KR101654661B1 - 이온빔 처리 방법 및 이온빔 처리 장치 - Google Patents

이온빔 처리 방법 및 이온빔 처리 장치 Download PDF

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미호코 나카무라
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캐논 아네르바 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 미세한 패턴에 대해서도 재부착막의 퇴적을 억제할 수 있는 처리 방법 및 이온빔 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행한다. 이에 따라, 미세 패턴홈의 바닥에 재부착막이 퇴적되는 것을 억제하면서 미세 패턴을 가공하는 것이 가능해진다.

Description

이온빔 처리 방법 및 이온빔 처리 장치{ION BEAM PROCESSING METHOD AND ION BEAM PROCESSING DEVICE}
본 발명은 이온빔 처리 장치에 관한 것이다. 특히 반도체 메모리 등의 미세 패턴의 가공에 적합한 이온빔 에칭 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리나 기록 디바이스, 자기 헤드 등의 가공에 널리 이온빔 에칭(이하, IBE라고도 함) 기술이 사용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1). IBE법은 방전부에 전력을 투입해서 플라즈마를 형성하고, 그리드(grid)에 전압을 인가하는 것에 의해 플라즈마로부터 이온을 인출함으로써 이온빔을 형성한다. 당해 이온빔은 기판에 입사되고, 기판 위의 재질을 주로 물리적으로 에칭해 간다.
일본국 특개2008-218829호 공보
전술한 IBE는 물리적인 에칭 요소가 크기 때문에, 피(被)에칭재가 기판 위에서 비산(飛散)함으로써 에칭이 진행되어 간다. 이 때문에 포트리소그래피에 의해 형성된 패턴에 따라 IBE를 행하면, 패턴의 측벽에는 비산한 피에칭재가 재부착되는 경우가 있다. 이 재부착막을 제거하기 위해서, 이온빔의 진행 방향에 대해서 기판을 기울여서 IBE를 행하는 방법이 사용되고 있다.
한편, 차세대 메모리라 불리는 MRAM이나 RRAM(등록 상표) 등의 가공에서는 기록 밀도의 향상을 위해서 매우 미세한 패턴을 가공해야 한다. 이러한 미세 패턴을 IBE에 의해 가공할 때, 기판에 대해서 경사 방향으로부터 입사하는 이온빔이 패턴홈(pattern trench)의 바닥부 부근에 도달하기 어렵다. 이하에 도 1을 사용해서 이 점을 구체적으로 설명한다. 도 1은 기판(11) 위에 퇴적된 막을 패터닝할 때의 상태를 나타내고 있다. 이온빔(I)이 기판(11)에 대해서 경사 방향으로부터 입사되고 있다. 도 1과 같이 기판(11)의 패터닝이 진행되면, 소자(110) 사이에 형성되는 홈(T)이 깊어져, 이온빔(I)에 대해서 홈(T)의 바닥부 부근이, 인접하는 소자(110)의 그림자에 위치한다. 이 때문에, 재부착막(R)을 충분히 제거하는 것이 곤란하다. 또 홈(T)의 바닥부에 대해서 이온빔(I)이 입사되기 어렵기 때문에 에칭이 곤란해진다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 미세한 패턴에 대해서도 재부착막의 퇴적을 억제할 수 있는 처리 방법 및 이온빔 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 그리드에 의해 플라즈마원(源)으로부터 인출된 이온빔으로, 기판 홀더에 재치(載置)된 기판을 처리하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 기판을, 상기 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 상기 기판을 면내 방향(in-plane direction)으로 회전시키면서 이온빔 에칭을 행할 때에, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행한다.
또한, 본원 발명은, 플라즈마원과, 상기 플라즈마원으로부터 이온빔을 인출하도록 구성된 그리드와, 상기 그리드에 대해서 기판을 기울여서 재치할 수 있으며, 또한 상기 기판의 면내 방향으로 회전 가능한 기판 홀더와, 상기 기판 홀더에 있어서의 상기 기판의 회전을 제어하도록 구성된 제어부와, 상기 기판의 회전 위치를 검출하도록 구성된 위치 검출부를 포함하는 이온빔 장치에 대한 것이다. 본 장치의 일 특징에 따르면, 상기 제어부는 상기 위치 검출부에 의한 검출 결과에 의거하여, 상기 기판 위에 형성된 패턴의 홈이 연장 되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에, 상기 기판 홀더의 회전 속도를 다른 경우보다 느리게 한다.
본 발명을 사용함으로써, 종래의 IBE에 의한 경사 입사에서는 가공이 곤란했던, 미세 패턴홈의 바닥부에 재부착막이 퇴적되는 것을 억제하여 미세 패턴을 가공하는 것이 가능해진다.
도 1은 종래의 IBE 가공 방법에 있어서의 미세 패턴을 모식적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이온빔 에칭 장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 그리드의 구성 및 기능을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 장치를 나타내는 블록도.
도 5는 기판 위의 직사각형의 패턴의 배열 방향을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 그리드와 기판의 위치 관계 및 기판의 위상을 설명하기 위한 도면.
도 7a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 회전의 회전 속도를 제어하는 경우의, 연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 기판 회전의 회전 속도를 제어하는 경우의, 비연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 8은 기판에 이온빔이 입사하는 상태를 모식적으로 나타낸 도면.
도 9a는 에칭 가공 전의 기판 위의 포토레지스트를 모식적으로 나타낸 도면.
도 9b는 MRAM용 TMR 소자의 배열을 모식적으로 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 장치를 나타내는 블록도.
도 11a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 생성부에의 투입 전력을 제어하는 경우의, 연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 11b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 생성부에의 투입 전력을 제어하는 경우의, 비연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 장치를 나타내는 블록도.
도 13a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 그리드에의 인가 전압을 제어하는 경우의, 연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 13b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 그리드에의 인가 전압을 제어하는 경우의, 비연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도.
도 14는 본 발명이 적용 가능한 기판 위에 형성된 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명이 적용 가능한 기판 위에 형성된 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 16a는 본 발명의 일 실시형태에서, 기판에 이온빔이 입사하는 상태를 모식적으로 나타낸 도면.
도 16b는 본 발명의 일 실시형태에서, 기판에 이온빔이 입사하는 상태를 모식적으로 나타낸 도면.
도 17a는 기판 위의 이온빔의 투영선을 설명하기 위한 도면.
도 17b는 기판 위의 패턴홈의 연장 방향을 설명하기 위한 도면.
도 17c는 기판 위의 패턴홈의 연장 방향을 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 그리드와 기판의 위치 관계, 기판의 위상 및 기판의 회전 속도의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 그리드와 기판의 위치 관계, 기판의 위상, 기판의 회전 속도 및 그리드에 대한 기판의 경사 각도의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 20은 본 발명이 적용 가능한 기판 위에 형성된 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 21은 본 발명의 일 실시형태에 따른 그리드와 기판의 위치 관계, 기판의 위상 및 기판의 회전 정지 시간의 관계를 설명하기 위한 도면.
이하에, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 본 발명은 본 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 적당히 변경 가능하다. 또, 이하에서 설명하는 도면에서, 동(同) 기능을 갖는 것은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략하는 경우도 있다.
(제 1 실시형태)
도 2는 플라즈마 처리 장치의 개략도를 나타낸다. 이온빔 에칭 장치(100)는 처리 공간(1)과 플라즈마원으로서의 플라즈마 생성부(2)로 구성되어 있다. 처리 공간(1)에는 배기 펌프(3)가 설치되어 있다. 플라즈마 생성부(2)에는 벨 자(bell jar; 4), 가스 도입부(5), RF 안테나(6), 정합기(7), 전자석(8)이 설치되어 있고, 처리 공간(1)과의 경계에는 그리드(9)가 설치되어 있다.
그리드(9)는 복수매의 전극으로 구성된다. 본 발명에서는 예를 들면 도 3 에 나타내는 바와 같은 3매의 전극에 의해 그리드(9)가 구성되어 있다. 벨 자(4)측으로부터 순차적으로 제 1 전극(70), 제 2 전극(71), 제 3 전극(72)으로 되어 있다. 제 1 전극에는 양의 전압이, 제 2 전극에는 음의 전압이 인가됨으로써, 전위차에 의해 이온이 가속된다. 제 3 전극(72)은, 어스 전극(earth electrode)이라고도 불리며 접지되어 있다. 제 2 전극(71)과 제 3 전극(72)의 전위차를 제어함으로써, 정전 렌즈 효과를 사용해서 이온빔의 직경을 소정의 수치 범위 내로 제어할 수 있다. 이온빔은 뉴트럴라이저(neutralizer; 13)에 의해 중화된다. 이 그리드(9)는 프로세스 가스에 대해서 내성을 갖는 재질이 바람직하다. 그리드의 재질로서 몰리브덴이나 티탄, 탄화티탄, 열분해 흑연을 들 수 있다. 또한 그리드(9)를 그 이외의 재질로 형성하고, 그 표면에 몰리브덴이나 티탄, 탄화티탄을 코팅한 것이어도 된다.
