TWI556481B - 磁阻效應元件之製造方法及裝置之製造方法 - Google Patents

磁阻效應元件之製造方法及裝置之製造方法 Download PDF

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TWI556481B
TWI556481B TW102142087A TW102142087A TWI556481B TW I556481 B TWI556481 B TW I556481B TW 102142087 A TW102142087 A TW 102142087A TW 102142087 A TW102142087 A TW 102142087A TW I556481 B TWI556481 B TW I556481B
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Description

磁阻效應元件之製造方法及裝置之製造方法
本發明，係有關於在磁阻效應元件之製造方法中，具備有將在將磁阻效應元件作元件分離之工程中而附著於該磁阻效應元件之側面處的再附著膜有效地除去之工程的製造方法，以及利用有該製造方法的裝置之製造方法。
MRAM(Magnetic Random Access Memory)，係為具備利用有磁阻效果(TMR：Tunneling Magneto Resistive)之TMR元件的非揮發性記憶體，並作為具有相當於DRAM(Dynamic Random Access Memory)之程度的積體密度和相當於SRAM(Static Random Access Memory)之程度的高速性且能夠無限制地對資料作改寫之劃時代的次世代記憶體，而受到世界性的矚目。
TMR元件，基本上係在上部電極和下部電極之間，具備有在磁化固定層(以下，亦稱作「PIN層」) 和磁化自由層(以下，亦稱作「自由層」)之間包夾有隧道阻障層之磁阻效應膜，並例如設置於在進行訊號之讀出和寫入時所使用的字元線和位元線之交點處。之後，藉由將TMR元件之上部電極和下部電極分別與配線作連接，來作為記憶胞而使用。
TMR元件，係從下部電極起朝向上部電極地而在TMR元件內使電流垂直流動，並藉由將身為強磁性層之磁化自由層的磁化之方向自由地改變，來使在絕緣層中流動之電流的電阻值之高度變化為「0」、「1」，並藉由與金屬配線進行資訊交換而進行讀出、寫入。
作為TMR元件之加工方法的其中一者，係使用有離子束蝕刻(以下，亦稱作「IBE」)技術。IBE，係對於放電部投入電力而形成電漿，並藉由對於柵極施加電壓而將離子從電漿拉出，藉由此而形成離子束。該離子束係射入至基板，並將基板上之材質主要物理性地逐漸進行蝕刻。
在TMR元件之製造方法中，首先係將被成膜在基板上之磁阻效應膜藉由IBE或反應性離子蝕刻(以下，亦稱作「RIE」)、反應性IBE等之各種的蝕刻方法來進行加工，並元件分離成各個的TMR元件。在沿著圖案而對於此磁阻效應膜進行加工時，一部分之被蝕刻材係會被物理性地蝕刻，並從基板上而飛散。此飛散了的被蝕刻材中之一部分，係會再度附著於TMR元件之側壁上並堆積。而，當此再附著膜附著在隧道阻障層之側壁上的情 況時，起因於再附著膜，磁化固定層和磁化自由層係會短路，並喪失作為TMR元件之功能。
在專利文獻1中，係揭示有下述之技術：亦即是，於進行TMR元件之元件分離時，藉由在起因於蝕刻而露出的側壁處階段性地形成絕緣層，來在再附著膜附著之前而於該側面處形成絕緣層並防止由於再附著膜所導致的TMR元件之短路。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-218829號公報
然而，在TMR元件之元件分離工程中，為了於側壁處階段性地形成絕緣層，係有必要進行複數次之層積絕緣材料並進行圖案化的工程，製造工程係變得繁雜，且製造成本也會上升。
本發明之課題，係在於提供一種藉由將在元件分離工程中而附著於TMR元件之側壁處的再附著膜有效率地除去而能夠抑制短路的發生之TMR元件之製造方法。又，係利用在此種製造方法中所使用之離子束蝕刻方法，來提供其他之元件的製造方法。
本發明之第1形態，係為一種磁阻效應元件之製造方法，該磁阻效應元件，係具備有2個的強磁性層、和位置在前述2個的強磁性層之間之隧道阻障層，該磁阻效應元件之製造方法，其特徵為，係具備有：準備使前述隧道阻障層作了元件分離之基板之工程；和將前述基板藉由從柵極所拉出之離子束來進行離子束蝕刻之離子束蝕刻工程，前述離子束蝕刻工程，係使前述基板相對於前述柵極而傾斜地定位，從被形成在前述基板上之圖案溝所延伸存在之方向側而射入的離子束之能量，係較從其他方向側所射入的離子束之能量而更大。
本發明之第2形態，係為一種裝置之製造方法，其特徵為，係具備有：準備被形成有圖案之基板之工程；和對前述圖案之側壁，而藉由從柵極所拉出之離子束來進行離子束蝕刻之離子束蝕刻工程，前述離子束蝕刻工程，係使前述基板相對於前述柵極而傾斜地定位，從被形成在前述基板上之圖案溝所延伸存在之方向側而射入的離子束之能量，係較從其他方向側所射入的離子束之能量而更大。
在本發明中，其要旨在於：於將在元件分離工程中而附著於TMR元件之側壁處的再附著膜藉由IBE之傾斜射入而除去之工程中，係使加工為容易之方向和加 工為困難之方向的離子束之能量互為相異。若依據本發明，則藉由有效率地將再附著膜除去，係成為能夠提供一種對於短路作了抑制的細微圖案之TMR元件。又，在因為起因於IBE工程而導致膜附著在側壁上而導致發生有問題的裝置中，藉由同樣地施加將再附著膜除去之工程，係成為能夠提供具有良好之元件特性的裝置。
1‧‧‧處理空間
2‧‧‧電漿產生部
3‧‧‧排氣幫浦
4‧‧‧鐘罩
5‧‧‧氣體導入部
6‧‧‧RF天線
7‧‧‧整合器
8‧‧‧電磁石
9‧‧‧柵極
9a‧‧‧第1電極
9b‧‧‧第2電極
9c‧‧‧第3電極
10‧‧‧基板支持器
11‧‧‧基板
12‧‧‧放電用電源
12a‧‧‧反饋控制部
12b‧‧‧功率輸出部
13‧‧‧中和器
14‧‧‧位置感測器
15‧‧‧缺口
16‧‧‧基板搬入口
17‧‧‧第1電極用電源
17a‧‧‧反饋控制部
17b‧‧‧施加電壓輸出部
18‧‧‧第2電極用電源
19‧‧‧定位平面
20‧‧‧控制裝置
21‧‧‧支持器旋轉控制部
21a‧‧‧目標速度算出部
21b‧‧‧驅動訊號產生部
22‧‧‧旋轉驅動機構
22a‧‧‧反饋控制部
22b‧‧‧支持器旋轉驅動部
23‧‧‧功率控制部
23a‧‧‧目標功率算出部
23b‧‧‧輸出訊號產生部
24‧‧‧施加電壓控制部
24a‧‧‧目標電壓算出部
24b‧‧‧輸出訊號產生部
32‧‧‧稜線
33‧‧‧谷線
34‧‧‧基板之表面
35‧‧‧基板之背面
40‧‧‧TMR元件
41‧‧‧下部電極
42‧‧‧反強磁性層
43‧‧‧磁化自由層(自由層)
44‧‧‧隧道阻障層
45‧‧‧磁化固定層(PIN層)
46‧‧‧上部電極
48‧‧‧光阻
49‧‧‧圖案溝
50‧‧‧再附著膜
51‧‧‧離子束
51c‧‧‧將離子束投影在基板上之線段
80‧‧‧P-TMR元件
81‧‧‧基板
82、83‧‧‧緩衝層
84‧‧‧自由層(強磁性層)
85‧‧‧隧道阻障層
86‧‧‧第1參考層(強磁性層)
87‧‧‧第2參考層(強磁性層)
88‧‧‧配向分離層
89‧‧‧第3參考層
90‧‧‧非磁性中間層
91‧‧‧第4參考層
92‧‧‧帽層
100‧‧‧離子束蝕刻裝置
102a、102b‧‧‧圖案溝所延伸存在之方向
103a、103b‧‧‧圖案溝並未延伸存在之方向(圖案溝所延伸 存在之方向的中間方向)
[圖1]對於使用在本發明中之用以除去再附著膜的IBE工程中之IBE裝置的其中一例之構成作展示的概略剖面圖。
[圖2]對於藉由本發明所製造之TMR元件的構成作模式性展示之立體圖。
[圖3]對於在TMR元件之製造工程的元件分離工程以及用以除去再附著膜之IBE工程作模式性展示的剖面圖。
