４からスパッタされたリチウム粒子は、イオン化されたリチウムイオンと電気的に中性なリチウム原子とが混在する状態となって下方向へ飛散していく。特に、第２の真空室４１内の圧力は、例えば０．６７ｍＰａ（５ｍＴｏｒｒ）程度に維持されており、これによりプラズマ密度を高めて、リチウム粒子を高効率でイオン化できるようになっている。
そして、リチウムイオンは、載置台４２に印加されたバイアス電力により発生したシリコン基板Ｗ上の厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもってシリコン基板Ｗ側に加速するように引き付けられてシリコン基板Ｗに堆積する。このように高指向性をもったリチウムイオンにより堆積された薄膜８２は、良好なカバレッジ性を得ることが可能となる。図５（ｄ）は、シリコン基板Ｗの表面にリチウムの薄膜８２が成膜された状態を示している。
【００３４】
上述実施の形態によれば、真空雰囲気下でガスクラスターＣを形成し、このガスクラスターＣをイオン化させずにシリコン基板Ｗに照射している。このためシリコン基板Ｗの表面部にガスクラスターＣの大きさに応じた孔部８１が形成され、微細加工、即ち多孔質化される。ガスクラスターＣの大きさは、ノズル部５の内部５１と真空雰囲気との圧力差、導入ガス例えばＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスの流量比、そしてノズル部５の吐出口からシリコン基板Ｗまでの距離を変えることにより調整できるので、シリコン基板Ｗの表面部の孔部８１の大きさを容易にコントロールすることができる。また陽極酸化法のように電解液中の不純物や電極材料中の不純物がシリコン基板Ｗの表面を汚染することがなく、多孔質化されたシリコン基板Ｗの表面が清浄である。そしてシリコン基板Ｗが微細加工（多孔質化）された後、真空雰囲気を破らずにリチウムの成膜を行っているので、シリコン基板Ｗの表面が大気により酸化されることなく、多孔質状態の表面にリチウムの薄膜８２が形成され、従って高品質なＬｉ−Ｓｉ負極材料が得られる。
【００３５】
次に上述実施形態の変形例について記載する。
シリコン基板Ｗに対するガスクラスターＣの照射方向は上述の例のように垂直とする代わりに傾斜させてもよい。この手法を実現する構造としては、図７に示すようにノズル部５に固定された取り付け部材７１に水平な回転軸７２の一端を接続すると共に当該回転軸７２の他端側を真空室３１の外部に延伸させてモータを含む回転駆動部７３に接続する構成を挙げることができる。図７中、７４は磁気シールを組み合わせた軸受け部、７５は真空室３の小筒部の側壁に固定された保持部材である。そして図１に記載した制御部１０から回転駆動部７３の制御信号を出力してノズル部５を回転軸７２を中心として回転させ、シリコン基板Ｗの表面に対するノズル部５からのガスクラスターＣの照射方向を任意に設定できるようになっている。
【００３６】
このような例によれば、シリコン基板Ｗの表面にガスクラスターＣが斜めから入射するため、図８に示すように孔部８１が斜め下方に掘られて形成される。従って先の実施形態の場合よりも孔部８１の広がりがより３次元的である、言い換えれば横方向位置でみたときに空隙の存在箇所が多いということができ、シリコン基板Ｗの体積変化により一層耐えられるという利点がある。
またこのような作用を得るためには、図９に示すように載置台３２側を傾斜可能に構成してもよい。この例ではＹ移動体３４に取り付け部材９１を上に突出するように設けると共にこの取り付け部材９１にモータを含む回転駆動部９２を取り付け、更に回転駆動部９２により水平軸の周りに回転する回転軸９３の先端部に支持部９４を設け、この支持部９４により載置台３２を支持する構成となっている。この場合、図１に記載した制御部１０から回転駆動部９２の制御信号を出力して支持部９４を回転軸９３を中心として回転させ、ノズル部５の軸線（ノズル部５の中心線の延長線）に対するシリコン基板Ｗの表面の向きを任意に設定できるようになっている。
【００３７】
更に図１の例では、微細加工された（表面部が多孔質化された）シリコン基板Ｗを成膜モジュール４の真空室４１内に搬送するにあたって、真空搬送領域が真空搬送室２により構成されていたが、本発明はこのような構成に限られず、例えば図１０のように構成することができる。図１０の例では、微細加工モジュール３の第１の真空室３１と成膜モジュール４の第２の真空室４１とを仕切り弁であるゲートバルブＧ３を介して直接接続すると共に、第１の真空室３１内に例えば３本のアームを連結した関節アームタイプの搬送機構１０１を設けている。１０２は関節アームの進退機構と昇降機構とが組み合わされている駆動部である。この場合、搬送機構１０１は、ガスクラスターＣにより微細加工されたシリコン基板Ｗを載置台３２から受け取って、ゲートバルブＧ３が開かれて開口した第２の真空室４１の搬送口４１ａから載置台４２に受け渡す。その後真空室４１内で既述のようにしてシリコン基板Ｗに対してリチウムのスパッタ成膜処理が行われる。