처리 공간(1) 내에는 기판 홀더(10)가 있으며, 당해 기판 홀더(10)에는 도시하지 않은 ESC 전극이 접속된다. 이 ESC 전극에 의해, 기판 홀더(10)에 재치된 기판(11)이 정전 흡착에 의해 고정된다. 또한, 다른 기판 고정 수단으로서는, 클램프 지지(clamp support) 등 다양한 고정 수단을 사용할 수 있다. 가스 도입부(5)로부터 프로세스 가스를 도입하고, RF 안테나(6)에 고주파를 인가함으로써 플라즈마 생성부(2) 내에 에칭 가스의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그리고, 그리드(9)에 직류 전압을 인가해서, 플라즈마 생성부(2) 내의 이온을 빔의 형태로 인출한다. 이온빔이 기판(11)에 조사(照射)됨으로써 기판(11)의 처리가 행해진다. 인출된 이온빔은, 뉴트럴라이저(13)에 의해 전기적으로 중화되어, 기판(11)에 조사된다.
기판 홀더(10)는, 기판(11)을 그 면내 방향으로 회전(자전)시킬 수 있다. 기판 홀더(10)는, 기판의 회전 속도, 기판의 회전 횟수 및 그리드(9)에 대한 기판 홀더(10)의 경사를 제어하기 위한 회전 제어 수단과 기판의 회전 위치를 검출하는 수단을 구비하고 있다. 또한, 당해 기판 홀더(10)에는, 기판의 회전 개시 위치를 검출할 수 있는 수단이 구비되어 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 기판 홀더(10)에는 위치 검출 수단으로서의 위치 센서(14)가 설치되어 있어, 기판(11)의 회전 위치를 검출할 수 있다. 위치 센서(14)로서, 로터리 인코더를 사용하고 있다. 위치 센서(14)로서는, 전술한 로터리 인코더와 같이 회전하는 기판(11)의 회전 위치를 검출할 수 있는 것이면 어느 구성을 사용해도 된다.
또, 본 실시형태에서는, 위치 센서(14) 등의 센서에 의해 기판(11)이나 기판 홀더(10)의 회전 위치를 직접 검출함으로써 기판 홀더(10)에 유지된 기판(11)의 회전 위치를 검출하고 있지만, 기판(11)의 회전 위치를 검출할 수 있으면 어느 구성 을 사용해도 된다. 예를 들면, 기판 홀더(10)의 회전 속도나 회전 시간으로부터 계산에 의해 구하는 등, 기판(11)의 회전 위치를 간접적으로 구해도 된다.
기판의 회전 개시 위치는, 기판의 오리엔테이션 플랫(orientation flat)이나 노치를 검출함으로써 구해진다. 또는 기판에 부착된 얼라인먼트 마크나 패턴의 배열을 검출함으로써 회전 개시 위치를 보다 정밀하게 구할 수 있다. 전술한 위치 센서(14)를 기판의 회전 개시 위치 센서로서 사용해도 되고, 위치 센서(14)와는 별도로 얼라인먼트 마크나 패턴 배열을 검출하기 위한 검출 수단을 마련해도 된다. 당해 검출 수단으로서는, 원자간력 현미경, 광학 측정 또는 주사형 전자 현미경 등을 도시하지 않은 반송 경로에 설치해도 되고, 당해 측정기를 탑재한 측정 장치를 설치하고, 이온빔 에칭 장치(100)에 인접해서 설치해도 된다.
기판(11)은, 기판 홀더(10)의 재치면 위에 수평 상태로 유지되어 있다. 기판(11)의 재료로서는, 예를 들면, 원판 형상의 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 그러나, 본 재료가 이에 한정되는 것은 아니다. 기판 홀더(10)는, 이온빔에 대해서 임의의 각도로 경사지게 할 수 있다.
도 5는 본 발명을 적용할 수 있는 기판(11)의 일례이다. 도 5는 기판(11)에 형성된 패턴의 일부를 확대한 상태를 나타내고 있다. 기판(11) 위에 다수의 소자(J)가 형성되어 있다. 본 발명은 기판 홀더에 재치한 기판을 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 기판 홀더의 회전 속도를 변화시키면서 도 5에 나타내는 바와 같은 패턴홈이 연장되는 방향(D)의 측으로부터의 이온빔 조사량을 다른 경우보다 많게 하는 것을 특징으로 한다.
패턴홈이 연장되는 방향(D)의 측으로부터의 이온빔의 에칭량과, 다른 방향의 측으로부터의 이온빔의 에칭량의 비교에 대해서, 도 17a~도 17c를 사용해서 설명한다.
우선 도 17a에 나타내는 바와 같이, 그리드(9)로부터 인출된 이온빔을 기판(11)의 표면을 포함하는 면에 투영시킨 선분(P)을 생각한다. 다음으로, 당해 투영된 선분(P)을, 도 17b에 나타내는 바와 같은 패턴홈이 연장되는 방향(D)과, 2개의 방향(D)의 중간 방향인 MD의 성분으로 분해하고, 당해 투영된 선분(P)의 성분은 방향(D)과 방향(MD) 중 어느 쪽이 큰지를 비교한다. 이에 따라 패턴홈이 연장되는 방향(D)의 측으로부터의 이온빔의 에칭량과, 다른 방향의 측으로부터의 이온빔의 에칭량의 비교를 행할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 17b에 나타내는 바와 같이, 0° 내지 180°를 향하는 방향과 180° 내지 0°를 향하는 방향 및 90° 내지 270°를 향하는 방향과 270° 내지 90°를 향하는 방향이 패턴홈이 연장되는 방향(D)이다. 그리고, 2개의 방향(D)의 중간인, 45° 내지 225°를 향하는 방향과 225° 내지 45°를 향하는 방향 및 135° 내지 315°를 향하는 방향과 315° 내지 135°를 향하는 방향이 방향(MD)이 된다.
보다 구체적인 예를, 도 17c를 사용해서 설명한다. 기판(11)에 대해서 각도 100°의 방향에서 입사한 이온빔(a)과, 각도 120°의 방향에서 입사한 이온빔(b)을 생각한다. 이온빔(a)은 방향(D)에 대해서 이루는 각도가 10°이며, 방향(MD)에 대해서 이루는 각도가 35°이다. 이온빔(a)의, 방향(D)의 성분과 방향(MD)의 성분을 비교하면, cos10°:cos35°≒ 0.98:0.82이며, 방향(D)의 성분 쪽이 크다.
한편, 이온빔(b)은 방향(D)에 대해서 이루는 각도가 30°이며, 방향(MD)에 대해서 이루는 각도가 15°이다. 이온빔(b)의, 방향(D)의 성분과 방향(MD)의 성분을 비교하면, cos30°:cos15°≒ 0.87:0.97이며, 방향(MD)의 성분 쪽이 크다. 따라서, 이온빔(a)은 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔이며, 이온빔(b)은 그 중간 방향측에서 입사하는 이온빔이라고 할 수 있다.
즉, 이온빔이 기판(11)의 표면을 포함하는 면에 투영된 선분(P)이, 패턴홈의 연장 방향(D)끼리의 중간 방향(MD)보다 패턴홈의 연장 방향(D)에 가까운 경우에, 패턴홈의 연장 방향(D)에 대한 에칭량이 지배적이게 된다. 그 때문에, 이온빔에 따른 투영된 선분(P)이 중간 방향(MD)보다 패턴홈의 연장 방향(D)에 가까우면, 당해 이온빔은 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 것이라고 할 수 있다.
또한, 그리드(9)에 대해서 기판(11)을 기울여서 위치시킨다는 것은, 구체적으로는, 그리드(9)의 중심 법선에 대해서 기판(11)의 중심 법선이 소정의 각도를 가지고 교차하는 위치에 그리드(9)와 기판(11)을 위치시키는 것을 말한다. 즉 그리드(9)와 기판(11)이 평행하게 있을 때에, 그리드(9)의 중심 법선과 기판 홀더(10)의 중심 법선이 이루는 각도를 0°로 하고, 그리드(9)의 중심 법선과 기판(11)의 중심 법선이 수직으로 교차하는 각도를 90°로 한 경우, 그리드(9)에 대한 기판(11)의 각도를 0° 내지 90°(0° 및 90°는 포함하지 않음)의 범위로 설정하는 것을 말한다. 설정되는 각도는, 패턴홈 바닥부를 깎는 것을 주된 목적으로 하는 경우는 10°~40°, 소자의 측벽 등의 재부착막 제거나 측벽 에칭 등을 목적으로 하는 경우는 30°~80°가 바람직하게 사용된다.
본 발명에서는, 전술한 바와 같이 그리드(9)와 기판(11)이 평행한 상태에서, 그리드(9)에 대한 기판(11)의 경사 각도를 0°로 하고 있다. 그리고 기판(11)은 면 내의 중심점에 대해서 대칭이며, 중심점을 축으로 회전하고 있다. 이 때문에, 경사 각도가 0°인 상태로부터 소정의 각도만큼 기울인 경우, 그 각도는 모든 경사 방향에서 등가이다. 즉, 경사 각도가 0°인 상태에서, 어떤 방향을 +로 하고, 반대 방향을 -라고 정의해서 +30°경사지게 했다고 해도, 그것은 -30°의 경사와 등가이다.
이 때문에 본원 명세서에서는 원칙으로서 각도를 양의 값으로 해서 기재한다.
