JP2013243307A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記憶素子のアスペクト比が大きくなっても、記憶素子の側面に再付着物が付着することを抑制することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板を搭載可能なステージと、半導体基板の表面に対して垂直方向から任意の角度で傾斜する第１の方向からエッチングビームを照射する第１の照射部と、垂直方向から任意の角度で傾斜する第２の方向からエッチングビームを照射する第２の照射部とを備えている。第１および第２の照射部は、半導体基板または該半導体基板上の材料を加工するときにエッチングビームを同時に照射する。
【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

抵抗変化型メモリの一つに磁気ランダムアクセスメモリ(ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）)がある。ＭＲＡＭは、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistive））効果を利用するＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子を記憶素子として備えている。

スピン注入書込み方式のＭＴＪ素子は、２枚の強磁性層（記録層および固定層）と強磁性層間に設けられた非磁性バリア層（絶縁薄膜）とからなる積層構造を有し、スピン偏極トンネル効果による磁気抵抗の変化によりデジタルデータを記憶する。データ書込みは、ＭＴＪ素子の積層方向に通電することにより実行される。

このようなＭＴＪ素子を形成する際に、通常、ＭＴＪ素子の２枚の強磁性層および非磁性バリア層は一括でエッチングされる。ＭＴＪ素子の加工手法としてＩＢＥ（Ion Beam Etching）法が用いられる。ＩＢＥ法は、物理的なエッチング手法であるため、被エッチング材料が反跳してＭＴＪ素子の側壁に再付着（リデポジション）することがある。導電性の材料がＭＴＪ素子の側面に再付着すると、記録層と固定層との間にショートパスが形成されてしまう。

このようなショートパスの形成を抑制するために、ＩＢＥ法のエッチングビームを、半導体基板の表面に対して垂直方向から傾斜させることが考えられる。これにより、ＭＴＪ素子の側面に対するサイドエッチングの成分を増大させ、再付着物がＭＴＪ素子の側面から除去される。

しかし、平面レイアウトにおいてＭＴＪ素子の密度が上昇すると、隣接するＭＴＪ素子間の間隔が狭くなる（アスペクト比が大きくなる）。このため、エッチングビームを傾斜させると、隣接する２つのＭＴＪ素子のうち一方のＭＴＪ素子が他方のＭＴＪ素子の陰になり、エッチングビームをＭＴＪ素子の側面に照射できない場合が生じる。この場合、再付着物がＭＴＪ素子の側面に残り、ショートパスの原因となり得る。

特開２０１０−１９４５４６号公報

記憶素子のアスペクト比が大きくなっても、記憶素子の側面に再付着物が付着することを抑制することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

本実施形態による半導体製造装置は、半導体基板を搭載可能なステージと、半導体基板の表面に対して垂直方向から任意の角度で傾斜する第１の方向からエッチングビームを照射する第１の照射部と、垂直方向から任意の角度で傾斜する第２の方向からエッチングビームを照射する第２の照射部とを備えている。第１および第２の照射部は、半導体基板または該半導体基板上の材料を加工するときにエッチングビームを同時に照射する。

第１の実施形態に従ったエッチング装置の構成を示す概略図。 エッチング装置１００を上方から見た概略平面図。 第１および第２のイオンガン２０、３０の位置関係を示す概念図。 互いに隣接する２つのＭＴＪ素子の形成後の配置とイオンビームの臨界角度θｃｒｔとの関係を示す図。 ＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭのレイアウトおよびイオンビームＩＢ１、ＩＢ２の照射方向を示す平面図。 第１の実施形態によるエッチング装置１００を用いたＭＴＪ素子の形成フローを示す断面図。 比較例によるエッチング装置を用いたＭＴＪ素子の形成フローを示す断面図。 比較例によるエッチング装置を用いたＭＴＪ素子の形成フローを示す断面図。 第２の実施形態に従ったＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭのレイアウトおよびイオンビームＩＢ１、ＩＢ２の照射方向を示す平面図。 第３の実施形態に従ったエッチング装置１００を上方から見た概略平面図。 第１〜第３のイオンガン２０、３０および９５の位置関係を示す概念図。 イオンビームＩＢ１〜ＩＢ３の照射方向を示す平面図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従ったエッチング装置の構成を示す概略図である。半導体製造装置としてのエッチング装置１００は、例えば、ＩＢＥ（Ion Beam Etching）装置である。エッチング装置１００は、半導体基板１を搭載可能なステージ１０と、エッチングビームＩＢ１を半導体基板１へ照射する第１のイオンガン２０と、エッチングビームＩＢ２を半導体基板１へ照射する第２のイオンガン３０とを備えている。半導体基板１には、例えば、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）等が形成され得る。