【００３８】
なお、図１０に記載した搬送機構１０１を第２の真空室４１側に設けてもよい。この場合には図１０において、搬送機構１０１の直ぐ左側の位置に、ガスクラスターＣによる微細加工処理雰囲気と、リチウムのスパッタ処理雰囲気とを区画する垂直な仕切り壁が設けられ、この仕切り壁に搬送口が形成されると共にゲートバルブが設けられることになる。
【００３９】
多孔質化されたシリコン基板Ｗに対してはリチウムに限らず例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）や金（Ａｕ）を成膜し、触媒として利用することもできる。更に本発明は、バイオテクノロジー分野における基材の製造に利用することもでき、多孔質化されたシリコン基板Ｗに対して機能性材料例えばシランカップリング材を吸着させ、特定タンパク質の固定化に利用してもよい。
【実施例】
【００４０】
図２に示した装置を用い、処理ガスとしてＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを用い、ノズル部内の圧力を０．８ＭＰａ、真空室の雰囲気を１０Ｐａとし、ノズル部５の吐出口からシリコン基板Ｗまでの距離を６．５ｍｍに設定して、当該シリコン基板Ｗの表面部にガスクラスターＣを照射した。図１１はＳＥＭによりシリコン基板Ｗの表面を観察した観察結果であり、最小で２０ｎｍから５０ｎｍ程度の口径の孔部８１が形成されていることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
Ｃ ガスクラスター
Ｗ シリコン基板
１ 大気搬送室
１５ ロードロック室
２ 真空搬送室
２２ 真空搬送室内の搬送機構
３ 微細加工モジュール
３１ 第１の真空室
３２ 微細加工モジュールの載置台
４ 成膜モジュール
４１ 第２の真空室
４２ 成膜モジュールの載置台
５ ノズル部
５１ ノズル部の内部（圧力室）
５２ ＣｌＦ３供給系
５３ Ａｒ供給系
６２ コイル
６４ ターゲット
８１ 微細孔
８２ 薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基材の表面部を真空雰囲気下で多孔質化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基材にナノレベルの微細加工を行う技術が熱音波素子、太陽電池、バイオ基材など様々な分野で注目されており、その一つとしてリチウムイオン二次電池の負電極材料への適用が検討されている。リチウムイオン二次電池の負電極材料としては、従来からカーボンが用いられてきた。しかし最近では、リチウムイオン二次電池の更なる高容量化が求められており、カーボンに代わる負電極材料として、容量密度がカーボンよりも一桁高くより高容量化を図ることができるシリコンが注目されている。
【０００３】
しかし、シリコンはリチウムイオンと合金を形成する際に膨張する性質があるため、シリコンを負電極材料として用いる場合には、膨張による電池の破壊や充放電の繰り返しによる体積変化のために起こる負電極の劣化などの耐久性の問題を克服する必要がある。
また、シリコン表面にリチウムを成膜することでより高容量化を図ることができる可能性がある。しかしそのためには、充放電時におけるシリコン負電極の体積変化に追随可能なように、高品質のリチウム薄膜を成膜する必要がある。
この耐久性の問題の解決手段として、負電極材料であるシリコン基材に多孔質加工を施し、微細な空隙を設けることにより、充電時の体積の増加分をこの空隙に吸収させ負電極における内部応力の緩和を図ることが検討されている。
【０００４】
一般に基材に対して多孔質加工を行う方法としては、陽極酸化法が知られている。しかし陽極酸化法は、基材が電解液と接触する状況で行われるため、基材を大気雰囲気下に持ち出さなければならない。そのため、大気中の水分や酸素によりシリコン基材の表面が酸化され、また電解液や電極材料中の不純物、更には大気中の不純物の付着による汚染が懸念され、次工程における高品質なリチウム成膜に要求されるシリコン基材表面の清浄度が得られない可能性がある。
【０００５】
特許文献１には、レーザビームによるシリコン基板表面へのナノレベルの微細加工方法が記載されているが、既述の課題については何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３１３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的はシリコン基材の表面部を微細加工により多孔質化することができ、しかも表面部を高い清浄度に維持できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の真空処理装置は、シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、