또, 그리드(9)의 중심 법선이란, 원형을 갖는 그리드의 중심점으로부터, 수직 방향으로 연장되는 선을 말한다. 통상, 기판(11)의 중심 법선이 그리드(9)의 중심 법선과 교차하는 위치에 기판(11)이 재치된다. 그리드(9)가 원형이 아니라, 예를 들면, 정육각형이나 정팔각형의 형태를 갖는 경우는, 각각의 대향하는 대각선끼리를 이음으로써 얻어지는 중심의 교점이 중심점이 된다. 정오각형이나 정칠각형인 경우는, 각각의 정점(頂点)으로부터 대향하는 변을 향하는 수선(垂線)끼리의 교점이 중심점이 된다. 또한, 그리드(9)의 중심 법선에 대해서 기판(11)을 어긋나게 해서 배치하는 경우는, 기판(11)의 어긋남량에 따라서 그리드(9)의 중심점도 어긋나게 된다.
바꿔 말하면, 본 발명에 있어서의 그리드(9)의 중심 법선은, 그리드(9)에 의해 인출되는 이온빔의 진행 방향을 따른 선분이다.
물론, 전술한 그리드(9)의 중심점이나 기판(11)의 중심점은, 기판(11)의 처리 공정에서 영향이 거의 없는 범위에서 미차(微差)를 갖고 있어도 된다.
또한, 패턴홈이 연장되는 방향으로부터 이온빔을 조사함으로써, 인접하는 패턴끼리의 그림자(shadow) 영향을 경감할 수 있어, 패턴홈 바닥부의 재부착막을 제거하면서 미세 패턴을 가공하는 것이 가능해진다.
다음으로, 도 4를 참조해서, 본 실시형태의 이온빔 에칭 장치(100)에 구비되며, 전술한 각 구성 요소를 제어하는 제어 장치(20)에 대해서 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 있어서의 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
본 실시형태의 제어 장치(20)는, 예를 들면, 일반적인 컴퓨터와 각종 드라이버를 구비한다. 즉, 제어 장치(20)는, 각종 연산, 제어, 판별 등의 처리 동작을 실행하는 CPU(도시 생략)와, 이 CPU에 의해 실행되는 여러가지 제어 프로그램 등을 저장하는 ROM이나 HDD(도시 생략) 등을 갖는다. 또한, 제어 장치(20)는, 상기 CPU의 처리 동작 중의 데이터나 입력 데이터 등을 일시적으로 저장하는 RAM, 플래시 메모리 또는 SRAM 등의 불휘발성 메모리 등(도시 생략)을 갖는다. 이러한 구성에서, 제어 장치(20)는, 상기 ROM 등에 저장된 소정의 프로그램 또는 상위(上位) 장치의 지령에 따라 이온빔 에칭을 실행한다. 그 지령에 따라 방전 시간, 방전 전력, 그리드에의 인가 전압, 프로세스 압력 및 기판 홀더(10)의 회전 및 경사 등의 각종 프로세스 조건이 컨트롤된다. 또한, 이온빔 에칭 장치(100) 내의 압력을 계측하는 압력계(도시 생략)나, 기판의 회전 위치를 검출하는 위치 검출 수단으로서의 위치 센서(14) 등의 센서의 출력값도 취득 가능하며, 장치의 상태에 따른 제어도 가능하다.
또한, 제어 장치(20)는, 위치 센서(14)가 검출한 회전 위치에 따라, 기판(11)의 회전 속도를 제어하는 회전 제어 수단으로서 홀더 회전 제어부(21)를 구비한다. 홀더 회전 제어부(21)는, 목표 속도 산출기(21a)와, 구동 신호 생성기(21b)를 구비하고, 기판(11)의 회전 위치와 그리드(9)의 위치 관계에 의거하여, 기판의 회전 위치에 따라 기판 홀더(10)의 회전부의 회전을 제어해서 기판(11)의 회전 속도를 제어하는 기능을 갖는다. 제어 장치(20)는, 위치 센서(14)로부터, 기판(11)의 회전 위치에 관한 정보를 수신하도록 구성되어 있다. 제어 장치(20)가 상기 회전 위치에 관한 정보를 수신하면, 목표 속도 산출기(21a)는, 기판(11)의 회전 위치를 검지하는 위치 센서(14)로부터 출력되는 기판(11)의 현재의 회전 위치의 값에 의거하여, 당해 위치에 있어서의 목표 회전 속도를 산출한다. 이 목표 회전 속도의 값은, 예를 들면, 기판(11)의 회전 위치와, 목표 회전 속도의 대응 관계를 미리 맵(map)으로 해서 유지해 둠으로써 연산 가능하다. 구동 신호 생성기(21b)는, 목표 속도 산출기(21a)에 의해 산출된 목표 회전 속도에 의거하여, 회전 속도를 당해 목표 회전 속도로 조정하기 위한 구동 신호를 생성하여, 회전 구동 기구(30)에 출력한다. 제어 장치(20)는, 구동 신호 생성기(21b)에서 생성된 상기 구동 신호를 회전 구동 기구(30)에 송신하도록 구성되어 있다.
또, 도 4의 예에서는, 회전 구동 기구(30)는, 기판 홀더(10)를 구동하는 모터 등의 홀더 회전 구동부(31)와, 목표값과 위치 센서(14)로부터 출력되는 실제값(회전 위치나 회전 속도)과의 편차에 의거하여 홀더 회전 구동부(31)의 조작값을 결정하는 피드백 제어부(32)를 구비하다. 회전 구동 기구(30)는 서보(servo) 기구에 의해 기판 홀더(10)를 구동한다. 그러나, 피드백 제어는 본 발명의 필수 구성은 아니고, 모터도 DC 모터, AC 모터 중 어느 것이어도 된다. 회전 구동 기구(30)는, 제어 장치(20)로부터 수신한 구동 신호에 의거하여, 홀더 회전 구동부(31)를 구동해서, 기판 홀더(10)를 회전시킨다.
다음으로, 도 2에 나타내는 본 실시형태의 이온빔 에칭 장치(100)의 작용과, 이 장치를 사용해서 실시하는 이온빔 에칭 방법에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 이온빔 에칭 장치(100)에서 처리하는 기판은, 도 5에 나타내는 바와 같은, 예를 들면 직사각형의 패턴이 일정한 간격을 가지고, 종횡의 양단이 가지런하게 되도록 격자 형상으로 정렬해서 형성된 것을 준비한다. 기판(11)을, 도시하지 않은 반송 수단, 예를 들면 인접하는 진공 반송 챔버에 구비된 핸들링 로봇에 의해, 기판 반송구(16)를 통해 처리 공간(1) 내의 기판 홀더(10)에 재치한다. 기판 반송구(16)는 도시하지 않은 게이트 밸브를 갖고, 당해 게이트 밸브는 처리 공간(1)과 인접하는 진공 반송 챔버의 분위기가 혼합되지 않도록 격리하는 구조로 되어 있다. 재치된 기판(11)은, 노치나 오리엔테이션 플랫을 사용해서 기판의 회전 개시 위치가 검출된다. 또는 기판(11)에 부착된 얼라인먼트 마크를 광학 카메라 등으로 판독함으로써 회전 개시 위치를 검출한다. 회전 개시 위치는, 기판(11)을 기판 홀더(10)에 재치하기 전에 검출해도 되고, 기판(11)을 기판 홀더(10)에 재치한 후에 검출해도 된다. 기판(11)의 회전 개시 위치를 검출한 결과에 의거해서, 그 후의 이온빔 에칭에 있어서의 그리드(9)와 기판(11)의 위치 관계에 따른 기판(11)의 회전 속도의 제어가 행해진다.
다음으로, 플라즈마 생성부(2)의 내부에 가스 도입부(5)로부터 Ar 등의 방전용 가스를 도입한다. 반응성 이온빔 에칭을 행하는 경우에는, 플라즈마 생성부(2)의 내부에 알코올 가스, 탄화수소 가스, 산화탄소 가스 등을 도입한다.
그 후, 방전용 전원(12)으로부터 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마 생성부(2)에 의해 방전을 행한다. 그리고, 그리드(9)에 전압을 인가하고, 플라즈마 생성부(2)로부터 이온을 인출하여 이온빔을 형성한다. 그리드(9)에 의해 인출된 이온빔은 뉴트럴라이저(13)에 의해 중화되어, 전기적으로 중성이 된다. 중화된 이온빔은 기판 홀더(10) 위의 기판(11)에 조사되어, 이온빔 에칭이 행해진다.
기판 홀더(10)에 기판(11)이 재치되면, ESC 전극이 동작하고, 기판은 정전 흡착에 의해 고정된다. 기판 홀더(10)에 재치된 기판(11)은, 처리 위치에 적합한 경사, 예를 들면 그리드(9)에 대해서 20°로 경사진다. 경사 각도는, 기판의 패턴 상황, 프로세스 가스, 프로세스 압력 및 플라즈마 밀도 등을 고려함으로써 소정의 각도가 결정된다.
기판(11)을 재치한 기판 홀더(10)가 그리드(9)에 대해서 경사진 후, 기판 홀더(10)는 기판(11)의 면내 방향으로 회전을 개시한다. 위치 센서(14)가 기판(11)의 회전 위치를 검출하고, 당해 검출된 회전 위치에 따른 홀더 회전 제어부(21)의 제어에 의해, 위치 센서(14)가 검출한 회전 위치에 따라, 기판(11)의 회전 속도를 제어한다.