[圖4]能夠適用本發明之製造方法的基板之其中一例的平面模式圖。
[圖5]對於從圖案溝所延伸存在之方向側而來的離子束和從其他方向側而來的離子束作展示之基板的平面模式圖。
[圖6]對於離子束射入至基板之模樣作模式性展示的立體圖。
[圖7]對於本發明之第1實施形態的控制裝置之構成 作展示之區塊圖。
[圖8]用以對於IBE裝置之柵極和基板的位置關係以及基板之相位作說明之立體圖。
[圖9]對於在本發明之第1實施形態的IBE工程中而使基板作連續旋轉的情況時之離子束照射量、基板旋轉相位、基板旋轉速度作展示之圖。
[圖10]對於在本發明之第1實施形態的IBE工程中而使基板以相異之2個的旋轉速度作連續旋轉的情況時之離子束照射量、基板旋轉相位、基板旋轉速度作展示之圖。
[圖11]對於在本發明中而從圖案溝所延伸存在之方向側來使離子束射入的模樣之其中一例作展示之立體圖。
[圖12]對於在本發明之第2實施形態的IBE工程中而使基板以非連續來旋轉的情況時之離子束照射量、基板旋轉速度、旋轉停止時間作展示之圖。
[圖13]對於本發明之第3實施形態的控制裝置之構成作展示之區塊圖。
[圖14]對於在本發明之第3實施形態的IBE工程中而使基板以等速度作連續旋轉的情況時之對於RF天線的供給電力、基板旋轉相位、基板旋轉速度作展示之圖。
[圖15]對於在本發明之第3實施形態的IBE工程中而使基板以非連續來旋轉的情況時之對於RF天線的供給電力、基板旋轉相位、旋轉停止時間作展示之圖。
[圖16]對於本發明之第4實施形態的控制裝置之構成作展示之區塊圖。
[圖17]對於在本發明之第4實施形態的IBE工程中而使基板以等速度作連續旋轉的情況時之對於第1電極的施加電壓、基板旋轉相位、基板旋轉速度作展示之圖。
[圖18]對於在本發明之第4實施形態的IBE工程中而使基板以非連續來旋轉的情況時之對於第1電極的施加電壓、基板旋轉相位、旋轉停止時間作展示之圖。
[圖19]對於本發明可適用之基板的表面形狀作模式性展示之圖，(a)係為平面圖，(b)係為(a)之部分擴大圖，(c)係為(b)之剖面圖。
[圖20]對於本發明可適用之基板的表面形狀作模式性展示之剖面圖。
[圖21]對於本發明可適用之基板上的TMR元件之配列和圖案溝所延伸存在之方向作展示之圖。
[圖22]對於在本發明之第5實施形態的IBE工程中而使基板連續旋轉的情況時之離子束照射量、基板旋轉相位、基板旋轉速度、基板傾斜角度作展示之圖。
[圖23]對於在本發明之第6實施形態的IBE工程中而使基板以非連續來旋轉的情況時之離子束照射量、基板旋轉相位、旋轉停止時間作展示之圖。
[圖24]對於在本發明之第7實施形態的IBE工程中而使基板以非連續來旋轉的情況時之第1電極施加電壓、基板旋轉相位、旋轉停止時間、第2電極施加電壓作展示之圖。
[圖25]對於能夠適用本發明之TMR元件之構成例作 模式性展示的剖面圖。
以下，參考圖面來對於本發明之實施形態作說明，但是本發明係並不限定於本實施形態，在不脫離其要旨的範圍內，係可適宜作變更。另外，在以下所說明之圖面中，對於具備有相同功能者，係附加相同之元件符號，並省略重複之說明。
(第1實施形態)
圖1，係為對於使用在本發明中之用以除去再附著膜的IBE工程中之IBE裝置100的其中一例之構成作展示的概略剖面圖。IBE裝置100，係藉由處理空間1和作為電漿源之電漿產生部2而構成。在處理空間1處，係被設置有排氣幫浦3。在電漿產生部2處，係被設置有鐘罩4、氣體導入部5、RF天線6、整合器7、電磁石8，在與處理空間1之間的邊界處，係被設置有柵極9。
柵極9，係由複數枚之電極所構成。在本發明中，例如係藉由圖1中所示一般之3枚的電極而構成柵極9。其係從鐘罩4側起而依序為作為拉出電極之第1電極9a、作為加速電極之第2電極9b、身為接地電極之第3電極9c。藉由在第1電極9a處施加正電壓並在第2電極9b處施加負電壓，來藉由電位差而使離子加速。第3電極9c係被接地。藉由對於第2電極9b和第3電極9c之 間的電位差作控制，係能夠使用靜電透鏡效果來將離子束的直徑控制在既定之數值範圍內。離子束係藉由中和器13而被中和。
作為柵極9之材質，係可列舉出鉬或鈦、碳化鈦、熱解石墨(pyrolytic graphite)。又，亦可為將柵極9藉由此些以外之材質來形成並在其表面上鍍敷有鉬或鈦、碳化鈦者。當在製程氣體中使用反應性氣體的情況時，柵極9係以相對於製程氣體而具有耐性的材質為理想。
在處理空間1內，係存在有基板支持器10，在該基板支持器10處，係被連接有未圖示之靜電吸附(ESC：Electrostatic chuck)電極。藉由此ESC電極，被載置於基板支持器10上之基板11，係藉由靜電吸附而被固定。又，作為其他之基板固定手段，係可使用夾鉗支持等之各種的固定手段。藉由從氣體導入部5而導入製程氣體，並對於RF天線6施加高頻，係能夠在電漿產生部2內而使蝕刻氣體之電漿產生。之後，對於柵極9施加直流電壓，並將電漿產生部2內之離子作為束而拉出，再照射至基板11，藉由此而進行基板11之處理。被拉出之離子束，係藉由中和器13而被電中和，並照射至基板11。
基板支持器10，係能夠使基板11於其之面內方向而旋轉(自轉)。基板支持器10，係具備有用以對於基板之旋轉速度、基板之旋轉次數以及相對於柵極9之基板支持器10的傾斜作控制之旋轉控制手段、和用以檢 測出基板之旋轉位置之手段。又，在該基板支持器10處，係亦可具備有能夠檢測出基板11之旋轉開始位置之手段。在本實施形態中，於基板支持器10處，係被設置有作為位置檢測手段之位置感測器14，並能夠檢測出基板11之旋轉位置。作為位置感測器14，係使用旋轉編碼器。作為位置感測器14，只要是如同上述之旋轉編碼器一般之能夠檢測出旋轉之基板11的旋轉位置者，則係可使用任意之構成。
另外，在本實施形態中，雖係藉由以位置感測器14等之感測器而直接檢測出基板11或基板支持器10之旋轉位置，來檢測出被保持在基板支持器10上之基板11的旋轉位置，但是，只要是能夠檢測出基板11之旋轉位置，則係可使用任意之構成。例如，係亦可藉由根據基板支持器10之旋轉速度和旋轉時間來進行計算並求取等，而間接性地求取出基板11之旋轉位置。
基板11之旋轉開始位置，係藉由檢測出基板11之定向平面或缺口而求取出來。或者是，亦可藉由檢測出被附加於基板11處之對位記號或者是圖案的配列，來以更良好之精確度而檢測出旋轉開始位置。亦可將前述之位置感測器14作為基板11之旋轉開始位置感測器來使用，亦可與位置感測器14相獨立地而另外設置用以檢測出對位記號或圖案配列之檢測手段。作為該檢測手段，係可將原子間力顯微鏡、光學測定或掃描型電子顯微鏡等設置在未圖示之搬送路徑處，亦可設置搭載有該測定器之測 定裝置，並鄰接於IBE裝置100地而設置。
基板11，係在基板支持器10之載置面上維持水平狀態地而被保持。作為基板11之材料，例如係使用圓板狀之矽晶圓，但是係並不被限定於此。基板支持器10，係可相對於離子束而任意地傾斜，並能夠調整相對於基板11之離子束的射入角度。
藉由本發明所製造之TMR元件40的基本構成，係如圖2中所示一般，在上部電極46和下部電極41之間，配置有成為基本構造之將隧道阻障層44藉由身為強磁性層之磁化固定層45和磁化自由層43而作了挾持的磁阻效應膜、和反強磁性層42。圖1之TMR元件40，係為使磁化固定層45位置於上部之top pin構造。
圖2之TMR元件40之製造，首先，係如圖3(a)中所示一般，在基板11上，將下部電極41、反強磁性層42、磁化自由層43、隧道阻障層44、磁化固定層45、上部電極46對於複數之TMR元件而共通地層積，並形成對於成為各個TMR元件40之區域作保護的光阻48。之後，藉由IBE或RIE而進行蝕刻，並如圖3(b)中所示一般，形成圖案溝49，而將TMR元件40作元件分離。於此，藉由元件分離時之蝕刻所被除去的材料，係附著於TMR元件40之側壁上並形成再附著膜50。