前記第１の真空室に仕切りバルブを介して接続され、シリコン基材を保持するための第２の保持部が内部に配置された第２の真空室と、
多孔質化されたシリコン基材に対してこの第２の真空室内にて、真空雰囲気下で成膜処理を行うための成膜処理部と、
前記第１の真空室内にて多孔質化されたシリコン基材を前記第１の真空室から真空雰囲気を破らずに第２の真空室に搬送するための搬送機構を備えた真空搬送領域と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の真空処理方法は、真空室内の保持部にシリコン基材を保持させる工程と、
この真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスをノズル部から当該真空室内に吐出させることにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、このガスクラスターをイオン化させずに前記シリコン基材に照射して多孔質化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明における微細加工装置は、シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、真空雰囲気下でガスクラスターによる微細加工によりシリコン基材の表面部を多孔質化しているため、シリコンの酸化や不純物の残渣の付着といったおそれがなく、表面部を高い清浄度に維持できる。また次いで真空雰囲気のまま連続して当該表面部に成膜処理することにより、成膜された加工品の劣化を抑制し、所望の材料特性を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る真空処理装置の全体を示す平面図である。
【図２】上述実施形態に用いられる微細加工装置の概要を示す縦断側面図である。
【図３】クラスターノズルの概要を示す縦断面図である。
【図４】成膜装置の概要を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の実施形態における、負電極材料の製造工程の概要を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における、ガスクラスターをシリコン基材へ照射する方法の一例を示す説明図である。
【図７】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置を示す縦断側面図である。
【図８】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置を用いて加工したシリコン基板を示す縦断面図である。
【図９】上述実施形態の変形例に係わる、微細加工装置の一部を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明における他の実施形態の真空処理装置の概要を示す縦断側面図である。
【図１１】本発明における、多孔質加工後のシリコン基板表面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態である真空処理装置７は、図１に示すように、平面形状が長方形である大気搬送室１を備えている。大気搬送室１における一方の長辺側には、シリコン基材である例えば円形のウエハに成形されたシリコン基板Ｗを搬入出するための搬入出ポート１１が設けられている。搬入出ポート１１は、複数のシリコン基板Ｗを収納した、例えばＦＯＵＰからなる搬送容器１２が載置される複数の搬入出ステージ１３と、各搬入出ステージ１３に設けられたドア１４と、を備えている。
【００１４】
また大気搬送室１における搬入出ステージ１３とは反対側には、左右に配置された２つのロードロック室１５（予備真空室）を介して例えば平面形状６角形の真空搬送領域を構成する真空搬送室２が接続されており、短辺側にて更にシリコン基板Ｗの位置合わせを行うためのオリエンタを備えたアライメントモジュール１６が接続されている。大気搬送室１内にはシリコン基板Ｗを搬入出ステージ１３、ロードロック室１５及びアライメントモジュール１６の間で受け渡すための搬送機構１２が備えられている。
【００１５】
真空搬送室２は、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれており、微細加工モジュール３の処理雰囲気を構成する第１の真空室３１及び、成膜モジュール４の処理雰囲気を構成する第２の真空室４１が接続されている。また、この真空搬送室２には、ロードロック室１５、アライメントモジュール１６、微細加工モジュール３及び成膜モジュール４の間でシリコン基板Ｗを受け渡すための、回転伸縮自在な搬送アームからなる搬送機構２２を備えている。なお、図１中のＧ１〜Ｇ３は、仕切りバルブをなすゲートバルブである。