이하에, 기판(11)의 회전 속도의 제어에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 6은, 본 실시형태의 그리드(9)와 기판(11)의 위치 관계 및 기판(11)의 위상을 설명하기 위한 도면이다. 또한 도 7a는, 본 실시형태에 따른 이온빔 에칭 방법에 있어서의 기판의 회전 속도의 제어맵을 나타내는 설명도이다.
도 5, 도 6을 사용해서 본 실시형태에 있어서의 그리드(9)와 기판(11)의 회전 위치 관계를 설명한다. 기판(11)은 회전 가능한 기판 홀더(10) 위에 재치되며, 이온빔 에칭 중에, 기판 홀더(10)는 그리드(9)에 대해서 경사진다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 위에 직사각형 형상의 패턴이 일정한 간격을 가지고, 종횡의 양단이 가지런하게 되도록 정렬해서 배치된 상태를 고려한다. 보다 구체적으로, 기판(11)의 노치(15)로부터 기판(11)의 중심을 통과하는 선과 평행한 축을 세로축으로 하고, 세로축이 직사각형 형상 패턴의 장변이 되도록, 패턴이 기판 위에 배열되어 있는 상태를 고려한다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판의 회전 위상(회전각)(θ)은, 노치(15)를 기점으로 해서 정의된다. 구체적으로, 회전 위상(θ)은, 이온빔이 패턴의 장변을 따르는 홈이 연장되는 방향으로 입사할 때, 노치(15)측을 0°, 대향측을 180°로 한다. 또한, 회전 위상(θ)은, 이온빔이 패턴의 단변측을 따르는 홈이 연장되는 방향으로 입사할 때, 노치(15)측으로부터 시계 회전 방향으로 90°와 270°라고 정의한다. 편의상 기판 회전의 시점(始點), 패턴 형상 및 패턴의 배열 방향을 정의하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 따른 장치를 사용한 이온빔 에칭 방법의 일례에서는 도 7a 및 하기 식(1)에 나타내는 바와 같이, 기판의 회전 위상(θ)에 대해서, 기판의 회전 속도(y)가 정현파가 될 수 있도록, 회전 속도를 제어한다.
y= Asin(4(θ-α))+B …(1)
A=a·B …(2)
즉, 본 발명의 회전 제어 수단으로서의 홀더 회전 제어부(21)는, 상기 식(1)에 의거하여, 기판(11)의 회전각(θ)의 4배 주기의 정현파 함수로 해서 회전 속도를 산출한다. 여기에서, A는 회전 속도의 진폭이며, 식(2)에 나타내는 바와 같이, 기준 속도(B)에 변동률(a)를 곱한 것이다. 또한, α는 위상차이다. 변동률(a)과 위상차(α)를 바꿈으로써, 기판면 내의 이온빔 입사각마다의 에칭량 및 테이퍼 각도의 분포를 최적화할 수 있다. 또, 기판의 회전 위상(θ)의 범위는 0°≤θ <360°이다.
도 7a의 예에서는, 기준 속도(B)를 ω0으로 설정하고, 변동률(a)을 0 이상의 임의의 수치로 하고, 위상차(α)를 22.5°로 했을 때의 기판 회전 위상(θ)에 대한 기판 회전 속도(y)를 나타내고 있다. 이 경우, 기판(11)의 노치(15)가 0°, 90°, 180°, 270°의 위치에 있을 때에 기판 회전수(회전 속도)가 가장 느려지게 된다.
여기에서, 회전 속도를 회전 위상에 의해 변화시키는 것에 의한 구체적인 작용 및 효과를, 도 7a 및 도 9a, 도 9b를 사용해서 설명한다.
도 9a에서 41은 포토레지스트, 42는 이온빔 에칭의 대상물인 금속 다층막의 최상면인 상부 전극을 표시하고 있다. 41은 포토레지스트일 필요는 없고, 이온빔 에칭에 의해 가공할 때에 마스크로서 기능 가능한 것을 사용할 수 있다. 여기에서 도 9a의 상태로부터 이온빔 에칭에 의해 직육면체 형상의 TMR 소자(40)를 도 9b와 같이 형성하는 경우를 생각한다.
여기에서 도 7a에 나타내는 바와 같이, 기판 회전 위치가 그리드(9)에 대해서, 패턴의 장변측을 따르는 홈이 연장되는 방향, 즉 노치(15)가 있는 0°의 위치에 대향하고 있을 때에는, 기판의 회전 속도를 느리게 한다. 이에 따라, 이온빔은 패턴의 장변측을 따르도록 입사되어, 패턴의 홈이 충분히 에칭된다. 그리고, 기판을 180° 회전시킨 위치에서 동일하게 기판의 회전 속도를 느리게 한다. 이러한 방식으로, 패턴의 장변 방향을 따르도록, 패턴홈의 바닥부까지 에칭이 균일하게 진행된다. 다른 한쪽의, 패턴홈이 연장되는 방향인 패턴의 단변측 방향에서도, 회전 위치가 90°와 270°에서 회전 속도를 느리게 함으로써, 패턴을 따라 홈의 바닥부까지 퇴적물을 억제하면서 에칭할 수 있다. 이에 따라, 직사각형의 패턴의 홈에 대해서, 패턴의 홈을 따른 네 방향으로부터 이온빔이 조사된다. 그 결과, 직사각형의 외주의 홈이 바닥부까지 에칭되게 된다. 이 때, 장변측과 단변측의 홈에 에칭량의 차가 나타나는 경우, 예를 들면, 장변측의 홈은 얕고, 단변측의 홈이 깊다는 등의 형상차가 있는 경우는, 장변측의 회전 속도를 더욱 느리게 해서, 이온빔의 입사량을 늘린다. 이에 따라, 홈의 깊이가 균일해져서, 미세 패턴의 형상을 균일하게 가공할 수 있다.
본 실시형태에서는, 도 7a에 나타내는 제어맵을 제어 장치(20)가 갖는 ROM 등의 메모리에 미리 저장해 두면 된다. 이렇게, 상기 제어맵을 미리 메모리에 저장해 둠으로써, 목표 속도 산출기(21a)는, 위치 센서(14)로부터 기판(11)의 회전 위치에 관한 정보를 수신하면, 상기 메모리에 저장된 도 7a에 나타내는 제어맵을 참조해서, 현재의 기판(11)의 회전각(θ)에 대응하는 회전 속도를 추출하여, 목표 회전 속도를 취득하고, 당해 취득된 목표 회전 속도를 구동 신호 생성기(21b)에 출력한다. 따라서, 그리드(9)와 기판(11)이 회전각(θ)이 0°, 90°, 180°, 270°로 대향하고, 패턴의 홈이 연장되는 방향으로부터 이온빔을 조사할 때에는 기판(11)의 회전 속도를 가장 느리게 제어할 수 있다. 한편, 회전각(θ)이 45°, 135°, 225°, 315°가 되도록 기판(11)이 위치되어, 패턴의 홈이 연장되지 않는 방향으로부터 이온빔을 조사할 때에는, 기판(11)의 회전 속도를 가장 빠르게 제어할 수 있다.
기판 홀더(10)의 회전 속도의 변화는, 도 7a에 나타내는 정현 함수 이외여도 된다. 예를 들면 도 18에 나타내는 바와 같이, 기판(11)의 회전 각도가 0°~ 22.5°, 67.5°~ 112.5°, 157.5°~ 202.5°, 247.5°~ 292.5°, 337.5°~360°의 범위에서 기판의 회전 속도를 제 1 속도로 하고, 22.5°~ 67.5°, 112.5°~ 157.5°, 202.5°~ 247.5°, 292.5°~ 337.5°의 범위에서 기판의 회전 속도를 제 1 속도보다 빠른 제 2 속도로 하는, 2개의 값을 사용한 회전 속도 변화여도 된다.
또한 θ가 0°, 90°, 180°, 270°에서 기판(11)의 회전 속도가 가장 느려지고, θ가 45°, 135°, 225°, 315°에서 기판(11)의 회전 속도가 가장 빨라지도록 단계적으로 회전 속도를 변화시켜도 된다.
이렇게, 본 실시형태에서 중요한 것은, 그리드(9)에 대해서 기판 홀더(10)에 재치한 기판(11)을 기울여서 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량이 많아지도록 기판의 회전 속도를 느리게 함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 형상의 균일성을 양호하게 하기 위해서는, 기판(11)에 대해서 대칭인 회전 위치(예를 들면 135°와 315°)의 회전 속도를 동일하게 하는 것이 바람직하다. 도 8에, 패턴홈이 연장되는 방향측에서 이온빔을 조사한 상태의 일례를 나타낸다. 배열된 패턴의 최외주(最外周)에 위치하는 패턴은, 내측의 패턴보다 에칭되기 쉽다. 패턴 형상의 균일성을 더욱 향상시키기 위해서, 패턴의 최외주에 더미 패턴을 형성해도 된다.
(실시예 1)
도 9a, 도 9b는 MRAM에 사용되는 상하 전극을 구비한 TMR 소자를 나타내는 설명도이다. 도 9b에 나타내는 바와 같이, TMR 소자(40)의 기본층 구성은, 상부 전극(42), 자화 자유층(43), 터널 배리어층(44), 자화 고정층(45), 반강자성층(反强磁性層)(46) 및 하부 전극(47)을 포함한다. 예를 들면, 자화 고정층은 강자성 재료로 이루어지고, 터널 배리어층은 금속 산화물(산화마그네슘, 알루미나 등) 절연 재료로 이루어지며, 자화 자유층은 강자성 재료로 이루어져 있다.