再附著膜50，係能夠藉由IBE來除去(修整)，但是，此時，離子束之對於基板11的射入角度，係有必要以更接近與基板11之表面相平行的角度來進 行。在IBE中，當相對於基板11而從傾斜方向來使離子束射入的情況時，係一面使基板11旋轉一面進行，但是，依存於基板11之旋轉相位，係如同圖3(c)一般，會存在有起因於相鄰接之TMR元件40而導致離子束51被妨礙並難以除去再附著膜50之方向。另一方面，當從與圖3(c)之紙面相正交的方向來使離子束51射入的情況時，若是並不存在有遮蔽圖案溝49之構件，則係能夠將再附著膜50良好地作蝕刻除去。
本發明，係有鑑於此種依存於離子束51之射入方向而會導致再附著膜50之蝕刻除去的效率有所相異之狀況，而在下述之點具有特徵，亦即式，係藉由在再附著膜50之蝕刻除去為容易的方向上而優先性地進行蝕刻，來以良好效率而在更短的時間內將再附著膜50除去並製造TMR元件。
圖4，係為能夠適用本發明之基板11之其中一例。圖4，係對於被形成在基板11上之TMR元件40的圖案作模式性擴大展示。在基板11上係被形成有多數之TMR元件40。TMR元件40，係沿著2方向之圖案溝49而作配列。本實施形態，其特徵為，係使載置在圖1之基板支持器10上的基板11相對於柵極9而傾斜定位，並一面使基板支持器10之旋轉速度改變一面進行IBE，藉由此，而將在該IBE工程中之從圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b之側而來的離子束照射量設為較其他方向之側而來的離子束照射量更多。
針對從圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b之側而來的離子束照射量和從其他方向之側而來的離子束照射量之間的比較，使用圖5來作說明。
首先，對於將藉由柵極9而被拉出之離子束51投影在基板11之表面上的線段作考慮。接著，將該被投影之線段，分解成圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b和身為其之中間方向的103a、103b之成分，而能夠對於該被投影之線段的成分為在方向102a、102b和方向103a、103b之何者為較大一事進行比較。
在本實施形態中，如圖5中所示一般，由於係設定有基板11上之角度，因此，從0°而朝向180°之方向和從180°而朝向0°之方向，以及從90°而朝向270°之方向和從270°而朝向90°之方向，係為圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b。又，身為方向102a、102b之中間的從45°而朝向225°之方向和從225°而朝向45°之方向，以及從135°而朝向315°之方向和從315°而朝向135°之方向，係成為方向103a、103b。
針對基板11為圖5中所示之狀態時，從角度100°之方向而射入的離子束51a和從角度120°之方向而射入的離子束51b作考慮。
離子束51a，其相對於方向102a所成之角度係為10°，相對於方向103b所成之角度係為35°。若是對於離子束51a之方向102a的成份和方向103b的成分作比較，則cos10°：cos35°係為略0.98：0.82，而以方向102a 之成分為較大。
另一方面，離子束51b，其相對於方向102a所成之角度係為30°，相對於方向103b所成之角度係為15°。若是對於離子束51b之方向102a的成份和方向103b的成分作比較，則cos30°：cos15°係為略0.87：0.97，而以方向103b之成分為較大。
故而，可以說，離子束51a係為從圖案溝49所延伸存在之方向102a側而射入之離子束，離子束51b係為從其之中間方向103b側而射入之離子束。
另外，在上述例中，係為了易於比較，而藉由離子束51a和離子束51b之方向102a成分和方向103b成分之cos函數來進行了比較，但是，係亦可將各離子束分解成方向102a和方向103b之向量成分並進行比較。
從圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b之側而射入的離子束，相較於從方向103a、103b之側而射入的離子束，係更容易對於TMR元件40之側壁的再附著膜50之修整有所助益。
針對離子束之對於基板11上的投影，使用圖6來具體性地作說明。圖6(a)，係對於將基板11之一部分作了擴大的模樣作展示，係被形成有TMR元件40。將此時之圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b同樣的展示在圖6(a)中。另外，在圖6中，TMR元件40係以佔據基板11之表面的底面來作了展示。
另一方面，在圖6(b)中，展示當對於與圖 6(a)相同之基板11而使離子束51作了射入時的模樣。此時，將離子束51投影在基板11之上的線段，係為51c。藉由在此線段51c中而針對圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b和其之中間方向(圖5之103a、103b)間的成分進行比較，係能夠確認離子束51之射入方向。
又，所謂相對於柵極9而使基板11傾斜地定位，具體而言，係指使柵極9和基板11位置在相對於柵極9之中心法線而會使基板11之中心法線以既定之角度來相交的位置處。亦即是，係指當將柵極9和基板11為平行時的柵極9之中心法線和基板支持器10之中心法線間所成的角度設為0°，並將柵極9之中心法線和基板11之中心法線垂直地相交之角度設為90°的情況時，將相對於柵極9之基板11的角度，設為0°~90°(不包含0°和90°)之範圍內。所設定之角度，為了有效率地進行對於TMR元件40的側壁之再附著膜的除去，係以設定為30°~70°為理想。
在本發明中，係將於上述一般之柵極9和基板11為平行的狀態下之相對於柵極9之基板11的傾斜角度設為0°。又，基板11，由於係相對於面內之中心點而為對稱，並以中心點為軸而作旋轉，因此當從傾斜角度為0°之狀態起而作了既定之角度之傾斜的情況時，該角度係在全部的傾斜方向中而為等價。亦即是，在傾斜角度為0°之狀態下，就算是將某一方向設為+，並將相反之方向定義為-，而作了+30°之傾斜，其係亦為與-30°之傾斜為 等價。故而，在本案說明書中，原則上係將角度記載為正值。
所謂柵極9之中心法線，係指從具有圓形之柵極9的中心點起而朝向垂直方向延伸之線。中心點，係指柵極9之區域中的拉出有實際照射至基板11上之離子束51的實效區域之中心。
通常，柵極9之中心和實效區域之中心係為略一致。又，係將基板11載置在使基板11之中心法線與柵極9之中心法線相交叉的位置處。當柵極9並非為圓形，而是具備例如正六角形或正八角形之形狀的情況時，將各個相對向之對角線彼此作連結所得到的中心之交點，係成為中心點。當正五角形或正七角形的情況時，從各個頂點而朝向相對向之邊的垂線彼此之交點，係成為中心點。又，當相對於柵極9之中心法線而將基板11作偏離配置的情況時，柵極9之中心點係成為亦合併有基板11之偏離量地而作偏離。
換言之，在本發明中之柵極9的中心法線，係為沿著藉由柵極9而被拉出之離子束51的前進方向之線段。
另外，上述之柵極9之中心點或基板11之中心點，係亦可在幾乎不會對於基板11之處理工程造成影響的範圍內而具有些微差距。
又，藉由優先性地照射從圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b之側而來的離子束51，在對於圖案 溝49進行加工時，係能夠減輕在圖案溝49所形成之元件的陰影之影響。藉由此，係成為能夠將存在於TMR元件40之側壁處的再附著膜50中之存在於圖案溝49之底部附近處的部份有效率地除去地而將再附著膜50除去。
接著，參考圖7，針對在本實施形態之IBE裝置100中所具備的對於上述之各構成要素作控制之控制裝置20作說明。圖7，係為對於本實施形態中之控制裝置的構成作展示之區塊圖。