【００１６】
また、この真空処理装置７は、制御部１０を備え、この制御部１０の記憶部に記憶されたプログラム及び処理レシピを含むソフトウエアにより、シリコン基板Ｗの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４の開閉そして各真空室３１、４１における処理及び真空度の調整を行っている。
【００１７】
微細加工モジュール３の第１の真空室３１は、図２に示すように、扁平な円筒部３９ａの上面中央部を上方側に突出させて、前記円筒部分よりも口径の小さい円筒状の小筒部３９ｂが形成されている。また第１の真空室３１は、シリコン基板Ｗを水平方向に載置保持するための第１の保持部である載置台３２を備えている。この載置台３２は、図示しない昇降機構により昇降することにより、図示しない支持ピンを介して、搬送機構２２により搬入口３８を通って搬送されてきたシリコン基板Ｗの受け渡しを行うことができる。
【００１８】
この載置台３２は、図示しない温度調整部を内蔵しており、保持したシリコン基板Ｗの温度調整が可能となっている。また、第１の真空室３１の底部には、Ｘ方向に水平に伸びるＸガイド３７が設けられると共に、このＸガイド３７にガイドされながら移動するＸ移動体３６が設けられている。Ｘ移動体３６の上部には、Ｙ方向（紙面の表裏方向）に水平に伸びるＹガイド３５が設けられ、Ｙ移動体３４がこのＹガイド３５にガイドされながら移動するように構成されている。載置台３２は、Ｙ移動体３４の上に支持部材３３を介して設けられ、従ってＸ、Ｙ方向に移動できることになる。なお、Ｘガイド３７及びＹガイド３５についてのみ説明しているが、実際にはＸ、Ｙ方向に夫々高精度に位置制御されながら移動できるボールネジ機構が設けられており、図では記載を省略している。
【００１９】
また、微細加工モジュール３には、図２及び図３に示すように、載置されたシリコン基板Ｗに対向するように、微細加工モジュール３の天井にノズル部５が設けられている。このノズル部５は、円筒状の圧力室５１を備えており、このノズル部５の基端側に、各々配管からなる第１のガス流路５４ａ及び第２のガス流路５４ｂが接続されている。第１のガス流路５４ａの基端側には、ＣｌＦ３ガス供給源が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ａ及びバルブ５７ａが介設されている。また、第２のガス流路５４ｂの基端側には、Ａｒガス供給源が接続され、例えばマスフローメータからなる流量調整部５９ｂ及びバルブ５７ｂが介設されている。更に、図示していないが、圧力室５１内の圧力を検出する圧力計が設けられ、流量調節部５９ａ、５９ｂ及び圧力計によって、圧力室５１内の圧力と、ＣｌＦ３ガス及びＡｒガスの流量比と、を調整できるようになっている。
【００２０】
またノズル部５の先端側はラッパ状に広がっており、この拡開部の根元部位（吐出口）からシリコン基板Ｗまでの距離は例えば６．５ｍｍに設定されており、ノズル部５の吐出口は例えば口径Ｌが０．１ｍｍのオリフィス形状となっている。後述のように、このノズル部５から吐出されたガスは、急激な減圧に晒されることで断熱膨張し、処理ガスの原子や分子がファンデルワールス力により結合して集合体（ガスクラスター）Ｃとなりシリコン基板Ｗに照射される。第１の真空室３１の底部には、排気管５８が接続され、この排気管５８には圧力調整部５５を介して真空ポンプ５６が設けられ、第１の真空室３１内の圧力調整が可能となっている。なお、ノズル部５の吐出口付近の圧力制御を容易にするため、円管状の小筒部３９ｂの側面に真空ポンプを配置してもよい。このノズル部５は、ここから照射されるガスクラスターＣが、載置台３２上のシリコン基板Ｗに垂直に当たるようにその軸方向がシリコン基板Ｗと直交するように調整されている。
【００２１】
成膜モジュール４は、図４に示すように、例えば筒体の処理容器からなる第２の真空室４１を備えている。この第２の真空室４１は、接地されており、また底部に設けられた排気口４６ａから圧力調整部４６ｂを介して真空ポンプ４６ｃが設けられている。
【００２２】
この第２の真空室４１内には、円盤状の載置台４２が設けられている。この載置台４２は、その上面において静電力によりシリコン基板Ｗを吸着保持すると共に、イオン引き込み用の所定のバイアス電力を印加できるようになっている。またこの載置台４２の内部には、温度調整手段が設けられており、載置台４２に保持されたシリコン基板Ｗの温度調整が可能である。載置台４２は、その下面中心部より下方に延びる支持部材４３により支持されており、この支持部材４３は昇降機構４４により昇降自在となっている。４３ａは、ベローズである。
【００２３】