ステージ１０は、チャンバ４０内に配置されている。ステージ１０は、半導体基板１を搭載した状態で、第１および第２のイオンガン２０、３０からのエッチングビームＩＢ１、ＩＢ２の照射方向に対して傾斜し、その傾斜を維持しながら半導体基板１を回転させることができる。

第１および第２のイオンガン２０、３０は、それぞれベルジャ５０、６０内に設けられたイオンソースからイオンプラズマを生成する。イオンは、電界を印加したグリッド７０、８０によって所定の加速度に加速され、指向性を有するイオンビームＩＢ１、ＩＢ２としてステージ１０上の半導体基板１へ向かって照射される。これにより、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２は、半導体基板１または半導体基板１上に堆積された材料を物理的なスパッタリングによってエッチングする。イオンビームには、例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス、あるいは、Ｏ、Ｎ等のガス、または、これらの物質からなる分子クラスタを用いる。

図２は、エッチング装置１００を上方から見た概略平面図である。第１および第２のイオンガン２０、３０は、矢印Ａ１〜Ａ４で示すようにチャンバ４０に沿って移動できるように設けられている。これにより、第１および第２のイオンガン２０、３０は、ステージ１０上の半導体基板１に対して様々な方向からイオンビームＩＢ１、ＩＢ２を照射することができる。

図３は、第１および第２のイオンガン２０、３０の位置関係を示す概念図である。第１のイオンガン２０は、半導体基板１の表面に対して垂直方向Ｄｖから第１の入射角度θ１で傾斜する第１の方向からエッチングビームＩＢ１を半導体基板１へ照射する。第１の入射角度θ１は、ステージ１０の傾斜角度および第１のイオンガン２０の位置によって任意に設定することができる。

第２のイオンガン３０は、半導体基板１の表面に対して垂直方向Ｄｖから第２の入射角度θ２で傾斜する第２の方向からエッチングビームＩＢ２を半導体基板１へ照射する。第２の入射角度は、ステージ１０の傾斜角度および第２のイオンガン３０の位置によって任意に設定することができる。

第１および第２の入射角度θ１、θ２は、半導体基板１の表面に対して垂直方向Ｄｖを基準として、該垂直方向Ｄｖからの開き角度を示す。従って、第１および第２の入射角度θ１、θ２は、０度〜９０度の範囲で任意に設定され得る。

また、第１のイオンガン２０からのエッチングビームＩＢ１の方向（第１の方向）を半導体基板１（またはステージ１０）に投影し、第２のイオンガン３０からのエッチングビームＩＢ２の方向（第２の方向）を半導体基板１（またはステージ１０）に投影したときに、第１の方向の投影と第２の方向の投影とが成す相対角度をαとする。

第１および第２の入射角度θ１、θ２、並びに、相対角度αは、任意に設定可能である。第１の入射角度θ１は、ステージ１０の傾斜角度および第１のイオンガン２０の向きによって設定される。第２の入射角度θ２は、ステージ１０の傾斜角度および第２のイオンガン３０の向きによって設定される。相対角度αは、第１のイオンガン２０および第２のイオンガン３０の相対位置によって設定される。

第１の方向と第２の方向とは完全には一致しない。従って、第１の入射角度θ１は第２の入射角度θ２と異なり（θ１≠θ２）、あるいは、相対角度αはゼロではない（α≠０）。

さらに、第１および第２のイオンガン２０、３０は、それぞれエッチングビームの加速電圧およびビーム量を個別に設定可能である。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、互いに隣接する２つのＭＴＪ素子の形成後の配置とイオンビームの臨界角度θｃｒｔとの関係を示す図である。

まず、臨界角度θｃｒｔについて説明する。一般に、ＩＢＥ法は物理的なエッチング手法であるため、ＭＴＪ素子を加工したときに、被エッチング材料が揮発せずに空中に飛散してハードマスクやＭＴＪ素子の側壁に再付着する。このような再付着物は、例えば、ＭＴＪ素子の強磁性体材料であり、導電性を有する。このため、再付着物は、ＭＴＪ素子の記録層と固定層との間のショートパスの原因となる。再付着物を除去するために、イオンビームの入射角度を大きくすることが考えられる。