TMR 소자(40)는, 기판 위에 스퍼터링 등의 성막 방법에 의해, 전술한 금속막이 적층되는 공정과, 도 9a에 나타내는 바와 같이 당해 적층된 금속막 위(이 경우, 최상층은 상부 전극(42))에 포토레지스트(41)를 패터닝하는 공정과, 패터닝을 당해 금속막에 전사하고, 도 9b에 나타나는 바와 같은 TMR 소자를 이온빔 에칭에 의해 가공하는 공정에 의해 형성된다. 치밀하게 배열된 TMR 소자의 미세 패턴을 본 실시형태의 이온빔 에칭 장치 및 이온빔 에칭 방법을 사용함으로써, 패턴의 바닥부에 에칭 생성물의 재부착을 억제하여 소자 분리할 수 있다.
(제 2 실시형태)
전술한 바와 같이, 제 1 실시형태에서는, 그리드(9)로부터 기판(11)에 대한 이온빔의 입사 각도가 조정되어, 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량이 많아질 수 있도록 기판 홀더(10)의 회전 속도가 느려지게 제어된다. 당해 기판 홀더(10)의 회전 방식을, 연속 회전으로 해도 되고, 비연속 펄스 회전으로 해도 된다. 본 실시형태에서는, 당해 비연속 펄스 회전의 형태에 대해서 설명한다.
도 7a는, 제 1 실시형태에 따른, 연속적으로 기판 홀더(10)를 회전시키고, 기판 홀더(10)의 회전 속도를 제어하는 경우의 설명도이다. 도 7b는, 본 실시형태에 따른, 비연속적으로 기판 홀더(10)를 회전시키고, 기판 회전의 회전 정지 시간을 제어하는 경우의 설명도이다.
기판 홀더(10)의 회전을 연속적으로 행하는 경우는, 홀더 회전 제어부(21)는, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 식(1)에 따라 기판(11)이 1회전(1주기)하는 동안에 당해 기판(11)의 회전 속도를 4주기 변조시키도록, 기판(11)의 회전 속도(각속도(ω))를 연속적으로 변화시키도록 구동 신호를 생성한다. 즉, 홀더 회전 제어부(21)는, 기판(11)이 연속적으로 회전하도록 기판 홀더(10)의 회전을 제어한다. 또, 도 7a에서, f0은, 그리드(9)로부터의 이온빔의 기준 조사량이며, ω0은 기준 각속도이다.
한편, 기판(11)(기판 홀더(10))의 회전을 비연속적(클록(clock) 형상)으로 행하는 경우는, 홀더 회전 제어부(21)는, 회전 정지 시간(s)을 도 7b에 나타내는 바와 같이 제어한다. 즉, 홀더 회전 제어부(21)는, 예를 들면, 기판(11)이 소정의 복수의 회전각에서 그 회전을 정지시키고, 그 이외의 회전각에서는 일정한 각속도(회전 속도)로 기판 홀더(10)의 회전부가 회전 가능하도록 당해 기판 홀더(10)의 회전을 제어한다. 이러한 제어에 의해, 기판(11)이 비연속적으로 회전하도록 기판(11)의 회전 속도는 제어된다. 또, 기판 홀더(10)의 회전부의 회전 속도는 전술한 바와 같이 일정해도 되고, 변화시켜도 된다. 여기에서, 세로축에 회전 속도(각속도(ω))를, 가로축에 시간(t)을 취하는 경우에 있어서, 각속도가 0으로 되어 있는 시간을, "회전 정지 시간(s)"이라 부르기로 한다. 즉, 회전 정지 시간(s)이란, 기판 홀더(10)를 비연속으로 회전시키는 경우에 있어서의, 기판 홀더(10)의 회전이 정지되어 있는 시간을 가리킨다. 여기서, s0는, 기준 회전 정지 시간이다.
본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 그리드(9)에 대해서 기판 홀더에 재치한 기판을 기울여서 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량을 많게 하는 것이 본질적인 특징이다. 전술한 바와 같이, 패턴홈이 연장되는 방향측에 그리드(9)가 위치했을 때에 기판의 회전 정지 시간을 길게 함으로써, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 본 실시형태에서는, 기판(11)(기판 홀더(10))을 1회전 시키는 동안에, 그리드(9)가 패턴의 장변측을 따르는 연장 방향측 및 패턴의 단변측을 따르는 연장 방향측에 위치할 때의 회전 정지 시간을 정현적으로 4주기 변조시킴으로써, 패턴홈이 연장되는 방향측(기판의 회전 위치가 0°, 90°, 180°, 270°)의 회전 정지 시간을 길게 한다. 한편, 패턴홈이 연장되지 않는 방향측에 그리드(9)가 위치하는 경우의 정지 시간을 짧게 함으로써, 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량을 패턴홈이 연장되지 않는 방향측으로부터의 이온빔 조사량보다 많게 한다. 또한, 장변 방향과 단변 방향의 홈에 에칭량의 차가 나타나는 경우, 예를 들면, 장변측의 홈은 얕고, 단변측의 홈이 깊다는 등의 형상차가 있는 경우에는, 장변측의 회전 정지 시간을 더욱 길게 해서, 이온빔의 조사량을 늘리게 된다. 이에 따라, 홈의 깊이가 균일해져, 미세 패턴의 형상을 균일하게 가공할 수 있다. 형상의 균일성을 양호하게 하기 위해서는, 기판(11)에 대해 대칭인 회전 위치(예를 들면 135°와 315°)의 회전 정지 시간을 동일하게 하는 것이 바람직하다.
(제 3 실시형태)
제 1 및 제 2 실시형태에서는, 기판 홀더(10)의 회전 속도를 제어하는 형태 에 대해서 설명했지만, 본 실시형태에서는, 방전용 전원(12)으로부터 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 제어함으로써, 기판에의 이온빔의 입사량을 제어하고, 미세 패턴의 홈의 가공을 행한다. 즉, 이온빔 에칭에서, 이온빔의 조사량은 플라즈마 생성부(2)에서 형성되는 플라즈마의 플라즈마 밀도와 관계가 있기 때문에, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 변화시킴으로써, 플라즈마 생성부(2)의 플라즈마 밀도를 변화시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 기판(11)의 각도 위상에 따라 이온빔의 조사량을 변화시킬 수 있다.
본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 그리드(9)에 대해서 기판 홀더에 재치한 기판을 경사 맞은편에 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량을 많게 하는 것이 본질적인 특징이다.
도 10은, 본 실시형태에 따른 제어 장치(20)의 블록도이다. 본 실시형태에서는, 제어 장치(20)는, 위치 센서(14)가 검출한 회전 위치에 따라, 플라즈마 생성 수단에의 파워(전력)를 제어하는 전력 제어 수단으로서의 파워 제어부(60)를 구비한다. 파워 제어부(60)는, 목표 파워 산출기(60a)와, 출력 신호 생성기(60b)를 구비하고, 기판(11)의 회전 위치와 그리드(9)의 위치 관계에 의거하여, 플라즈마 생성 수단에의 파워(전력)를 제어하는 기능을 갖는다.
제어 장치(20)는, 위치 센서(14)로부터, 기판 홀더(10)의 회전 위치에 관한 정보를 수신하도록 구성되어 있다. 제어 장치(20)가 상기 회전 위치에 관한 정보를 수신하면, 목표 파워 산출기(60a)는, 기판 홀더(10)의 회전 위치를 검지하는 위치 센서(14)로부터 입력되는 기판 홀더(10)의 현재의 회전 위치의 값에 의거하여, 당해 위치에 있어서의 목표 파워(목표 전력)를 산출한다. 이 목표 파워의 값은, 예를 들면, 기판 홀더(10)의 회전 위치와, 목표 파워의 대응 관계를 미리 맵으로 해서 제어 장치(20)가 구비하는 메모리 등에 저장해 둠으로써 연산 가능하다. 출력 신호 생성기(60b)는, 목표 파워 산출기(60a)에 의해 산출된 목표 파워에 의거하여, 당해 목표 파워로 공급 전력을 조절하기 위한 출력 신호를 생성하고, 그 출력 신호를 전원(12)에 출력한다. 제어 장치(20)는, 출력 신호 생성기(60b)에서 생성된 상기 출력 신호를 전원(12)에 송신하도록 구성되어 있다.
또, 도 10의 예에서는, 전원(12)은, 플라즈마 생성 수단에 전력을 공급하는 파워 출력부(12b)와, 목표값과 위치 센서(14)로부터 출력되는 실제값(회전 위치나 회전 속도)과의 편차에 의거하여 파워 출력부(12b)의 조작값을 결정하는 피드백 제어부(12a)를 구비한다. 그러나, 피드백 제어는 본 발명의 필수 구성은 아니다.
본 실시형태에서도, 기판 홀더의 회전 방식은, 제 1 실시형태와 마찬가지로 연속 회전이어도 되고, 제 2 실시형태와 마찬가지로 비연속 펄스 회전이어도 된다.