第２の真空室４１底部には、上方に向けて例えば３本の支持ピン４５が起立し設けられ、支持ピン４５に対応させて載置台４２にピン挿通孔４５ａが形成されている。これにより、載置台４２を降下させると支持ピン４５がピン挿通孔４５ａを貫通して載置台４２よりも上方に突き出る。このため、載置台４２に保持されていたシリコン基板Ｗは、支持ピン４５の上端部で受け取られ、持ち上げられる。従って、第２の真空室４１の下部側壁にある搬送口４８から進入する搬送機構２２との間で受け渡しができることになる。Ｇ３は、仕切り弁であるゲートバルブである。
【００２４】
第２の真空室４１の天井部には、誘電体よりなる窓部６１が設けられている。６２は高周波発生源であるコイル、６３は高周波を拡散させるバッフルプレートである。このバッフルプレート６３の下部には、処理空間６７の上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状になされた例えばリチウムよりなるターゲット６４が設けられており、このターゲット６４にはＡｒイオンを引きつけるための電圧を供給できるようになっている。また、ターゲット６４の外周側には、これに磁界を付与するための磁石６５が設けられている。６６は保護カバーである。
【００２５】
第２の真空室４１底部に設けられたガス導入口４７ａからは、プラズマ励起用ガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ガスが、ガス供給部４７ｂより供給される。なお、ターゲット６４、高周波発生源であるコイル６２及びガス供給部４７ｂは、成膜処理部に相当する。
【００２６】
続いて、上述実施形態の作用について説明する。先ずシリコン基板Ｗが収納された例えばＦＯＵＰからなる搬送容器１２が搬入出ステージ１３に載置され、搬送容器１２の蓋体と一緒にドア１４が開かれる。次いで搬送容器１１内のシリコン基板Ｗが大気搬送室１内の搬送機構１２によりアライメントモジュール１６に搬送され、ここでシリコン基板Ｗの向きが予め設定した向きに調整される。その後、シリコン基板Ｗは、搬送機構１２、ロードロック室１５、真空搬送室２内の搬送機構２２を介して微細加工モジュール３の第１の真空室３１内の載置台３２に搬入される。
【００２７】
続いて、第１の真空室３１内を圧力調整部５５により例えば１Ｐａ〜１００Ｐａの真空雰囲気に維持し、ガス流路５４から夫々ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを例えば圧力調整部５７ａ、５７ｂにより０．３ＭＰａ〜２．０ＭＰａの圧力でノズル部５に供給する。ＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスの流量比については、流量調整部５９ａ、５９ｂにより、例えばＣｌＦ３／Ａｒの流量比が０．５％〜２０％に設定される。上述のような高圧状態でノズル部５内に供給されたＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスは、当該ノズル部５内から第１の真空室３１の真空雰囲気内に一気に放出されるため断熱膨張してガスの温度が凝縮温度以下になり、この例ではＡｒ原子及びＣｌＦ３分子がファンデルワールス力により結合して、原子及び分子の集合体であるガスクラスターＣを形成する。
【００２８】
このガスクラスターＣは、ノズル部５から当該ノズル部５の軸方向に直進して放出され、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにシリコン基板Ｗに向かって垂直に衝突する。このようにガスクラスターＣがノズル部５の軸方向に直進して放出されることは、後述の実験において確認している。このためシリコン基板Ｗの表面部は、図５（ｃ）に示すようにガスクラスターＣにより抉られて孔８１が開けられ、多孔質化される。このときシリコン基板Ｗの表面部からはシリコン微粒子が飛散するが、シリコン基板Ｗに衝突して分解したガスの原子や分子と共に排気管５８から排気される。なお図５はガスクラスターＣによりシリコン基板Ｗが多孔質化される様子を示すイメージ図である。
【００２９】
このような様子は、巨視的にはノズル部５から例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍのビームがシリコン基板Ｗに照射されている状態であり、載置台３２を移動させることによりビームスポット３０１をシリコン基板Ｗに対して相対的にスキャンする。このスキャンの方法は例えば図６に示すようにビームスポット３０１をシリコン基板Ｗの一端側からＸ方向にスキャンライン３００に沿ってスキャンし、次いでＹ方向に所定の距離だけ移動させてシリコン基板Ｗの端部から端部まで移動させ、こうしていわば一筆書きの要領でシリコン基板Ｗの全面をスキャンする方法を挙げることができる。この場合ビームスポット３０１の相対的移動のタイミングとしては、例えばビームを照射しながら、ビームスポット３０１の半径寸法だけ間欠的に順次移動させ、各位置で所定時間停止させるといった手法を挙げることができる。