イオンビームの入射角度を所定の臨界角度θｃｒｔより大きくすると、ＭＴＪ素子の側面に対するエッチング成分がＭＴＪ素子の材料の表面に対するエッチング成分よりも大きくなる。これにより、ＭＴＪ素子の材料の表面をエッチングしながら、ＭＴＪ素子の側面に付着した再付着物（リデポジション物質）を除去することができる。しかし、サイドエッチングにより、ＭＴＪ素子が細くなる。

一方、イオンビームの入射角度を所定の臨界角度θｃｒｔより小さくすると、ＭＴＪ素子の側面に対するエッチング成分がＭＴＪ素子の材料の表面に対するエッチング成分よりも小さくなる。従って、ＭＴＪ素子の側面に付着した再付着物は残ってしまう。

例えば、臨界角度θｃｒｔが約４５度であるとすると、イオンビームの入射角度が臨界角度（約４５度）よりも小さい場合には、再付着物はＭＴＪ素子の側面に残る。イオンビームの入射角度が臨界角度（約４５度）よりも大きい場合には、再付着物はＭＴＪ素子の側面から除去されるが、サイドエッチング成分が大きくなるため、ＭＴＪ素子のサイズが小さくなる。即ち、臨界角度θｃｒｔは、再付着物が付着する速度と再付着物が除去される速度とがほぼ等しいときのイオンビームの入射角度である。イオンビームが臨界角度θｃｒｔにほぼ等しい場合に、再付着物がＭＴＪ素子の側壁に付着することを抑制しながら、ＭＴＪ素子の側面のサイドエッチングも最小限に抑えることができる。

ところで、上述のように、ＭＴＪ素子の密度が上昇すると、隣接するＭＴＪ素子間の間隔が狭くなる。ＭＴＪ素子間の間隔が狭くなると、再付着物をＭＴＪ素子の側面から除去するためにエッチングビームを大きく傾斜させた場合に、隣接する２つのＭＴＪ素子のうち一方のＭＴＪ素子が他方のＭＴＪ素子の陰になる。この場合、エッチング不良が生じ、ＭＴＪ素子を所望のパターンに加工することができなくなる。また、隣接するＭＴＪ素子同士が影響し合わないように、エッチングビームの傾斜を臨界角度θｃｒｔよりも小さくすると、再付着物がＭＴＪ素子の側面に残ってしまう。このように、ＭＴＪ素子の平面レイアウトが高密度化すると、再付着物の付着を抑制しながら、ＭＴＪ素子を所望のパターンに加工することが困難になる。従って、再付着物をＭＴＪ素子の側面から除去すること、並びに、ＭＴＪ素子を高密度に加工することが次世代の半導体装置および半導体製造プロセスにおいて重要となる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、２つのＭＴＪ素子の隣接間隔とエッチングビームの臨界角度θｃｒｔとの関係についてさらに詳細に説明する。互いに隣接する２つのＭＴＪ素子（ＭＴＪ１、ＭＴＪ２）が下地材料８５上に設けられている。ＭＴＪ１、ＭＴＪ２上には、ハードマスクＨＭが設けられている。ＭＴＪ１およびその上のハードマスクＨＭが第１の構造体５１を構成し、ＭＴＪ２およびその上のハードマスクＨＭが第２の構造体５２を構成する。複数の構造体５１、５２は、ＩＢＥによって半導体基板１上にアレイ状に形成される。

基準角度θｒｅｆは、第１の構造体５１の下端部Ｂ１から第１の構造体５１に隣接する第２の構造体５２の上端部Ｔ２への接線の傾斜角度である。換言すると、基準角度θｒｅｆは、互いに隣接する構造体５１、５２のイオンビームを各構造体５１、５２の側面全体に照射することができる角度のうち最大の角度である。

イオンビームの入射角度が基準角度θｒｅｆ以下である場合に、そのイオンビームは、他の構造体によって遮られること無く、各構造体の側面全体に照射され得る。これにより、イオンビームは、隣接する構造体５２の影響を受けることなく、構造体５１の加工が完了するまで構造体５１と構造体５２との間の下地材料８５に照射され得る。

ここで、図４（Ａ）に示すように、互いに隣接するＭＴＪ素子間の間隔が充分に広い場合、基準角度θｒｅｆは臨界角度θｃｒｔ以上になる。基準角度θｒｅｆが臨界角度θｃｒｔ（例えば、４５度）以上である場合には、イオンビームの照射角度を臨界角度θｃｒｔ以上かつ基準角度θｒｅｆ以下に設定することができる。この場合、イオンビームは、隣接する構造体５２に遮られることなく、構造体５１の側面全体に照射され得る。さらに、そのイオンビームは、構造体５１を加工しつつ、構造体５１の側面上の再付着物を除去することができる。この場合、イオンガンはエッチング装置に対して１つで足りる。尚、再付着物は、例えば、ＭＴＪ素子自体の材料またはＭＴＪ素子の下地材料８５である。