如圖7中所示一般，本實施形態之控制裝置20，例如，係具備有一般性之電腦和各種之驅動裝置。亦即是，控制裝置20，係具備有實行各種之演算、控制、判斷等的處理動作之CPU(未圖示)、和將藉由此CPU而被實行之各種控制程式等作儲存之ROM或HDD(未圖示)等。又，控制裝置20，係具備有將上述之CPU的處理動作中之資料或輸入資料等暫時性地作儲存之RAM、快閃記憶體或者是SRAM等之非揮發性記憶體等(未圖示)。在此種構成中，控制裝置20，係依據被儲存在上述ROM等中之既定的程式、或者是上位裝置之指令，而實行IBE。依據該指令，而對於放電時間、放電電力、對於柵極9之施加電壓、製程壓力以及基板支持器10之旋轉和傾斜等的各種製程條件作控制。又，亦可取得對於IBE裝置100內之壓力進行計測的壓力計(未圖示)或作為檢測出基板11之旋轉位置的位置檢測手段的位置感測器14等之感測器的輸出值，而能夠進行與裝置之狀態相 對應之控制。
又，控制裝置20，係作為因應於位置感測器14所檢測出之旋轉位置而對於基板11之旋轉速度作控制的旋轉控制手段，而具備有支持器旋轉控制部21。支持器旋轉控制部21，係具備有目標速度算出部21a、和驅動訊號產生部21b，並具備有基於基板11之旋轉位置和離子束51之射入方向間的位置關係來因應於基板11之旋轉位置而對於基板支持器10之旋轉部的旋轉作控制以對於基板11之旋轉速度作控制之功能。控制裝置20，係構成為從位置感測器14而受訊相關於基板11之旋轉位置的資訊。若是控制裝置20受訊上述相關於旋轉位置之資訊，則目標速度算出部21a，係基於從檢測出基板11之旋轉位置的位置感測器14而輸出之基板11之現在的旋轉位置之值，來算出在該位置處之目標旋轉速度。此目標旋轉速度之值，例如，係藉由將基板11之旋轉位置和目標旋轉速度之間的對應關係預先作為映射來保持，而能夠進行演算。驅動訊號產生部21b，係基於藉由目標速度算出部21a所算出的目標旋轉速度，而產生用以成為該目標旋轉速度之驅動訊號，並輸出至旋轉驅動機構22處。控制裝置20，係構成為將藉由驅動訊號產生部21b所產生的上述驅動訊號送訊至旋轉驅動機構22處。
另外，在圖7之例中，旋轉驅動機構22，係具備有驅動基板支持器10之馬達等的支持器旋轉驅動部22b、和基於目標值和從位置感測器14所輸出之實際值 (旋轉位置或旋轉速度)之間的偏差而決定支持器旋轉驅動部22b之操作值的反饋控制部22a，並藉由伺服機構而驅動基板支持器10。但是，反饋控制部22a係並非為本發明之必要的構成，又，馬達係亦可為DC馬達、AC馬達之任一者均可。旋轉驅動機構22，係基於從控制裝置20所受訊的驅動訊號，來驅動支持器旋轉驅動部22b，並使基板支持器10旋轉。
接著，針對圖1中所示之本實施形態之IBE裝置100的控制以及使用此裝置所實施之IBE方法作說明。
本實施形態之藉由該IBE裝置100所處理之基板，係如圖4中所示一般，準備例如在俯視時而使長方形之圖案具有一定之間隔地而在行方向以及列方向上整列形成者。將基板11，藉由未圖示之搬送手段、例如藉由在相鄰接之真空搬送腔處所具備之處理機器人，來通過基板搬送口16而載置於處理空間1內之基板支持器10上。基板搬送口16，係具備有未圖示之閘閥，該閘閥，係成為以不會使處理空間和相鄰接之真空搬送腔的氛圍相混合的方式來作隔離之構造。被載置之基板11，係使用缺口或定向平面而求取出基板11之旋轉開始位置。或者是，亦可藉由以光學攝像機等來讀取出被附加於基板11處之對位記號，來檢測出旋轉開始位置。旋轉開始位置，係可在將基板11載置於基板支持器10上之前而檢測出來，亦可在將基板11載置於基板支持器10上之後再檢測出來。 基於檢測出基板11之旋轉開始位置的結果，來進行在之後之IBE中的與柵極9和基板11之位置關係相對應的基板11之旋轉速度的控制。
接著，從氣體導入部5而將Ar等之稀有氣體，作為放電用氣體而導入至電漿產生部2之內部。在進行反應性IBE的情況時，係將氬氣、碳化氫氣體或氧化碳氣體等與稀有氣體一併導入至電漿產生部2之內部。
之後，從放電用電源12而供給高頻電力，並藉由電漿產生部2而進行放電。之後，對於柵極9施加電壓，並藉由電漿產生部2而拉出離子以形成離子束51。藉由柵極9而被拉出之離子束51，係藉由中和器13而被中和，並電性地成為中性。中和後之離子束51，係被照射至基板支持器10上之基板11處，並進行IBE。或者是，中和器13，係以使基板11成為電性中性的方式，來朝向基板11放出電子。
在將基板11載置於基板支持器10上之後，藉由使ESC電極動作，基板11係藉由靜電吸附而被固定。被載置在基板支持器10上之基板11，係為了適於進行TMR元件40之側壁的再附著膜50之除去而有所傾斜，例如係相對於柵極9而作60°之傾斜。傾斜角度，係藉由對於基板之圖案的形狀或尺寸、圖案溝之寬幅等作考慮，而決定為特定之角度。
在使載置有基板11之基板支持器10相對於柵極9而作了傾斜之後，基板支持器10係在基板11之面 內方向上而開始旋轉。位置感測器14係檢測出基板11之旋轉位置，並藉由與該檢測出之旋轉位置相對應地而進行之支持器旋轉控制部21之控制，來因應於位置感測器14所檢測出之旋轉位置而對於基板11之旋轉速度作控制。
以下，針對基板11之旋轉速度的控制作更詳細之說明。圖8，係為用以對於本實施形態之柵極9和基板11的位置關係以及基板11之相位作說明之圖。又，圖9、圖10，係為對於本實施形態的IBE工程中之基板之旋轉速度的控制映射作展示之說明圖。
使用圖8乃至圖10，對於本實施形態中之柵極9和基板11的旋轉位置關係作說明。圖8，係為模式性地展示對於被形成在基板11上之TMR元件40而照射離子束51的模樣之圖。基板11，係被載置在可旋轉之基板支持器10之上，在IBE工程中，係使基板支持器10相對於柵極9而傾斜。在本發明中，係如圖8中所示一般，將基板11之旋轉相位(旋轉角θ)，將缺口15視為基點而設為0°。又，將從缺口15而通過基板11之中心的缺口15之相反側的位置，定義為180°。另外，係從0°起而逆時針方向地定義90°以及270°。
在使用有本實施形態之裝置的IBE工程之其中一例中，係如同圖9以及下述式(1)中所示一般，以相對於基板11之旋轉相位θ而使基板11之旋轉速度ω成為正弦波的方式，來控制旋轉速度。
式(1)ω=Asin(4(θ-α))+B
式(2)A=a×B
亦即是，本發明之作為旋轉控制手段之支持器旋轉控制部21，係基於上述式(1)，而作為基板11之旋轉角θ的4倍週期之正弦波函數來算出旋轉速度ω。於此，A係為旋轉速度之振幅，並如式(2)中所示一般，為在基準速度B而乘上變動率a者。α係為相位差，藉由改變變動率a和相位差α，係能夠將基板面內之離子束的每一射入角之蝕刻量以及錐狀角度的分布最適化。另外，基板11之旋轉相位的範圍，係為0°≦θ<360°。
在圖9之例中，係針對相對於將基準速度B設定為ω0並將變動率a設為0以上之任意的數值且將相位差α設為22.5°時之基板旋轉相位的基板旋轉速度ω作展示。於此情況，係代表基板11之缺口15為位於0°、90°、180°、270°之位置時，基板旋轉數(旋轉速度)係變得最慢。
於此，對於使旋轉速度依存於旋轉相位而改變一事所導致的具體性之作用以及效果作說明。
在本實施形態中，針對TMR元件40為在基板11之從0°起朝向180°之方向以及從90°起朝向270°之方向上而並排形成的狀態作考慮。
在本實施形態中，係將基板11之旋轉速度，當離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側來射入時， 設為較當離子束51從其他方向側而射入時更慢。
具體而言，當基板旋轉位置為相對於柵極9而使柵極9之中心法線所投影在基板11表面上之線段會與圖案溝49所延伸存在之方向、例如與從缺口15所存在之從0°起朝向180°之方向相平行的情況時，係將基板之旋轉速度減慢。又，當使柵極9之中心法線所投影在基板11表面上之線段會與身為另一方之圖案溝49所延伸存在之方向的從90°起朝向270°之方向相平行的情況時，係將旋轉速度減慢。