【００３０】
以上の微細加工において、シリコン基板Ｗの温度は例えば常温で行うことができ、特に温度については限定されるものではないが、プロセス制御性の理由から例えば０℃から１００℃であることが好ましい。また処理ガスとしては、上記のガスに限られるものではなく、ＨＦガス、Ｆ２ ガス、ＮＨ４ＯＨガスなどを用いることができる。
【００３１】
こうしてシリコン基板Ｗの全面が微細加工されて多孔質化された後、ゲートバルブＧ３が開かれ、当該真空搬送室２の搬送機構２２により第１の真空室３１から搬出され、成膜モジュール４の第２の真空室４１の載置台４２に搬入される。
【００３２】
予め真空引きされている第２の真空室４１内に搬入されたシリコン基板Ｗは、支持ピン４５に受け渡された後、昇降機構４４により上昇してきた載置台４２に吸着保持される。搬送口４８がゲートバルブＧ３によって密閉された後、第２の真空室４１内にガス供給部４７ｂよりＡｒガスを供給し、圧力調整部４６ｂを制御して第２の真空室４１内を所定の真空度に維持する。
【００３３】
その後、リチウムからなるターゲット６４に直流電力を印加し、更にプラズマ発生源６２に高周波電力（プラズマ電力）を印加する。これと同時に載置台４２では、図示しないヒータによりシリコン基板Ｗを所定の温度に調整すると共に、載置台４２には所定のバイアス電力を印加する。
こうすることにより、プラズマ発生源６２に印加されたプラズマ電力により、アルゴンガスがプラズマ化されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンはターゲット６４に印加された電圧に引き寄せられてターゲット６４に衝突し、このターゲット６４がスパッタされてリチウム（Ｌｉ）粒子が放出される。
そして、ターゲット６４からスパッタされたリチウム粒子は、イオン化されたリチウムイオンと電気的に中性なリチウム原子とが混在する状態となって下方向へ飛散していく。特に、第２の真空室４１内の圧力は、例えば０．６７ｍＰａ（５ｍＴｏｒｒ）程度に維持されており、これによりプラズマ密度を高めて、リチウム粒子を高効率でイオン化できるようになっている。
そして、リチウムイオンは、載置台４２に印加されたバイアス電力により発生したシリコン基板Ｗ上の厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもってシリコン基板Ｗ側に加速するように引き付けられてシリコン基板Ｗに堆積する。このように高指向性をもったリチウムイオンにより堆積された薄膜８２は、良好なカバレッジ性を得ることが可能となる。図５（ｄ）は、シリコン基板Ｗの表面にリチウムの薄膜８２が成膜された状態を示している。
【００３４】
上述実施の形態によれば、真空雰囲気下でガスクラスターＣを形成し、このガスクラスターＣをイオン化させずにシリコン基板Ｗに照射している。このためシリコン基板Ｗの表面部にガスクラスターＣの大きさに応じた孔部８１が形成され、微細加工、即ち多孔質化される。ガスクラスターＣの大きさは、ノズル部５の内部５１と真空雰囲気との圧力差、導入ガス例えばＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスの流量比、そしてノズル部５の吐出口からシリコン基板Ｗまでの距離を変えることにより調整できるので、シリコン基板Ｗの表面部の孔部８１の大きさを容易にコントロールすることができる。また陽極酸化法のように電解液中の不純物や電極材料中の不純物がシリコン基板Ｗの表面を汚染することがなく、多孔質化されたシリコン基板Ｗの表面が清浄である。そしてシリコン基板Ｗが微細加工（多孔質化）された後、真空雰囲気を破らずにリチウムの成膜を行っているので、シリコン基板Ｗの表面が大気により酸化されることなく、多孔質状態の表面にリチウムの薄膜８２が形成され、従って高品質なＬｉ−Ｓｉ負極材料が得られる。
【００３５】
次に上述実施形態の変形例について記載する。
シリコン基板Ｗに対するガスクラスターＣの照射方向は上述の例のように垂直とする代わりに傾斜させてもよい。この手法を実現する構造としては、図７に示すようにノズル部５に固定された取り付け部材７１に水平な回転軸７２の一端を接続すると共に当該回転軸７２の他端側を真空室３１の外部に延伸させてモータを含む回転駆動部７３に接続する構成を挙げることができる。図７中、７４は磁気シールを組み合わせた軸受け部、７５は真空室３の小筒部の側壁に固定された保持部材である。そして図１に記載した制御部１０から回転駆動部７３の制御信号を出力してノズル部５を回転軸７２を中心として回転させ、シリコン基板Ｗの表面に対するノズル部５からのガスクラスターＣの照射方向を任意に設定できるようになっている。