一方、ＭＲＡＭチップの微細化に伴い、図４（Ｂ）に示すように、互いに隣接するＭＴＪ素子間の間隔が狭くなると、基準角度θｒｅｆが臨界角度θｃｒｔ（例えば、４５度）未満となる。この場合、イオンビームの照射角度を臨界角度θｃｒｔ以上にしようとすると、イオンビームは、隣接する構造体５２に遮られてしまう。従って、ＭＴＪ素子を良好に加工することができない。また、隣接する構造体５２に遮られないように、イオンビームの照射角度を基準角度θｒｅｆ以下にすると、イオンビームの照射角度は臨界角度θｃｒｔ未満となるので、イオンビームのサイドエッチング成分が小さくなる。このため、ＭＴＪ素子５１の側面に付着した再付着物は、完全には除去されず、部分的に残ってしまう。従って、もし、１つのイオンガン（例えば、第１のイオンガン２０）のみを用いてＭＴＪ素子の材料を加工しようとすると、ＭＴＪ素子を所望の形状に加工できないか、あるいは、ＭＴＪ素子の側面に再付着物が残ってしまう。

そこで、本実施形態によるエッチング装置１００は、複数のイオンガン２０、３０を備え、これらのイオンガン２０、３０によってＭＴＪ素子を加工する。

第１のイオンガン２０の第１の照射角度θ１は、基準角度θｒｅｆ（例えば、約４５度）以下に設定され、尚且つ、第２のイオンガン３０の第２の照射角度θ２は、臨界角度θｃｒｔ（例えば、約４５度）以上に設定される。第１の照射角度θ１を基準角度θｒｅｆ以下に設定することにより、第１のイオンガン２０からのイオンビームＩＢ１は、ＭＴＪ素子の材料９０を所望のパターンに加工することができる。第２の照射角度θ２を臨界角度θｃｒｔ以上に設定することによって、第２のイオンガン３０からのイオンビームＩＢ２は、ＭＴＪ素子の側面の再付着物を除去することができる。イオンビームＩＢ１、ＩＢ２を同時にＭＴＪ素子の材料９０に照射することによって、ＭＴＪ素子の側面の再付着物を除去しながら、同時に、ＭＴＪ素子を高密度のパターンに加工することができる。

図５は、ＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭのレイアウトおよびイオンビームＩＢ１、ＩＢ２の照射方向を示す平面図である。複数のＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭを含む構造体５１、５２が下地材料８５上にマトリクス状に二次元配置されている。

イオンビームＩＢ１とイオンビームＩＢ２とのなす相対角度αは、イオンビームＩＢ１によってＭＴＪ素子の側面に付着する再付着物を効果的に除去することができる角度に設定される。相対角度αは、０度より大きく、１８０度以下である。例えば、図５では、相対角度αは、約４５度に設定されている。

イオンビームＩＢ１の第１の照射角度θ１が基準角度θｒｅｆに近い場合、図５に示すように、構造体５１の正面に照射されるイオンビームＩＢ１は、下地材料８５には余り照射されない。しかし、構造体５１の正面に隣接する部分において、イオンビームＩＢ１は、下地材料８５に照射される。従って、図５の破線円で示すように、構造体５１の正面に隣接する側面部に多くの再付着物が付着する。相対角度αを約４５度にすることによって、イオンビームＩＢ２が構造体５１の正面に隣接する側面部に照射され、その側面部に付着する再付着物を除去することができる。

図６（Ａ）から図６（Ｄ）は、第１の実施形態によるエッチング装置１００を用いたＭＴＪ素子の形成フローを示す断面図である。

図６（Ａ）に示すように、半導体基板１の上方に下地材料８５およびＭＴＪ素子の材料９０が堆積され、ＭＴＪ素子の材料９０上にハードマスクＨＭが堆積される。次に、図６（Ｂ）に示すように、ハードマスクＨＭは、リソグラフィ技術およびＲＩＥ（Reactive Ion etching）またはＩＢＥを用いてＭＴＪ素子のレイアウトパターンに加工される。次に、図６（Ｃ）に示すように、エッチング装置１００は、ハードマスクＨＭをマスクとして用いて、ＩＢＥ法によりＭＴＪ素子の材料９０をエッチング加工する。エッチング加工後、図６（Ｄ）に示すように、ＭＴＪ素子の加工が完了する。