如同前述一般，再附著膜50之由蝕刻所致的除去，係當離子束51為從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的情況時，能夠有效率地進行，當從其他方向側而射入的情況時，會有再附著膜50成為相鄰接之TMR元件40的陰影而無法有效率地進行的情況。在本例中，藉由將在從能夠有效率地進行再附著膜50之蝕刻除去的方向而來的離子束51射入時之基板11的旋轉速度設為較離子束51從其他之方向而射入時更慢，係能夠將從能夠有效率地進行之方向而射入的離子束51之能量設為較從其他方向而射入的離子束51之能量更大，相較於使基板11以等速度而旋轉的情況，係能夠以更低能量且更短時間來進行再附著膜50之除去。
當圖案溝49所延伸存在之方向係為複數，且依存於該方向而再附著膜50之蝕刻量係會產生差異的情況時，係亦可使在各方向上之蝕刻量更進而相異。例如， 針對當被形成在基板11上之TMR元件40的底面之形狀為在從0°而朝向180°之方向上具有長邊，且在從90°而朝向270°之方向上具有短邊，相較於短邊側之側壁係以長邊側之側壁為更難以被蝕刻的情況作考慮。於此情況，藉由將離子束51為朝從0°而朝向180°之方向以及從180°而朝向0°之方向來射入時的基板11之旋轉速度，設為較離子束51為朝從90°而朝向270°之方向以及從270°而朝向90°之方向來射入時之基板11的旋轉速度更慢，並進行旋轉，係能夠進行蝕刻量之調整。
在本實施形態中，係只要將圖9中所示之控制映射預先儲存在圖7之控制裝置20所具有的ROM等之記憶體中即可。如此這般，藉由將上述控制映射預先儲存在記憶體中，目標速度算出部21a，若是從位置感測器14而受訊相關於基板11之旋轉位置的資訊，則係參考被儲存在上述記憶體中之圖9所示的控制映射，並抽出與現在之基板11的旋轉角θ相對應之旋轉速度，再取得目標旋轉速度，並將該所取得的目標旋轉速度輸出至驅動訊號產生部21b處。故而，當基板11之旋轉角θ為0°、90°、180°、270°而離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側射入時，係能夠將基板11之旋轉速度控制為最慢，並且當旋轉角θ為45°、135°、225°、315°而離子束51從圖案溝49並未延伸存在之方向側射入時，係能夠將基板11之旋轉速度控制為最快。
基板支持器10之旋轉速度的變化，係亦可並 非如同圖9中所示之正弦函數一般而連續性變化。例如，亦可如圖10中所示一般，在基板11之旋轉角θ為0°~22.5°、67.5°~112.5°、157.5°~202.5°、247.5°~292.5°、337.5°~360°之範圍中而將基板之旋轉速度設為第1速度，並在旋轉角θ為22.5°~67.5°、112.5°~157.5°、202.5°~247.5°、292.5°~337.5°之範圍中而將基板之旋轉速度設為較第1速度更快之第2速度，來使用2個值而進行旋轉速度變化。
又，亦能夠如同當基板11之旋轉角θ為0°、90°、180°、270°時而使基板11之旋轉速度變得最慢，且將旋轉角θ為45°、135°、225°、315°時而使基板11之旋轉速度變得最快的方式，來階段性地使旋轉速度變化。
於圖11中，對於從圖案溝49所延伸存在之方向側來使離子束51射入的模樣之其中一例作展示。位置於所配列之圖案的最外周處之圖案，相較於內側之圖案係更容易被蝕刻。為了更進一步提昇圖案形狀之均一性，係亦可在圖案之最外周處形成假圖案。
(第2實施形態)
如同上述一般，在第1實施形態中，雖係以使從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的離子束照射量變多的方式，來進行使基板支持器10之旋轉速度變慢的控制，但是，係可將該基板支持器10之旋轉方向設為連續旋轉，亦可設為非連續脈衝旋轉。在本實施形態中，係針對該非 連續脈衝旋轉之形態作說明。
圖12，係為對於本實施形態的以非連續來使基板支持器10旋轉的情況時之對於基板旋轉之旋轉停止時間作控制的情況之說明圖。
當連續性地進行基板支持器10之旋轉的情況時，支持器旋轉控制部21，係如圖9中所示一般，依據式(1)來以在基板11進行1個旋轉(1周期)的期間中而使該基板11之旋轉速度(角速度ω)作4周期調變的方式，而以使基板11之旋轉速度作連續性變化的方式來產生驅動訊號。亦即是，支持器旋轉控制部21，係以使基板11連續性地旋轉的方式，而控制基板支持器10之旋轉。另外，在圖9中，f0係為從柵極9而來之離子束的基準照射量，ω0係為基準角速度。
另一方面，當非連續性地(時脈狀地)進行基板11(基板支持器10)之旋轉的情況時，支持器旋轉控制部21，係將旋轉停止時間s如同圖12中所示一般地作控制。亦即是，支持器旋轉控制部21，例如，係以使基板11在既定之複數之旋轉角θ處而將其旋轉停止，並在該些以外之旋轉角θ處而以一定之角速度(旋轉速度)來使基板支持器10之旋轉部旋轉的方式，而對於該基板支持器10之旋轉作控制。藉由此種控制，來以使基板11進行非連續性之旋轉的方式而對於基板11之旋轉速度作控制。另外，基板支持器10之旋轉部的旋轉速度，係可如同上述一般而為一定，亦可使其作改變。於此，針對當 將縱軸設為旋轉速度(角速度ω)並將橫軸設為時間t的情況時之角速度成為0的時間，稱作「旋轉停止時間s」。亦即是，所謂旋轉停止時間s，係指當使基板支持器10作非連續性之旋轉的情況時之使基板支持器10停止旋轉的時間。圖12中之s0，係為基準旋轉停止時間。
在本實施形態中，亦與第1實施形態相同的，其本質性特徵，係在於相對於柵極9而使被載置在基板支持器10上之基板11傾斜地定位，以及使從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的離子束照射量增多。如同上述一般，藉由當基板11位置在會使離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入時的該基板11之旋轉停止時間增長，係能夠得到與第1實施形態相同之效果。在本實施形態中，為了在使基板11(基板支持器10)作1個旋轉的期間中，將離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側來射入的情況(基板11之旋轉位置為0°、90°、180°、270°)時之旋轉停止時間增長，係使旋轉停止時間正弦性地作4周期調變。另一方面，係藉由將當離子束51從圖案溝49並未延伸存在之方向側而射入的情況時之基板11的旋轉停止時間縮短，來將在IBE工程中之從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的離子束51之能量設為較從圖案溝49並未延伸存在之方向側而射入的離子束51之能量更大。又，當在長邊方向和短邊方向之圖案溝49處而發現有蝕刻量之差異的情況時，例如，當產生有長邊側之圖案溝49為淺而短邊側之圖案溝49為深等之形狀差的情 況時，係藉由將長邊側之旋轉停止時間更進而增長而增加離子束照射量，圖案溝49之深度係成為均一，而能夠對於細微圖案之形狀均一地加工。為了使形狀之均一性成為良好，較理想，係將以基板11作為中心而相對稱之旋轉位置(例如135°和315°)的旋轉停止時間設為相等。
(第3實施形態)
在第1以及第2實施形態中，雖係針對對於基板支持器10之旋轉速度作控制的形態而作了說明，但是，在本實施形態中，係藉由對於從圖1中所示之IBE裝置100的放電用電源12所供給制RF天線6處之電力作控制，來控制對於基板11之離子束照射量，並將TMR元件40之側壁的再附著膜50除去。在IBE工程中，離子束照射量係與在電漿產生部2處所形成之電漿的電漿密度有所關連。故而，藉由使供給至RF天線6處之電力改變，係成為能夠使電漿產生部2之電漿密度改變。藉由此，係能夠因應於基板11之旋轉相位而使離子束照射量改變。