【００３６】
このような例によれば、シリコン基板Ｗの表面にガスクラスターＣが斜めから入射するため、図８に示すように孔部８１が斜め下方に掘られて形成される。従って先の実施形態の場合よりも孔部８１の広がりがより３次元的である、言い換えれば横方向位置でみたときに空隙の存在箇所が多いということができ、シリコン基板Ｗの体積変化により一層耐えられるという利点がある。
またこのような作用を得るためには、図９に示すように載置台３２側を傾斜可能に構成してもよい。この例ではＹ移動体３４に取り付け部材９１を上に突出するように設けると共にこの取り付け部材９１にモータを含む回転駆動部９２を取り付け、更に回転駆動部９２により水平軸の周りに回転する回転軸９３の先端部に支持部９４を設け、この支持部９４により載置台３２を支持する構成となっている。この場合、図１に記載した制御部１０から回転駆動部９２の制御信号を出力して支持部９４を回転軸９３を中心として回転させ、ノズル部５の軸線（ノズル部５の中心線の延長線）に対するシリコン基板Ｗの表面の向きを任意に設定できるようになっている。
【００３７】
更に図１の例では、微細加工された（表面部が多孔質化された）シリコン基板Ｗを成膜モジュール４の真空室４１内に搬送するにあたって、真空搬送領域が真空搬送室２により構成されていたが、本発明はこのような構成に限られず、例えば図１０のように構成することができる。図１０の例では、微細加工モジュール３の第１の真空室３１と成膜モジュール４の第２の真空室４１とを仕切り弁であるゲートバルブＧ３を介して直接接続すると共に、第１の真空室３１内に例えば３本のアームを連結した関節アームタイプの搬送機構１０１を設けている。１０２は関節アームの進退機構と昇降機構とが組み合わされている駆動部である。この場合、搬送機構１０１は、ガスクラスターＣにより微細加工されたシリコン基板Ｗを載置台３２から受け取って、ゲートバルブＧ３が開かれて開口した第２の真空室４１の搬送口４１ａから載置台４２に受け渡す。その後真空室４１内で既述のようにしてシリコン基板Ｗに対してリチウムのスパッタ成膜処理が行われる。
【００３８】
なお、図１０に記載した搬送機構１０１を第２の真空室４１側に設けてもよい。この場合には図１０において、搬送機構１０１の直ぐ左側の位置に、ガスクラスターＣによる微細加工処理雰囲気と、リチウムのスパッタ処理雰囲気とを区画する垂直な仕切り壁が設けられ、この仕切り壁に搬送口が形成されると共にゲートバルブが設けられることになる。
【００３９】
多孔質化されたシリコン基板Ｗに対してはリチウムに限らず例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）や金（Ａｕ）を成膜し、触媒として利用することもできる。更に本発明は、バイオテクノロジー分野における基材の製造に利用することもでき、多孔質化されたシリコン基板Ｗに対して機能性材料例えばシランカップリング材を吸着させ、特定タンパク質の固定化に利用してもよい。
【実施例】
【００４０】
図２に示した装置を用い、処理ガスとしてＣｌＦ３ ガス及びＡｒガスを用い、ノズル部内の圧力を０．８ＭＰａ、真空室の雰囲気を１０Ｐａとし、ノズル部５の吐出口からシリコン基板Ｗまでの距離を６．５ｍｍに設定して、当該シリコン基板Ｗの表面部にガスクラスターＣを照射した。図１１はＳＥＭによりシリコン基板Ｗの表面を観察した観察結果であり、最小で２０ｎｍから５０ｎｍ程度の口径の孔部８１が形成されていることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
Ｃ ガスクラスター
Ｗ シリコン基板
１ 大気搬送室
１５ ロードロック室
２ 真空搬送室
２２ 真空搬送室内の搬送機構
３ 微細加工モジュール
３１ 第１の真空室
３２ 微細加工モジュールの載置台
４ 成膜モジュール
４１ 第２の真空室
４２ 成膜モジュールの載置台
５ ノズル部
５１ ノズル部の内部（圧力室）
５２ ＣｌＦ３供給系
５３ Ａｒ供給系
６２ コイル
６４ ターゲット
８１ 微細孔
８２ 薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、
前記第１の真空室に仕切りバルブを介して接続され、シリコン基材を保持するための第２の保持部が内部に配置された第２の真空室と、
多孔質化されたシリコン基材に対してこの第２の真空室内にて、真空雰囲気下で成膜処理を行うための成膜処理部と、
前記第１の真空室内にて多孔質化されたシリコン基材を前記第１の真空室から真空雰囲気を破らずに第２の真空室に搬送するための搬送機構を備えた真空搬送領域と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記真空搬送領域は、前記第１の真空室及び第２の真空室に夫々仕切りバルブを介して接続された真空搬送室であり、