図６（Ｃ）に示すように、エッチング装置１００がＩＢＥ法によりＭＴＪ素子の材料９０をエッチング加工するときに、第１のイオンガン２０が第１の方向Ｄ１から半導体基板１へ向かってイオンビームＩＢ１を照射し、それと同時に、第２のイオンガン３０が第２の方向Ｄ２から半導体基板１へ向かってイオンビームＩＢ２を照射する。イオンビームＩＢ１の照射角度θ１は、上述の通り、基準角度θｒｅｆ以下に設定され、尚且つ、イオンビームＩＢ２の照射角度θ２は、臨界角度θｃｒｔ以上に設定されている。

このように、第１のイオンガン２０は、第１の方向Ｄ１からイオンビームＩＢ１を照射することによって、ＭＴＪ素子の材料９０を加工し、同時に、第２のイオンガン３０は、第２の方向Ｄ２からイオンビームＩＢ２を照射することによって、ＭＴＪ素子の側面に付着する堆積物をエッチングする。

これにより、本実施形態によるエッチング装置１００は、隣接するＭＴＪ素子間の間隔が狭い（あるいは、ＭＴＪ素子のアスペクト比が大きい）場合であっても、複数のイオンガンを同時に用いることによって、ＭＴＪ素子の側面の再付着物を除去しながら、ＭＴＪ素子を高密度のレイアウトパターンに加工することができる。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）および図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、比較例によるエッチング装置を用いたＭＴＪ素子の形成フローを示す断面図である。この比較例では、第１のイオンガン２０および第２のイオンガン３０が異なるタイミングでＭＴＪ素子の材料９０をエッチングしている。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）では、第１のイオンガン２０が第１の方向Ｄ１からのイオンビームＩＢ１によってＭＴＪ素子の材料９０を加工した後、第２のイオンガン３０が第２の方向Ｄ２からのイオンビームＩＢ２によってＭＴＪ素子の材料９０を加工している。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）では、第２のイオンガン３０が第２の方向Ｄ２からのイオンビームＩＢ２によってＭＴＪ素子の材料９０を加工した後、第１のイオンガン２０が第１の方向Ｄ１からのイオンビームＩＢ１によってＭＴＪ素子の材料９０を加工している。

図７（Ａ）に示すように、第１のイオンガン２０がイオンビームＩＢ１を第１の方向Ｄ１からＭＴＪ素子の材料９０を加工すると、ハードマスクＨＭまたはＭＴＪ素子の側面に再付着物ＲＤが付着しながら、ＭＴＪ素子の材料９０がエッチングされる。再付着物ＲＤがマスクとなり、その再付着物ＲＤの分だけハードマスクＨＭまたはＭＴＪ素子の材料９０のレイアウトパターンのサイズが大きくなる。従って、図７（Ｂ）に示すように、ＭＴＪ素子の材料９０は、下地材料８５に向かって大きく広がるように順テーパー状に形成される。次に、図７（Ｂ）に示すように、第２のイオンガン３０がイオンビームＩＢ２を第２の方向Ｄ２から再付着物ＲＤに照射される。このとき、再付着物ＲＤは除去されるが、図７（Ｃ）に示すように、ＭＴＪ素子は、順テーパー状のままとなる。この場合、ＭＴＪ素子の底部のサイズが大きくなってしまい、所望のレイアウトパターンに成形できない。また、ＭＴＪ素子の微細化の妨げともなる。

図８（Ａ）に示すように、第２のイオンガン３０がイオンビームＩＢ２を第２の方向Ｄ２からＭＴＪ素子の材料９０を加工すると、ＭＴＪ素子の側面に再付着物ＲＤは付着しない。しかし、イオンビームＩＢ２はサイドエッチング成分が大きいため、図８（Ｂ）に示すように、ハードマスクＨＭおよびＭＴＪ素子の材料９０の各側面が横方向に大きく削られる。その後、図８（Ｃ）に示すように、第１のイオンガン２０がイオンビームＩＢ１を第１の方向Ｄ１からＭＴＪ素子の材料９０または下地材料８５に照射される。このとき、再付着物ＲＤは、ハードマスクＨＭおよびＭＴＪ素子の材料９０の各側面に付着してしまう。この再付着物ＲＤは、除去されずに残ってしまうので、ＭＴＪ素子をショートさせる原因となり得る。