在本實施形態中，亦與第1實施形態相同的，其本質性特徵，係在於相對於柵極9而使被載置在基板支持器10上之基板11傾斜地定位，以及在IBE工程中將從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的射入至基板11之離子束51的能量設為較從其他方向側而射入至基板11之離子束51的能量更大。
圖13，係為本實施形態之控制裝置20的區塊 圖。在本實施形態中，控制裝置20，係具備有作為因應於位置感測器14所檢測出之旋轉位置而對於供給至電漿產生手段之功率(電力)作控制的電力控制手段之功率控制部23。功率控制部23，係具備有目標功率算出部23a、和輸出訊號產生部23b，並具備有基於基板11之旋轉位置和離子束51之射入方向間的位置關係來對於供給至電漿產生手段之功率(電力)作控制之功能。
控制裝置20，係構成為從位置感測器14而受訊相關於基板支持器10之旋轉位置的資訊。若是控制裝置20受訊上述相關於旋轉位置之資訊，則目標功率算出部23a，係基於從檢測出基板支持器10之旋轉位置的位置感測器14而輸入之基板支持器10之現在的旋轉位置之值，來算出在該位置處之目標功率(目標電力)。此目標功率之值，例如，係藉由將基板支持器10之旋轉位置和目標功率之間的對應關係預先作為映射來保持在控制裝置20所具有之記憶體等之處，而能夠進行演算。輸出訊號產生部23b，係基於藉由目標功率算出部23a所算出的目標功率，而產生用以成為該目標功率之輸出訊號，並輸出至放出用電源12處。控制裝置20，係構成為將藉由輸出訊號產生部23b所產生的上述輸出訊號送訊至電源12處。
另外，在圖13之例中，電源12，係具備有對於作為電漿產生手段之RF天線6供給電力的功率輸出部12b、和基於目標值和從位置感測器14所輸出之實際值 (旋轉位置或旋轉速度)之間的偏差而決定功率輸出部12b之操作值的反饋控制部12a。但是，反饋控制部12a係並非為本發明之必要的構成。
在本實施形態中，係亦與第1實施形態相同，基板支持器10之旋轉方式，係可為連續旋轉，亦可為非連續脈衝旋轉。
圖14，係為關於在本實施形態之對於供給至電漿產生手段之供給電力作控制的情況時而以連續來使基板11(基板支持器10)進行旋轉的情況中之基板11的旋轉速度之控制映射，圖15，係為關於在本實施形態之對於供給至電漿產生手段之供給電力作控制的情況時而以非連續來使基板11(基板支持器10)進行旋轉的情況時之說明圖。當以非連續來使基板11旋轉的情況時，係亦可將對於電漿產生手段之供給電力設為一定，並藉由使旋轉停止時間改變，來進行與旋轉角θ相對應之離子束照射量的控制。
在圖14之實施形態中，功率控制部23，係能夠使用與前述式(1)相同之4倍周期正弦波函數，來算出與基板11之旋轉角θ相對應的放電用功率。亦即是，功率控制部23，係以在基板11(基板支持器10)作1個旋轉的期間中而使對於電漿產生手段之供給電力作4周期調變的方式，來產生輸出訊號。此時，對於電漿產生手段之供給電力，係可平滑地作連續性變化，亦可使其具有寬幅地而作階段性之變化。功率控制部23，係只要如圖 14、圖15中所示一般，藉由在離子束51會從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的旋轉角θ=0°、90°、180°、270°時，將所供給之功率(電力)設為最大值，而使對於基板11之離子束照射量成為最大，並在上述之旋轉角以外時，藉由將功率縮小，而使對於基板11之離子束照射量減少，來對於放電用電源12進行控制即可。
如此這般，在本實施形態中，係藉由以相對於柵極9而使被載置在基板支持器10上之基板11傾斜地定位以及使從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的離子束照射量變大的方式來對於供給至RF天線6之供給電力作控制，而能夠得到本發明之效果。又，為了使形狀之均一性成為良好，較理想，係將以基板11作為中心而相對稱之旋轉位置(例如135°和315°)處的施加電壓設為相等。
(第4實施形態)
在第3實施形態中，雖係針對藉由對於供給至身為電漿產生手段之RF天線6的供給電力作控制來有效率地除去TMR元件40之側壁的再附著膜50之方法作了敘述，但是，在本實施形態中，係藉由使束拉出電壓改變，而進行再附著膜50之除去。在IBE工程中，係藉由當在電漿產生部2處而形成了電漿之後所施加於柵極9處之電壓，來將電漿產生部2之離子拉出並形成束。於此，從電漿產生部2所拉出之離子束51的能量，由於係依存於束拉出 電壓，因此，係藉由使該電壓配合於基板11之旋轉相位而改變，來進行細微圖案之溝的加工。
以下，使用圖1，對於本實施形態中之束拉出電壓作說明。
通常，基板支持器10以及第3電極9c係成為接地電位。因此，離子束中之各離子的能量，係藉由被施加於第1電極9a處之正的電壓而被決定。故而，在本實施形態中，被施加於第1電極9a處之電壓，係成為束拉出電壓。以下，對於藉由使此被施加於第1電極9a處之電壓改變來使束拉出電壓改變的情況之實施形態作說明。
在本實施形態中，亦與先前之實施形態相同的，其本質性特徵，係在於藉由使束拉出電壓改變，來在IBE工程中將從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入至基板11之的離子束51之能量設為較從其他方向側而射入至基板之離子束51的能量更大。
圖16，係為本實施形態之控制裝置20的區塊圖。在本實施形態中，控制裝置20，係具備有作為因應於位置感測器14所檢測出之旋轉位置而對於施加於第1電極9a處之電壓(束拉出電壓)作控制的電壓控制手段之施加電壓控制部24。施加電壓控制部24，係具備有目標電壓算出部24a、和輸出訊號產生部24b，並具備有基於基板11之旋轉相位和離子束51之射入方向間的位置關係來對於第1電極9a之施加電壓作控制之功能。
控制裝置20，係構成為從位置感測器14而受訊相關於基板支持器10之旋轉位置的資訊。若是控制裝置20受訊上述相關於旋轉位置之資訊，則目標電壓算出部24a，係基於從檢測出基板支持器10之旋轉相位的位置感測器14所輸入之基板支持器10之現在的旋轉相位之值，來算出在該位置處之目標電壓。此目標電壓之值，例如，係藉由將基板支持器10之旋轉位置和目標電壓之間的對應關係預先作為映射來保持在控制裝置20所具有之記憶體等之處，而能夠進行演算。輸出訊號產生部24b，係基於藉由目標電壓算出部24a所算出的目標功率，而產生用以成為該目標電壓之輸出訊號，並輸出至第1電極用電源17處。控制裝置20，係構成為將藉由輸出訊號產生部24b所產生的上述輸出訊號送訊至第1電極用電源17處。
另外，在圖16之例中，第1電極用電源17，係具備有對於第1電極9a施加電壓之施加電壓輸出部17b、和基於目標值和從位置感測器14所輸出之實際值(旋轉位置或旋轉速度)之間的偏差而決定施加電壓輸出部17b之操作值的反饋控制部17a。但是，反饋控制部17a係並非為本發明之必要的構成。
在本實施形態中，係亦與第1實施形態相同，基板支持器10之旋轉方式，係可為連續旋轉，亦可與第2實施形態相同而為非連續脈衝旋轉。
圖17，係為在本實施形態之對於束拉出電壓 (亦即是對於第1電極9a之施加電壓)作控制的情況中而以等速度來使基板11(基板支持器10)進行連續旋轉的情況時之說明圖，圖18，係為在本實施形態之對於束拉出電壓(亦即是對於第1電極9a之施加電壓)作控制的情況中而以非連續來使基板11(基板支持器10)進行旋轉的情況時之說明圖。當以非連續來使基板旋轉的情況時，係亦可將對於第1電極9a之施加電壓設為一定，並藉由使旋轉停止時間改變，來進行與旋轉角θ相對應之離子束照射量的控制。