前記搬送機構は、前記第１の真空室から前記真空搬送室を介して第２の真空室に搬送するように動作することを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記成膜処理部は、シリコン基材に対してスパッタリングにより金属を付着させるための処理を行うものであることを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
真空室内の保持部にシリコン基材を保持させる工程と、
この真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスをノズル部から当該真空室内に吐出させることにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、このガスクラスターをイオン化させずに前記シリコン基材に照射して多孔質化する工程と、を含むことを特徴とする真空処理方法。
【請求項５】
前記シリコン基材を多孔質化する工程を行った後、シリコン基材が位置する雰囲気について真空を破らずに、当該シリコン基材に対して成膜処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の真空処理方法。
【請求項６】
シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする微細加工装置。
【請求項１】
シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、
前記第１の真空室に仕切りバルブを介して接続され、シリコン基材を保持するための第２の保持部が内部に配置された第２の真空室と、
多孔質化されたシリコン基材に対してこの第２の真空室内にて、真空雰囲気下で成膜処理を行うための成膜処理部と、
前記第１の真空室内にて多孔質化されたシリコン基材を前記第１の真空室から真空雰囲気を破らずに第２の真空室に搬送するための搬送機構を備えた真空搬送領域と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記真空搬送領域は、前記第１の真空室及び第２の真空室に夫々仕切りバルブを介して接続された真空搬送室であり、
前記搬送機構は、前記第１の真空室から前記真空搬送室を介して第２の真空室に搬送するように動作することを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記成膜処理部は、シリコン基材に対してスパッタリングにより金属を付着させるための処理を行うものであることを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
真空室内の保持部にシリコン基材を保持させる工程と、
この真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスをノズル部から当該真空室内に吐出させることにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、このガスクラスターをイオン化させずに前記シリコン基材に照射して多孔質化する工程と、を含むことを特徴とする真空処理方法。
【請求項５】
前記シリコン基材を多孔質化する工程を行った後、シリコン基材が位置する雰囲気について真空を破らずに、当該シリコン基材に対して成膜処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の真空処理方法。
【請求項６】
シリコン基材を保持するための第１の保持部が内部に配置された第１の真空室と、
この第１の真空室内の圧力よりも高い圧力の処理ガスを当該第１の真空室内に吐出することにより断熱膨張させて処理ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを形成し、前記第１の保持部に保持されたシリコン基材を多孔質化するために前記ガスクラスターを当該シリコン基材に照射するためのノズル部と、を備え、
前記ガスクラスターは、イオン化されていないことを特徴とする微細加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−６１５８５（Ｐ２０１２−６１５８５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９８３２（Ｐ２０１０−２０９８３２）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（０００１５８３１２）岩谷産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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