このように、第１および第２のイオンガン２０、３０が異なるタイミングでイオンビームＩＢ１、ＩＢ２を照射すると、ＭＴＪ素子を所望のパターンに形成することが困難になり、あるいは、再付着物ＲＤが残ってしまう。

これに対し、本実施形態によるエッチング装置１００は、図５および図６を参照して説明したように、第１のおよび第２のイオンガン２０、３０が同時にイオンビームＩＢ１、ＩＢ２を照射し、かつ、イオンビームＩＢ１の第１の照射角度θ１は、基準角度θｒｅｆ以下に設定され、第２のイオンガン３０の第２の照射角度θ２は、臨界角度θｃｒｔ以上に設定される。これにより、ハードマスクＨＭおよびＭＴＪ素子の各側面に付着する再付着物を除去しながら、同時にＭＪＴ素子の材料９０を加工するので、ＭＴＪ素子の側面に再付着物が付着することを抑制しながら、ＴＪ素子の側面の順テーパーが緩和される（ＭＴＪ素子の側面が急峻になる）。即ち、ＭＴＪ素子を所望のレイアウトパターンに形成することができ、尚且つ、ＭＴＪ素子の側面にショートパスが形成されることを抑制することができる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態において、イオンビームＩＢ１とイオンビームＩＢ２との成す相対角度αは、約４５度であったが、相対角度αは、効率的に再付着物を除去できるように任意に設定され得る。

図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、第２の実施形態に従ったＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭのレイアウトおよびイオンビームＩＢ１、ＩＢ２の照射方向を示す平面図である。第２の実施形態において、相対角度αは、約９０度に設定されている。尚、第１のイオンガン２０の第１の照射角度θ１は、第１の実施形態と同様に、基準角度θｒｅｆ以下に設定され、尚且つ、第２のイオンガン３０の第２の照射角度θ２は、第１の実施形態と同様に、臨界角度θｃｒｔ以上に設定されてよい。

図９（Ａ）に示すように、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２が構造体５２から構造体５１へ向かって照射されている場合、イオンビームＩＢ１は、構造体５１の正面部の下地材料８５には余り照射されない。しかし、イオンビームＩＢ１は、構造体５１の正面に隣接する部分（図９の破線円の部分）において、下地材料８５に照射される。従って、構造体５１の正面に隣接する側面部に再付着物が比較的多く付着する。

一方、イオンビームＩＢ２の一部は、図９の破線矢印で示しているように構造体５１に隣接する構造体５２に遮られているものの、構造体５１の正面に隣接する側面部には照射され、再付着物を除去することができる。

図９（Ｂ）に示すように、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２が構造体５２に遮られていない場合、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２ともに構造体５１へ充分に照射される。従って、イオンビームＩＢ１によって、構造体５１の側面に再付着物が付着するが、イオンビームＩＢ２によって、その再付着物は除去される。このように、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２の相対角度αが約９０度であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に従ったエッチング装置１００を上方から見た概略平面図である。第１および第２のイオンガン２０、３０は、図２を参照して上述した通りである。第３のイオンガン９５は、矢印Ａ５、Ａ６で示すようにチャンバ４０に沿って移動できるように設けられている。これにより、第３のイオンガン９５は、ステージ１０上の半導体基板１に対して様々な方向からイオンビームＩＢ３を照射することができる。第３のイオンガン９５の構成は、第１および第２のイオンガン２０、３０の構成と同様でよい。

図１１は、第１〜第３のイオンガン２０、３０および９５の位置関係を示す概念図である。第１のイオンガン２０と第２のイオンガン３０との位置関係は、図３を参照して上述した通りである。第３のイオンガン９５は、半導体基板１の表面に対して垂直方向Ｄｖから第３の入射角度θ３で傾斜する第３の方向からエッチングビームＩＢ３を半導体基板１へ照射する。第３の入射角度θ３は、ステージ１０の傾斜角度および第３のイオンガン９５の位置によって任意に設定することができる。

第３のイオンガン９５の第３の入射角度θ３は、第１のイオンガン２０の第１の入射角度θ１と異なる。また、第１のイオンガン２０からのエッチングビームＩＢ１の方向（第１の方向）を半導体基板１（またはステージ１０）に投影し、第３のイオンガン９５からのエッチングビームＩＢ３の方向（第３の方向）を半導体基板１（またはステージ１０）に投影したときに、第１の方向の投影と第３の方向の投影とが成す相対角度をβとする。