도 11a는, 본 실시형태에 따른, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 제어하는 경우의, 연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도이다. 도 11b는, 본 실시형태에 따른, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 제어하는 경우의, 비연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도이다. 비연속적으로 기판을 회전시키는 경우에 대해서는 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 일정하게 하고, 회전 정지 시간을 변화시킴으로써 회전각(θ)에 따른 이온빔 조사량의 제어를 행해도 된다.
도 11a, 도 11b에 따른 실시형태에서는, 파워 제어부(60)는, 식(1)과 동일한 4배 주기 정현파 함수를 사용해서, 기판(11)의 회전각(θ)에 따른 방전용 파워를 산출할 수 있다. 즉, 파워 제어부(60)는, 기판(11)(기판 홀더(10))이 1회전(1주기)하는 동안에, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 4주기 변조시키도록 출력 신호를 생성한다. 이 때, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력은 매끄럽게 연속적으로 변화시켜도 되고, 폭을 갖게 해서 단계적으로 변화시켜도 된다. 파워 제어부(60)는, 도 11a, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 패턴홈이 연장되는 방향측에 그리드(9)가 대향하는 회전각 θ=0°, 90°, 180°, 270°일 때에 공급되는 파워(전력)를 최대값으로 함으로써, 기판(11)에의 이온빔 입사량이 최대가 되고, 상기 회전각 이외일 때, 파워를 최소값으로 함으로써, 기판(11)에의 이온빔 입사량이 최소가 되도록, 방전용 전원(12)을 제어하면 된다.
이렇게 본 실시형태에서는, 기판 홀더에 재치한 기판을 그리드(9)에 대해서 기울여서 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량이 많아지도록 파워 제어부(60)로부터의 공급 전력이 커지도록 방전용 전원(12)을 제어함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 형상의 균일성을 양호하게 하기 위해서는, 기판(11)에 대해 대칭인 회전 위치(예를 들면 135°와 315°)에 있어서의 인가 전압을 동일하게 하는 것이 바람직하다.
(제 4 실시형태)
제 3 실시형태에서는, 플라즈마 생성 수단에의 공급 전력을 제어함으로써 피처리면의 균일성을 향상시키는 방법에 대해서 설명했지만, 본 실시형태서는 빔 인출 전압을 변화시키킴으로써, 미세 패턴의 홈의 가공을 행한다. 이온빔 에칭에서는, 플라즈마 생성부(2)에서 플라즈마가 형성된 후에 그리드(9)에 인가된 전압에 의해, 플라즈마 생성부(2)의 이온이 인출되어 빔이 형성된다. 여기에서 플라즈마 생성부(2)로부터 인출된 이온빔의 에너지는 빔 인출 전압에 의존하기 때문에, 당해 전압을 기판의 회전 위상에 아울러 변화시킴으로써, 미세 패턴의 홈의 가공을 행한다.
도 3에, 도 2에 있어서의 그리드(9)를 확대한 상태를 나타낸다. 도 3을 사용해서 본 실시형태에 있어서의 빔 인출 전압에 대해서 설명한다.
도 3의 상측은 플라즈마 생성부(2)이며, 하측이 처리 공간(1)으로 되어 있다. 그리드(9)는, 플라즈마 생성부(2)측으로부터, 제 1 전극(70), 제 2 전극(71), 제 3 전극(72)에 의해 구성되어 있다. 도 3은, 전극에 의해, 플라즈마 생성부(2)에 생성된 플라즈마로부터 이온을 인출하여, 이온빔을 형성하고 있는 상태를 나타내고 있다. 제 1 전극(70)은 제 1 전극용 전원(73)에 의해 양의 전압이 인가된다. 제 2 전극(71)은 제 2 전극용 전원(74)에 의해 음의 전압이 인가된다. 제 1 전극(70)에 양의 전압이 인가되기 때문에, 제 1 전극(70)과의 전위차에 의해, 이온이 가속된다.
제 3 전극(72)은, 어스 전극이라고도 불리며 접지되어 있다. 제 2 전극(71)과 제 3 전극(72)의 전위차를 제어함으로써, 정전 렌즈 효과를 사용해서 이온빔의 이온빔 직경을 소정의 수치 범위 내로 제어할 수 있다.
본 실시형태에서는, 통상의 기판 홀더 및 제 3 전극은 접지 전위로 되어 있다. 이 때문에, 이온빔의 에너지는 제 1 전극에 인가된 양의 전압에 의해 결정된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제 1 전극에 인가된 전압이 빔 인출 전압이 된다. 이하에, 이 제 1 전극에 인가된 전압을 변화시킴으로써, 빔 인출 전압을 변화시킨 경우의 실시형태를 설명한다.
본 실시형태에서도, 어느 실시형태와 마찬가지로, 기판 홀더(10)에 재치한 기판(11)을 그리드(9)에 대해서 기울여서 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량을 많게 하는 것이 본질적인 특징이다.
도 12는 본 실시형태에 따른 제어 장치(20)의 블록도이다. 본 실시형태에서는, 제어 장치(20)는, 위치 센서(14)가 검출한 회전 위치에 따라, 제 1 전극(70)에 인가하는 전압(빔 인출 전압)을 제어하는 전압 제어 수단으로서의 인가 전압 제어부(80)를 구비한다. 인가 전압 제어부(80)는, 목표 전압 산출기(80a)와, 출력 신호 생성기(80b)를 구비하고, 기판(11)의 회전 위상과 그리드(9)의 위치 관계에 의거하여, 제 1 전극(70)에의 인가 전압을 제어하는 기능을 갖는다.
제어 장치(20)는, 위치 센서(14)로부터, 기판 홀더(10)의 회전 위치에 관한 정보를 수신하도록 구성되어 있다. 제어 장치(20)가 상기 회전 위치에 관한 정보를 수신하면, 목표 전압 산출기(80a)는, 기판 홀더(10)의 회전 위상을 검지하는 위치 센서(14)로부터 입력하는 기판 홀더(10)의 현재의 회전 위상의 값에 의거하여, 당해 위치에 있어서의 목표 전압을 산출한다. 이 목표 전압의 값은, 예를 들면, 기판 홀더(10)의 회전 위치와, 목표 전압의 대응 관계를 미리 맵으로 해서 제어 장치(20)가 구비하는 메모리 등에 저장해 둠으로써 연산 가능하다. 출력 신호 생성기(80b)는, 목표 전압 산출기(80a)에 의해 산출된 목표 파워에 의거하여, 당해 목표 전압으로 인가 전압을 조절하기 위한 출력 신호를 생성하고, 그 출력 신호를 제 1 전극용 전원(73)에 출력한다. 제어 장치(20)는, 출력 신호 생성기(80b)에서 생성된 상기 출력 신호를 제 1 전극용 전원(73)에 송신하도록 구성되어 있다.
또, 도 12의 예에서는, 제 1 전극용 전원(73)은, 제 1 전극(70)에 전압을 인가하는 인가 전압 출력부(73b)와, 목표값과 위치 센서(14)로부터 출력되는 실제값(회전 위치나 회전 속도)과의 편차에 의거하여 인가 전압 출력부(73b)의 조작값을 결정하는 피드백 제어부(73a)를 구비한다. 그러나, 피드백 제어는 본 발명의 필수 구성은 아니다.
본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 기판 홀더의 회전 방식은 연속 회전이어도 되고, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 비연속 펄스 회전이어도 된다.
도 13a는, 본 실시형태에 따른, 빔 인출 전압(즉, 제 1 전극(70)에의 인가 전압)을 제어하는 경우의, 연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도이다. 도 13b는, 본 실시형태에 따른, 그리드(9)에의 인가 전압을 제어하는 경우의, 비연속적으로 기판(기판 홀더)을 회전시키는 경우에 대한 설명도이다. 비연속적으로 기판을 회전시키는 경우에 대해서는 그리드(9)에의 인가 전압을 일정하게 하고, 회전 정지 시간을 변화시킴으로써 회전각(θ)에 따른 이온빔 조사량의 제어를 행해도 된다.
도 13a, 도 13b에 따른 실시형태에서는, 인가 전압 제어부(80)는, 식(1)과 동일한 4배 주기 정현파 함수를 사용해서, 기판(11)의 회전각(θ)에 따른 인가 전압을 산출할 수 있다. 즉, 인가 전압 제어부(80)는, 기판(11)(기판 홀더(10))이 1회전(1주기)하는 동안에, 빔 인출 전압을 4주기 변조시키도록 출력 신호를 생성한다. 이 때, 빔 인출 전압은 매끄럽게 연속적으로 변화시켜도 되고, 폭을 갖게 해서 단계적으로 변화시켜도 된다. 예를 들면, 인가 전압 제어부(80)는, 도 13a, 도 13b에 나타내는 바와 같이, 패턴의 홈이 연장되는 방향측에 그리드(9)가 위치하는 회전각 θ=0°, 90°, 180°, 270°일 때에 제 1 전극(70)에 인가되는 전압을 최대값으로 함으로써 이온빔 에너지가 최대가 되어, 패턴의 홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔의 입사량이 많아진다. 한편, 패턴의 홈이 연장되지 않는 방향측에 그리드(9)가 위치할 때에 제 1 전극(70)에 인가되는 전압을 최소값으로 함으로써 이온빔 에너지가 최소가 되도록, 제 1 전극용 전원(73)을 제어하면 된다. 이온빔 에너지를 최소로 함에 있어서는, 그리드(9)에 인가하는 전압을 0으로 해서, 기판(11)에의 이온빔의 조사를 정지해도 된다.