在圖17、圖18之實施形態中，施加電壓控制部24，係能夠使用與前述式(1)相同之4倍周期正弦波函數，來算出與基板11之旋轉角θ相對應的施加電壓。亦即是，施加電壓控制部24，係以在基板11(基板支持器10)作1個旋轉(1周期)的期間中以使束拉出電壓作4周期調變的方式，來產生輸出訊號。此時，束拉出電壓，係可平滑地作連續性變化，亦可使其具有寬幅地而作階段性之變化。例如，施加電壓控制部24，係如圖17、圖18中所示一般，藉由在身為第1狀態之旋轉角θ=0°、90°、180°、270°時而將對於第1電極9a所施加之電壓設為最大值，來使離子束51之能量成為最大，從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的離子束照射量係變多。只要以藉由將當離子束51從圖案溝49並未延伸存在之方向側而射入時的電壓縮小而使離子束51之能量變小的方式，來對於第1電極用電源17作控制即可。在將離子束51之能 量縮小時，係亦可將施加於第1電極9a處之電壓設為0，而停止對於基板11之離子束51的照射。
如此這般，在本實施形態中，係藉由以相對於柵極9而使被載置在基板支持器10上之基板11傾斜地定位以及使從圖案溝49所延伸存在之方向側而來的離子束照射量變多的方式來藉由施加電壓控制部24而對於第1電極用電源17之施加電壓作控制，而能夠得到本發明之效果。又，為了使形狀之均一性成為良好，較理想，係將以基板11作為中心而相對稱之旋轉位置(例如135°和315°)處的供給電力設為相等。
在本實施形態中，雖係藉由使被施加於第1電極9a處之電壓改變來使束拉出電壓改變，但是，亦可藉由其他方法來使束拉出電壓改變。例如，亦可在第3電極9c處施加較第1電極9a更低之正的電壓，並藉由使施加於第3電極9c處之電壓改變，而使束拉出電壓改變。又，亦可藉由使施加於基板支持器10處之電壓改變，來使離子束51射入至基板11時之能量改變。
又，在本實施形態中，柵極9係並非絕對需要由3枚之電極來構成。此係因為，如同上述一般，本實施形態之本質，係在於使離子束51之能量因應於基板11之旋轉相位而改變一事之故。
在以上之本發明之實施形態中，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可作各種之變更。
在本發明中，被形成在基板11上之TMR元 件40的配列，係並非僅限於所例示之將直方體形狀的圖案使縱橫兩端對齊地來使圖案溝49相正交的方式而進行配列，亦可為如同圖19(a)、(b)中所示一般之線和空間(line and space)形狀。圖19(b)，係為圖19(a)中之以31所示的區域之擴大圖。又，圖19(c)，係為圖19(b)中之A-A’剖面圖。又，在圖19中，19係為定位平面，32係為稜線，33係為谷線，谷線33係相當於本發明之圖案溝49。進而，在圖19中，34係為基板11之表面，35係為背面。關於本發明所被適用之基板11之表面的剖面形狀，除了圖19(c)中所示之正弦波形狀以外，亦可對於圖20(a)中所示之矩形波形、圖20(b)中所示之三角波形、圖20(c)中所示之梯形波形等作適用。本發明，係藉由對於被形成了此種圖案溝49之後的基板11使用本發明，而能夠將附著於圖案之側壁上的再附著膜有效率地除去。
又，如圖21中所示一般，亦可對於將直方體形狀之圖案於傾斜方向上作了配列者作適用。於此情況，如同圖21中所示一般，圖案溝49所延伸存在之方向102a、102b亦係相互傾斜地相交。
本發明，係並不僅限於所例示之MRAM用之TMR元件，亦可對於像是HDD用磁頭、HDD用磁性記錄媒體、磁性感測器、發光元件、壓電元件、相變化元件、電阻變化元件等之各種裝置作利用。此係因為，係能夠對於此些之裝置，而在形成既定之圖案後，將附著在其側壁 上之再附著膜從沿著圖案溝之方向側來藉由離子束51而有效率地除去之故。
在上述之本發明之各實施形態中，其本質性特徵，係在於以使從前述被形成在基板11上之圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的離子束51之能量設為較從其他方向側而射入之離子束51的能量更大的方式，來進行IBE。藉由使用上述之各實施形態，係能夠使從各方向所射入之離子束51的能量改變。
(第5實施形態)
在本實施形態中，係配合於第1實施形態中之基板11的旋轉速度，而使相對於柵極9之基板11的傾斜角度改變。以下，使用圖22，針對本實施形態之詳細內容作說明。
圖22，係對於使基板11之旋轉速度因應於其之旋轉位置而改變的模樣作展示。進而，相對於柵極9之基板11的傾斜角度，係以40°作為基準，而在20°~60°之範圍中改變。，較理想，係在基板11之旋轉速度變得最慢的狀態下而變為最大，並在基板11之旋轉速度變得最快的狀態下而變為最小。藉由進行此種控制，當離子束51從基板11之圖案溝49所延伸存在之方向側而射入時，係將附著在TMR元件40之側壁上的再附著膜50等有效率地除去，另一方面，在離子束51難以射入的狀態下，係藉由使離子束51從相對於基板11之表面而接近於 垂直的角度來射入，而成為能夠並不被相鄰接之TMR元件40所妨礙地來進行再附著膜50之蝕刻。
(第6實施形態)
在上述之實施形態中，主要係針對相對於基板11之旋轉相位而使射入至基板11之離子束51的能量以正弦函數來改變的情況作展示。相對於此，在本實施形態中，係僅在離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的狀態時，將基板旋轉停止。
圖23，係對於使基板11之旋轉停止時間因應於旋轉位置而改變的模樣作展示。僅在離子束51從身為圖案溝49所延伸存在之方向的0°、90°、180°、270°之方向側而射入時，使基板旋轉停止，並在將離子束51作了一定時間之照射後，再度進行旋轉。實際之元件分離後的TMR元件40之側壁，係相對於基板11而具備有一定之傾斜角度，又，在射入至基板11處之離子束51中，亦存在有輻散，因此，在實施了本實施形態的情況時，也會對於TMR元件40之側壁的再附著膜50而照射離子束51。
亦可除了僅在離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入的狀態時才將基板11之旋轉停止一事以外，亦組合如同在第3實施形態或第4實施形態中所述一般之離子束照射量或離子束電壓的變化。於此情況，係僅當離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入時，將射入至基板11之離子束51的能量增大，並在此以 外的情況時，將離子束51之能量縮小。
(第7實施形態)
使用圖24，針對本實施形態之發明作說明。圖23，係對於使基板11之旋轉停止時間因應於旋轉位置而改變，並進而亦使對於柵極9中之第2電極9b所施加之電壓作改變的模樣作展示。在第6實施形態中，雖係構成為僅當離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側射入時，將基板11之旋轉停止，並對於基板11照射離子束51，但是，在本實施形態中，其特徵在於，係除此之外，進而在離子束51從圖案溝49並未延伸存在之方向側射入時，將對於基板11之離子束51的射入作了抑制。
在本實施形態中，係藉由對於柵極9之第2電極9b的電壓作控制，來進行對於基板11之離子束照射量的控制。藉由電漿產生部2所產生的正離子，係藉由在第1電極9a和第2電極9b之間所形成的電位差而被加速，並朝向基板11前進。當第1電極9a之電壓為較第2電極9b之電壓更低的情況時，正離子由於係受到從第2電極9b而朝向第1電極9a之方向的力，因此對於柵極9之通過係被限制。
本實施形態，係利用此作用，而當離子束51從圖案溝49所延伸存在之方向側射入時，將第2電極9b之電壓設為較第1電極9a更低而使離子朝向基板11加速，並當離子束51從圖案溝49並未延伸存在之方向側射 入時，將第2電極9b之電壓設為較第1電極9a更高而將離子關閉在電漿產生部2中。
若依據本實施形態，則由於係並不將難以射入至被形成在TMR元件40之側壁上的再附著膜50處之離子束51對於基板11作照射，因此係成為能夠將在IBE工程中之TMR元件的形狀或尺寸精確度之劣化降低。