第３の入射角度θ３、並びに、相対角度βは、任意に設定可能である。第３の入射角度θ３は、ステージ１０の傾斜角度および第３のイオンガン９５の向きによって設定される。相対角度βは、第１のイオンガン２０および第３のイオンガン９５の相対位置によって設定される。

さらに、第１〜第３のイオンガン２０、３０および９５は、それぞれエッチングビームの加速電圧およびビーム量を個別に設定可能である。

第３の実施形態において、第１のイオンガン２０の第１の照射角度θ１は、基準角度θｒｅｆ（例えば、約４５度）以下に設定され、尚且つ、第２および第３のイオンガン３０、９５の照射角度θ２、θ３は、臨界角度θｃｒｔ（例えば、約４５度）以上に設定される。尚、第２および第３の照射角度θ２、θ３は、互いに等しくてもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。第１の照射角度θ１を基準角度θｒｅｆ以下に設定することにより、第１のイオンガン２０からのイオンビームＩＢ１は、ＭＴＪ素子の材料９０を所望のパターンに加工することができる。第２および第３の照射角度θ２、θ３を臨界角度θｃｒｔ以上に設定することによって、第２および第３のイオンガン３０、９５からのイオンビームＩＢ２、ＩＢ３は、ＭＴＪ素子の側面の再付着物を除去することができる。イオンビームＩＢ１〜ＩＢ３を同時にＭＴＪ素子の材料９０に照射することによって、ＭＴＪ素子の側面の再付着物を除去しながら、同時に、ＭＴＪ素子を高密度のパターンに加工することができる。

図１２は、イオンビームＩＢ１〜ＩＢ３の照射方向を示す平面図である。第３の実施形態では、１つのＭＴＪ素子およびハードマスクＨＭを含む構造体５１が下地材料８５上に配置されている。

相対角度α、βは、イオンビームＩＢ２、ＩＢ３によってＭＴＪ素子の側面の再付着物を効果的に除去することができる角度に設定される。相対角度α、βは、０度より大きく、１８０度以下である。例えば、図１２では、相対角度α、βは、約±１３５度に設定されている。

例えば、イオンビームＩＢ１の第１の照射角度θ１が基準角度θｒｅｆ（例えば、約４５度）に等しい場合、構造体５１の正面には再付着物は付着しない。しかし、構造体５１の正面に隣接する側面部（図１２の破線円で示す部分）において、再付着物が付着する。即ち、図４（Ａ）に示すように、隣接する複数の構造体の間隔が充分に広い場合、あるいは、１つの構造体５１のみを形成する場合であっても、イオンビームＩＢ１のみでは、再付着物が構造体５１の側面に付着してしまうおそれがある。そこで、第３の実施形態によるエッチング装置１００は、イオンビームＩＢ２、ＩＢ３を構造体５１の側面部に照射する。イオンビームＩＢ２、ＩＢ３は、イオンビームＩＢ１を挟んで互いに逆方向から照射される。即ち、相対角度αは、第１の方向を基準として＋１３５度に設定され、相対角度βは、第１の方向を基準として−１３５度に設定される。これにより、構造体５１の両側の側面部に付着する再付着物を除去することができる。

勿論、第３の実施形態によるエッチング装置１００は、図５または図９に示したようにマトリクス状に二次元配置された複数のＭＴＪ素子を形成する際にも利用できる。この場合、相対角度α、βは、複数のＭＴＪ素子の配置によって設定すればよい。例えば、相対角度α、βは、約±４５度、約±９０度、あるいは、約±１２０度に設定してもよい。

第３の実施形態によるエッチング装置１００では、第１のイオンガン２０からのイオンビームＩＢ１によって付着した再付着物を、第２および第３のイオンガン３０、９５からのイオンビームＩＢ２、ＩＢ３によって除去することができる。第２および第３のイオンビームＩＢ２、ＩＢ３は、構造体５１の両側の側面部に照射されるので、再付着物をさらに効率良く除去することができる。また、第３の実施形態によるエッチング装置１００を用いれば、構造体５１の両側の側面部に付着した再付着物を除去するために複雑な製造工程を必要としない。

（変形例）
上記第１〜第３の実施形態において、第１〜第３のイオンガン２０、３０、９５は、それぞれイオンビームＩＢ１〜ＩＢ３の加速電圧およびビーム量を固定にしてもよい。しかし、イオンビームＩＢ１〜ＩＢ３の加速電圧またはビーム量は、半導体基板１の回転に従って変更してもよい。