이렇게 본 실시형태에서는, 기판 홀더에 재치한 기판을 그리드(9)에 대해서 기울여서 위치시키는 것 및 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량이 많아지도록, 제 1 전극용 전원(73)의 인가 전압을 인가 전압 제어부(80)에 의해 제어함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 형상의 균일성을 양호하게 하기 위해서는, 기판(11)에 대해서 대칭인 회전 위치(예를 들면, 135°와 315°)에 있어서의 공급 전력을 동일하게 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 제 1 전극에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 빔 인출 전압을 변화시켰지만, 다른 방법으로 빔 인출 전압을 변화시켜도 된다. 예를 들면, 제 3 전극에 대하여 제 1 전극보다 낮은 양의 전압을 인가하고, 제 3 전극에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 빔 인출 전압을 변화시켜도 된다. 또한, 기판 홀더에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 기판에 이온빔이 입사될 때의 에너지를 변화시켜도 된다.
또한, 본 실시형태에서, 그리드(9)는 반드시 3매의 전극으로 구성되어 있을 필요는 없다. 이것은, 전술한 바와 같이 본 실시형태의 본질은, 이온빔의 에너지를, 기판의 회전 위상에 따라 변화시키는 것에 있기 때문이다.
(제 5 실시형태)
본 발명의 실시형태는 다른 에칭 방법과 조합할 수도 있다. 반응성 이온 에칭(RIE: Reactive Ion Etching)과 본 발명을 조합하는 예를 이하에 나타낸다. RIE에 의한 에칭 수단으로서, 평행 평판 전극에 의한 용량 결합 플라즈마를 사용하는 에칭 장치나 안테나 코일에 의한 유도 결합 플라즈마를 사용하는 에칭 장치가 알려져 있다. RIE의 메리트는 IBE와 같이 이온의 입사각이 제한되지 않기 때문에 , 미세 패턴의 극간에 이온을 끌어들여, 피처리물을 에칭할 수 있다는 것이다. 그러나, 전술한 MRAM용 TMR 소자와 같은 금속막으로 구성되어 있는 구조체는, 화학 반응이 아니라 이온에 의한 물리 에칭이 지배적으로 되기 쉽다. 물리 에칭에 의해 깎인 자성 금속은 휘발되기 어렵고, TMR 소자의 측벽에 재부착된다. 이 때문에, 종래의 IBE의 가공 방법과 마찬가지로, 에칭된 생성물이 패턴홈의 바닥부에 잔류하므로 가공이 곤란하다.
RIE에 의한 가공을 행한 후에 본 발명의 실시형태에 따른 IBE에 의한 가공을 행함으로써, RIE에 의해 패턴의 측벽에 재부착된 에칭 생성물을 트리밍 효과(trimming effect)에 의해 제거하거나, 가공이 곤란한 패턴홈의 바닥부를 가공할 수 있다. RIE와 IBE의 전환의 타이밍은, 플라즈마광의 파장을 검출하는 발광 분석기를 사용해서 종점 검출하여 알 수 있다. RIE와 IBE가 상이한 장치일 때에는, RIE에 의한 가공 후에 본 발명의 실시형태의 IBE에 의해 미세 패턴을 가공하기 위해서는, 다른 장소에 있는 설비를 이용해도 되고, 공통의 반송 경로를 사용해서 진공 일관으로 처리해도 된다.
(제 6 실시형태)
본 발명의 실시형태를 사용하면, 또 다른 장치에 의해 가공된 미세 패턴을 균일하게 트리밍할 수 있다. 도 2에 나타내는 전자석(8)의 전류를 변경하여, 플라즈마의 밀도 분포를 변경할 수 있다. 플라즈마 밀도 분포의 조정은, 구체적으로는, 전자석(8)은 솔레노이드 코일을 사용하고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 벨 자의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 솔레노이드 코일은 도시하지 않은 직류 전원에 접속되어 있다. 솔레노이드 코일에 전류를 흘리면, 암페어의 주회로 법칙에 따라 자계가 발생하고, 플라즈마 생성부의 중심으로부터 외측을 향해 동심원 형상으로 전자를 확산시키는 자력선이 형성된다. 솔레노이드 코일에 작은 전류를 흘리면, 플라즈마 밀도는 중심이 높아지는 경향이 있다. 솔레노이드 코일에 흘리는 전류의 값을 크게 해 가면, 플라즈마 밀도 분포는 외측으로 확산되어 평탄화된다. 다른 장치에 의해 가공된 미세 패턴을 원자간력 현미경, 광학 측정 또는 주사형 전자 현미경 등으로, 기판면 내의 막두께 분포 경향을 분석하고, 당해 분석 결과에 의거하여 전자석(8)의 전류를 조정한다. 예를 들면, RIE에 의해 가공한 후의 미세 패턴은, 기판 내에서 중심부의 막두께가 두껍고, 외주의 막두께가 얇은 경우에 대해서 생각한다. 그 경우, 전자석에 흘리는 전류를, 중심의 플라즈마 밀도를 높게, 외주의 플라즈마 밀도가 낮아지도록 조정한다. 플라즈마 밀도에 비례해서 그리드(9)에 의해 인출되는 이온빔 중의 입자의 수가 결정되므로, 이온 밀도가 높은 중심부의 에칭 속도는 빨라진다. 따라서, 본 발명을 다른 에칭 방법에 의한 에칭 공정과 조합함으로써, 미세한 패턴의 가공 후의 편차 보정이 가능해진다. 도 2에 나타내는 전자석(8)은 단수이지만, 또한 외측에 전자석을 추가하고, 내측과 외측의 복수의 전자석의 상호 작용에 의해 플라즈마 밀도를 조정해도 된다.
(제 7 실시형태)
본 발명의 실시형태에서, 입사 각도를 변화시키면서 에칭함으로써, 다방향에서 재부착된 막을 제거할 수 있어, 트리밍 효과를 향상시키는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 이온빔의 입사 각도가 패턴홈을 따르도록 기판 홀더에 재치한 기판(11)을 그리드(9)에 대해서 기울여서 위치시키지만, 기판의 경사 각도를 변화시켜서(예를 들면 경사 각도가 30° 내지 20°) 이온빔을 조사한다. 기판의 경사 각도를 바꿈으로써 이온빔의 입사 각도가 변화되어, 패턴의 측벽으로부터 홈 바닥부의 트리밍이 용이해진다.
도 16a, 도 16b를 사용해서 상세를 설명한다. 도 16a는, 소정의 경사를 가지고 기판(11)에 이온빔이 입사하는 상태를 나타내고 있다. 도 16b는, 도 16a의 이온빔에 비해서, 보다 기판(11)에 대해서 수직인 방향으로부터 이온빔을 조사하고 있다. 이렇게 보다 수직 방향으로부터 이온빔을 조사함으로써, 소자(J)에 대해서 도 16a의 이온빔과는 상이한 각도로부터의 에칭이 가능해진다. 즉, 본 실시형태에서는, 기판(11)을 제 1 경사 각도로 유지한 상태(예를 들면, 도 16a의 상태)에서 이온빔 조사를 개시하고, 그 후 기판(11)을 소정 횟수 회전시킨 후에, 기판을 제 1 경사 각도와는 상이한 제 2 경사 각도로 유지한 상태(예를 들면, 도 16b의 상태)로 변화시켜, 이온빔 조사를 계속한다. 경사 각도는 2개에 한정되지 않고, 3개 이상으로 변화시켜도 된다.
또한, 보다 수직 방향으로부터의 이온빔 조사에서도, 전술한 실시형태와 같이, 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량이 많아지도록 함으로써, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 소자(J)의 측벽에 대해서 효율적으로 이온빔을 조사하는 것이 가능해진다. 즉, 도 16a의 상태에서는, 이온빔은 소자(J)의 측벽에 거의 평행한 방향으로부터 입사하고, 소자(J)의 측벽에 수직인 방향으로부터의 입사는 인접하는 소자에 의해 제한된다. 한편, 도 16b의 상태에서는, 이온빔의 입사각이 보다 수직이기 때문에, 소자(J)의 측벽에 수직인 방향으로부터의 이온빔의 입사량을 증가시킬 수 있다. 또한, 패턴홈이 연장되는 방향측으로부터의 이온빔 조사량을 많게 함으로써, 소자(J)의 측벽에 수직인 방향으로부터의 이온빔의 입사량을, 다른 방향으로부터의 이온빔의 입사량에 비해서 크게 할 수 있어, 효율적인 트리밍이 가능해진다. 기판의 경사는, 회전 횟수마다 고정하는 것 외에, 스윙에 의해 더 짧은 인터벌로 변경해도 된다.
(제 8 실시형태)
전술한 제 7 실시형태에서는, 일정 횟수 이상 기판(11)을 회전시킨 후에, 그리드(9)에 대한 기판(11)의 경사 각도를 변화시키는 형태를 나타냈다.
이에 대해서 본 실시형태에서는, 제 1 실시형태에 있어서의 기판(11)의 회전 속도에 아울러, 그리드(9)에 대한 기판(11)의 경사 각도를 변화시킨다. 이하에서 본 실시형태의 상세에 대해서 도 19를 사용해서 설명한다.