在上述之實施形態中，雖係將全部之形成在基板11上的TMR元件40之底面形狀模式性地設為長方形，但是，當然的，就算其為橢圓形，也能夠藉由實施本發明而得到本發明之效果。在以上之本發明之其中一種實施形態中，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可作各種之變更。
另外，針對在第3實施形態中之射入至基板11的離子束51之能量，係可藉由觀察在第1電極9a中所流動之電流而作確認。藉由電漿產生部2所產生之電漿中的一部分，係流入第1電極9a中，在第1電極9a中係流動電流。由於在第1電極9a中所流動之電流係與藉由電漿產生部2所產生之電漿的量成正比，因此，藉由對於在第1電極9a中所流動之電流作觀察，係能夠對射入至基板11的離子束51之能量作觀察。
不論在何者之實施形態中，於IBE工程中的離子束51之能量，均係能夠藉由求取出身為對於基板11而照射離子束51之時間T和被施加於第1電極9a處之電壓V以及在第1電極9a中所流動之電流I的乘積之電力 W=V．I．T，而計算出來。
又，針對從圖案溝49所延伸存在之方向側而射入基板11之離子束51的能量、和從圖案溝49並未延伸存在之方向(圖案溝49所延伸存在之方向的中間方向)側而射入基板11之離子束51的能量，亦可藉由求取出電力W，來進行比較。在被配列於行方向以及列方向上之圖4中所示之圖案的情況時，係可藉由求取出當離子束51之射入方向為位置在基板相位之0°~22.5°、67.5°~112.5°、157.5°~202.5°、247.5°~292.5°、337.5°~360°之方向的情況時之IBE工程中之電力的合計，和當位置在22.5°~67.5°、112.5°~157.5°、202.5°~247.5°、292.5°~337.5°之方向的情況時之IBE工程中之電力的合計，來進行比較。
使用圖25，對於能夠適用本發明之製造方法之TMR元件的層積構造之其中一例作說明。圖25，係對於在膜厚方向上而使強磁性層磁化之P-TMR元件80的層積構造之模式圖作展示。P-TMR元件，首先，係在基板81之上，作為緩衝層82、83而成膜RuCoFe層、Ta層。於其上，作為自由層84而成膜身為強磁性層之CoFeB層，並形成作為隧道阻障層85之MgO層。隧道阻障層85，係為了得到高的MR比，而以MgO為合適。除此之外，亦可為含有鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、鍺(Ge)之至少1個或2個以上之氧化物。於其上，作為第1參考層(reference layer)86 而成膜身為強磁性層之CoFe層，作為第2參考層87而成膜身為強磁性層之CoFeB層，作為配向分離層88而成膜Ta層、第3參考層89。第3參考層89，係由Co和Pd之層積構造所成，在本實施例中，係將Co/Pd交互地各層積了4層之後，成膜Co。
接著，作為非磁性中間層90，成膜Ru層，作為第4參考層91、帽層92，而成膜Ta層。第4參考層91，係由Co/Pd之層積構造所成，並將Co和Pd交互地各層積14層。
9‧‧‧柵極
10‧‧‧基板支持器
11‧‧‧基板
15‧‧‧缺口
51‧‧‧離子束

Claims (10)

  1. 一種磁阻效應元件之製造方法，該磁阻效應元件，係具備有2個的強磁性層、和位置在前述2個的強磁性層之間之隧道阻障層，該磁阻效應元件之製造方法，其特徵為，係具備有：準備使前述磁阻效應元件以一定之間隔而在行方向以及列方向上作整列並被形成之基板之工程；和將前述元件之側壁藉由從柵極所拉出之離子束來進行離子束蝕刻之離子束蝕刻工程，前述磁阻效應元件，當從前述基板之鉛直方向來作觀察時，係為四角形，並以使前述四角形之各邊會成為與前述行方向以及列方向相平行的方式而被作配置，前述離子束蝕刻工程，係使前述基板相對於前述柵極而傾斜地定位，僅從被形成在前述基板上之前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而進行射入。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，在前述離子束蝕刻工程中，係使前述基板在其面內方向旋轉，將前述基板之旋轉速度，在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時，設為較從其他方向側而使離子束射入時更慢。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之磁阻效應元件之 製造方法，其中，係使在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時之相對於前述柵極之前述基板的傾斜角度，設為較從前述其他方向側而使離子束射入時之相對於前述柵極之前述基板的傾斜角度更大。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，在前述離子束蝕刻工程中，係使前述基板在其面內方向旋轉，前述基板之旋轉，係反覆進行旋轉以及旋轉之停止，將前述基板之旋轉停止時間，在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時，設為較從其他方向側而使離子束射入的情況時而更長。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，在前述離子束蝕刻工程中，係使前述基板在其面內方向旋轉，藉由控制對於用以使前述離子束產生之電漿源所施加的電力，來將從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而射入的離子束之離子密度，設為較從其他方向側而射入的離子束之密度更高。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，在前述離子束蝕刻工程中，係使前述基板在其面內方 向旋轉，前述柵極，係具備有拉出電極、加速電極以及接地電極，將施加於前述拉出電極處之電壓，在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時，設為較從其他方向側而使離子束射入的情況時而更高。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，在前述離子束蝕刻工程中，係使前述基板在其面內方向旋轉，前述基板之旋轉，係反覆進行旋轉以及旋轉之停止，在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時，將前述基板之旋轉停止。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，前述柵極，係具備有拉出電極、加速電極以及接地電極，將前述加速電極之電壓，在從前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而使離子束射入時，設為較前述拉出電極之電壓更低，並在從其他方向側而使離子束射入時，設為較前述拉出電極之電壓更高。
  9. 如申請專利範圍第1~8項中之任一項所記載之磁阻效應元件之製造方法，其中，前述基板，係相對於前述柵極和前述基板為相平行之 狀態而具有30°~70°之傾斜地來作旋轉。
  10. 一種裝置之製造方法，其特徵為，係具備有：準備使裝置以一定之間隔而在行方向以及列方向上作整列並被形成之基板之工程；和對前述裝置之側壁，而藉由從柵極所拉出之離子束來進行離子束蝕刻之離子束蝕刻工程，前述離子束蝕刻工程，係使前述基板相對於前述柵極而傾斜地定位，前述裝置，當從前述基板之鉛直方向來作觀察時，係為四角形，並以使前述四角形之各邊會成為與前述行方向以及列方向相平行的方式而被作配置，僅從被形成在前述基板上之前述四角形之各邊所延伸存在之方向側而進行射入。
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