例えば、図９（Ａ）に示す状態の場合には、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２の加速電圧およびビーム量を比較的大きくし、図９（Ｂ）に示す状態の場合には、イオンビームＩＢ１、ＩＢ２の加速電圧およびビーム量を比較的小さくする。このように、半導体基板１の回転に従ってイオンビームＩＢ１、ＩＢ２の加速電圧またはビーム量を変調させることにより、エッチング装置１００は、再付着物の付着と該再付着物の除去との平衡状態をより容易に維持することができる。

以上の実施形態によるエッチング装置１００は、ＭＲＡＭのＭＴＪ素子の加工に用いられている。しかし、このエッチング装置１００は、他のメモリ素子の加工に用いることもできる。また、エッチング装置１００は、半導体基板１自体の加工によって半導体基板１上に構造体を形成する際にも用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００・・・エッチング装置、１０ステージ、１半導体基板、２０・・・第１のイオンガン、３０・・・第２のイオンガン、４０・・・チャンバ、５０、６０・・・ベルジャ、５１、５２・・・構造体、７０、８０・・・グリッド、８５・・・下地材料、９０・・・ＭＴＪ素子の材料、９５・・・第３のイオンガン、ＩＢ１〜ＩＢ３・・・エッチングビーム、θｃｒｔ・・・臨界角度、θｒｅｆ・・・基準角度、ＨＭ・・・ハードマスク、ＭＴＪ１、ＭＴＪ２・・・ＭＴＪ素子

Claims (6)

1. 半導体基板を搭載可能なステージと、
   前記半導体基板の表面に対して垂直方向から任意の角度で傾斜する第１の方向からエッチングビームを照射する第１の照射部と、
   前記垂直方向から任意の角度で傾斜する第２の方向からエッチングビームを照射する第２の照射部とを備え、
   前記第１および前記第２の照射部は、前記半導体基板または該半導体基板上の材料を加工するときにエッチングビームを同時に照射し、
   前記第１の照射部からのエッチングビームは、前記半導体基板の上方に複数の構造体を形成するために前記半導体基板または前記構造体の材料をエッチングし、
   前記第２の照射部からのエッチングビームは、前記構造体の側面に付着する堆積物をエッチングし、
   前記第１の方向は、前記構造体のうち第１の構造体の下端部から前記第１の構造体に隣接する第２の構造体の上端部への接線方向よりも前記垂直方向に近く、
   前記第２の方向は、前記接線方向と同じかそれよりも前記垂直方向から離れていることを特徴とする半導体製造装置。
2. 半導体基板を搭載可能なステージと、
   前記半導体基板の表面に対して垂直方向から任意の角度で傾斜する第１の方向からエッチングビームを照射する第１の照射部と、
   前記垂直方向から任意の角度で傾斜する第２の方向からエッチングビームを照射する第２の照射部とを備え、
   前記第１および前記第２の照射部は、前記半導体基板または該半導体基板上の材料を加工するときにエッチングビームを同時に照射することを特徴とする半導体製造装置。
3. 前記第１の照射部からのエッチングビームは、前記半導体基板上に少なくとも１つの構造体を形成するために前記半導体基板または前記構造体の材料をエッチングし、
   前記第２の照射部からのエッチングビームは、前記構造体の側面に付着する堆積物をエッチングすることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記第１または前記第２の照射部は、前記第１の方向および前記第２の方向を変更することができ、かつ、前記第１の方向および前記第２の方向を前記ステージに投影したときに前記第１の方向と前記第２の方向とが成す相対角度を変更できるように可動であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 当該半導体製造装置は、前記半導体基板の上方に複数の構造体を形成するために用いられ、
   前記第１の方向は、前記複数の構造体のうち第１の構造体の下端部から前記第１の構造体に隣接する第２の構造体の上端部への接線方向よりも前記垂直方向に近く、
   前記第２の方向は、前記接線方向と同じかそれよりも前記垂直方向から離れていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置。
6. 半導体基板を搭載可能なステージと、エッチングビームを前記半導体基板へ照射する第１の照射部と、エッチングビームを前記半導体基板へ照射する第２の照射部とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記第１の照射部が、前記半導体基板の表面に対して垂直方向から任意の角度で傾斜する第１の方向からエッチングビームを照射し、それと同時に、前記第２の照射部が、前記垂直方向から任意の角度で傾斜する第２の方向からエッチングビームを前記半導体基板へ照射することを具備した半導体装置の製造方法。

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