도 19는 기판(11)의 회전 속도가, 그 회전 위치에 따라 변화되고 있는 상태를 나타내고 있다. 추가해서, 그리드(9)에 대한 기판(11)의 경사 각도(Φ)가 40°를 기준으로 해서, 20°~60°의 범위에서 변화되고 있다. Φ 는 바람직하게는, 기판(11)의 회전 속도가 가장 느려지는 상태에서 가장 커지고, 기판(11)의 회전 속도가 가장 빨라지는 상태에서 가장 작아진다. 이러한 제어를 행함으로써, 기판(11)의 패턴홈을 따라 이온빔이 입사할 때에는, 소자의 측벽에 부착된 재부착막 등을 효율적으로 제거하고, 한편 이온빔이 입사하기 어려운 상태에서는 이온빔을 수직에 가까운 각도에서 입사시킴으로써 인접하는 소자의 그림자의 영향을 억제하면서 에칭을 행하는 것이 가능해진다.
(제 9 실시형태)
제 2 실시형태에서는, 기판의 위상에 대해서, 회전 정지 시간을 정현 함수 형상으로 변화시킴으로써, 기판에 입사하는 이온빔의 에너지량을 정현 함수 형상으로 변화시키는 경우를 나타냈다. 이에 대해서 본 실시형태에서는, 패턴홈이 연장되는 방향의 근방에 그리드(9)가 위치하는 상태에서만 기판 회전을 정지시킨다.
도 21은 기판(11)의 회전 정지 시간이, 회전 위치에 따라 변화되고 있는 상태를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 패턴홈이 연장되는 방향으로 그리드(9)가 위치하는 회전각 0°, 90°, 180°, 270° 근방의 소정의 회전각에서 기판 회전을 정지시키고, 일정 시간 이온빔을 조사한 후에 또 회전을 행한다. 실제 소자 분리 후의 TMR 소자 측벽은 기판에 대해서 일정한 경사각을 갖고, 또한 기판에 입사하는 이온빔에도 발산이 존재하기 때문에, 본 실시형태를 실시한 경우에도, 소자 측벽의 재부착막에 대해서 이온빔이 조사된다.
패턴홈이 연장되는 방향으로 그리드(9)가 위치했을 때에만 기판의 회전을 정지시키는 것에 추가해서, 제 3 실시형태나 제 4 실시형태에서 설명한 바와 같은, 이온빔의 조사량이나 이온빔 전압의 변화를 조합해도 된다. 이 경우, 패턴홈이 연장되는 방향으로 그리드(9)가 위치했을 때에만, 기판에 입사하는 이온빔의 에너지량을 크게 하고, 그 이외의 경우에는 이온빔의 에너지량을 작게 한다.
또한, 제 1 실시형태와 같은 회전 속도의 변화를 조합해도 되고, 제 7 실시형태나 제 8 실시형태에서 설명한 바와 같은 기판의 경사 각도의 변화를 조합해도 된다.
또한, 패턴홈이 연장되는 방향의 근방에 그리드(9)가 위치하는 상태에서, 기판 홀더(10)의 회전 위상을 약간 변화시키면서 이온빔 에칭을 행해도 된다. 예를 들면, 회전각 0°, 90°, 180°, 270° 근방의 소정의 회전각에서 기판 회전을 정지시킨 후에, 각 각도를 중심으로 해서 ±10°의 범위에서 기판 홀더(10)의 회전 각도를 진동시켜서 기판(11)에 이온빔을 조사해도 된다. 이렇게 기판 홀더(10)의 미소하게 변화시키면서 처리를 행함으로써, 기판면 내를 보다 균일하게 가공하는 것이 가능해진다.
이상의 본 발명의 각 실시형태에서는, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
전술한 각 실시형태는, 예시한 직육면체 형상의 패턴을 종횡의 양단을 가지런하게 해서 패턴홈이 직교하도록 배열할 뿐만 아니라, 도 14에 나타내는 바와 같은, 디스크리트 트랙 매체(discrete track medium)나 애스펙트비가 큰 라인 앤드 스페스(line-and-space) 형상 및 도 15에 나타내는 바와 같은, 기판의 처리면이, 정현파 형뿐만 아니라, 직사각형파 형, 삼각파 형, 사다리꼴파 형 등에도 적용 가능하다.
또한, 전술한 각 실시형태는, 도 20에 나타내는 바와 같은, 직육면체 형상의 패턴을 경사 방향으로 양단을 가지런하게 해서 배열한 것에도 적용 가능하다. 이 경우, 패턴홈을 따른 방향(D)끼리도 서로 수직이 아닌 소정의 각도로 경사 방향으로 교차한다. 또한, 직육면체 형상 패턴에 한정되지 않고, 원기둥 형상 패턴에서도 전술한 실시형태가 이용 가능하다.
본 발명의 각 실시형태는, 예시한 MRAM용 TMR 소자뿐만 아니라, HDD용 자기헤드, HDD용 자기 기록 매체, 자기 센서, 박막 태양 전지, 발광 소자, 압전 소자, 반도체의 배선 형성 등, 다방면에 이용 가능하다.

Claims (9)

  1. 그리드(grid)에 의해 플라즈마원(源)으로부터 인출된 이온빔으로, 기판 홀더에 재치(載置)된 기판을 처리하는 이온빔 처리 방법으로서,
    상기 기판을, 상기 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 상기 기판을 면내 방향(in-plane direction)으로 회전시키면서 이온빔 에칭을 행할 때에,
    상기 기판 위에 형성된 패턴홈(pattern trench)이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 경우, 상기 기판의 회전 속도를 다른 경우보다 느리게 함으로써, 상기 기판 위에 형성된 상기 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행하는 것을 포함하는 이온빔 처리 방법.
  2. 그리드에 의해 플라즈마원으로부터 인출된 이온빔으로, 기판 홀더에 재치된 기판을 처리하는 이온빔 처리 방법으로서,
    상기 기판을, 상기 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 상기 기판을 면내 방향으로 회전시키면서 이온빔 에칭을 행할 때에 - 상기 기판의 회전은, 상기 기판의 회전 및 회전 정지의 반복을 포함함 -,
    상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 경우, 상기 기판의 회전 정지 시간을 다른 경우보다 길게 함으로써, 상기 기판 위에 형성된 상기 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행하는 것을 포함하는 이온빔 처리 방법.
  3. 그리드에 의해 플라즈마원으로부터 인출된 이온빔으로, 기판 홀더에 재치된 기판을 처리하는 이온빔 처리 방법으로서,
    상기 기판을, 상기 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 상기 기판을 면내 방향으로 회전시키면서 이온빔 에칭을 행할 때에,
    상기 그리드에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 이온빔의 에너지를, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 경우, 다른 경우보다 높게 함으로써, 상기 기판 위에 형성된 상기 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행하는 것을 포함하는 이온빔 처리 방법.
  4. 그리드에 의해 플라즈마원으로부터 인출된 이온빔으로, 기판 홀더에 재치된 기판을 처리하는 이온빔 처리 방법으로서,
    상기 기판을, 상기 그리드에 대해서 기울여서 위치시키고, 상기 기판을 면내 방향으로 회전시키면서 이온빔 에칭을 행할 때에,
    상기 플라즈마원에 인가되는 전력을 제어함으로써 상기 이온빔의 이온 밀도를, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 경우, 다른 경우보다 높게 함으로써, 상기 기판 위에 형성된 상기 패턴홈이 연장되는 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량이, 다른 방향측에서 입사하는 이온빔에 의한 에칭량보다 커지도록 이온빔 처리를 행하는 것을 포함하는 이온빔 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 그리드에 인가되는 전압을 제어함으로써 상기 이온빔의 에너지를, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에, 다른 경우보다 높게 하는, 이온빔 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마원에 인가되는 전력을 제어함으로써 상기 이온빔의 이온 밀도를, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에, 다른 경우보다 높게 하는, 이온빔 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에서 이온빔이 입사할 때에 형성되는 상기 그리드에 대한 상기 기판의 경사 각도를, 다른 방향측에서 이온빔이 입사할 때에 형성되는 상기 그리드에 대한 상기 기판의 경사 각도보다 크게 하는, 이온빔 처리 방법.
  8. 플라즈마원;
    상기 플라즈마원으로부터 이온빔을 인출하도록 구성된 그리드;
    상기 그리드에 대해서 기판을 기울여서 재치 가능하며, 또한 상기 기판의 면내 방향으로 회전 가능한 기판 홀더;
    상기 기판 홀더에 있어서의 상기 기판의 회전을 제어하도록 구성된 제어부; 및
    상기 기판의 회전 위치를 검출하도록 구성된 위치 검출부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위치 검출부에 의해 획득된 검출 결과에 의거하여, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에, 상기 기판 홀더의 회전 속도를 다른 경우보다 느리게 하는, 이온빔 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 위치 검출부에 의해 획득된 검출 결과에 의거하여, 상기 기판 위에 형성된 패턴홈이 연장되는 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에 형성되는 상기 그리드에 대한 상기 기판의 경사 각도를, 다른 방향측에 상기 그리드가 위치할 때에 형성되는 상기 그리드에 대한 상기 기판의 경사 각도보다 크게 하는, 이온빔 처리 장치.
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