JP2012129224A - イオンビームエッチング方法、イオンビームエッチング装置、コンピュータプログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】シャッターの形状や導電性などシャッター装置の種類に関わらず、基板電位の変動を抑制し、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏsｔａｔｉｃ Ｄａｍａｇｅ）の発生を防ぐことができるイオンビームエッチング方法を提供する。
【解決手段】開閉移動するシャッター５を備えるイオンビームエッチング装置を用い、シャッター５が閉位置５ａから開位置５ｂに移動するとき、イオン源から放出されるイオンビームの量を一定にするとともに、中和器から放出される電子の量をシャッターの移動前と比べて一旦減量した後に増量することで基板電位の変動を抑制するイオンエッチング方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームエッチング方法、イオンビームエッチング装置及びコンピュータプログラム、記録媒体、半導体素子の製造方法に係り、特に、ＥＳＤの発生を防ぐことができるイオンビームエッチング方法、イオンビームエッチング装置及びコンピュータプログラム、記録媒体に関する。

イオンビームエッチング処理は、基板ホルダーに配置された非エッチング基板（以下、基板とする）に正イオン（イオンビーム）を照射してエッチングする処理方法である。イオンビームエッチング装置は、プラズマ中から引き出し電極によって正イオンを引き出すイオン源と、イオン源に正対した位置にあって真空中で基板を保持する基板ホルダーを備えている。一般的にはさらに、イオン源から引き出された正イオンに対して電子を放出する電子源（中和器あるいはニュートラライザ）と、イオン源と基板ホルダーの中間にあってイオンビームを遮蔽するシャッター装置と、処理室を真空に排気する排気装置を備えている（例えば、特許文献１参照）。

引き出されたイオンビームによって基板はエッチングされるが、その際、正電荷のイオンビームによって基板に正電位が発生する。この正電位によって基板上に形成されている絶縁膜が損傷を受けることがある。一般的に、この基板素子の損傷は静電ダメージ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄａｍａｇｅ；ＥＳＤ）と呼ばれている。特に、ＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの数ｎｍの絶縁膜を有する素子は、静電ダメージを受けるおそれがあるため、それらの素子の加工工程では基板電位の変動が抑制されることが望ましい。

エッチング処理中の基板電位の変動は、引き出し電極と基板の間に正電位を中和する電子を放出することで抑制している。電子は、イオン源の引き出し電極付近に配置されている中和器から放出される。放出される電子の量は、基板電位が所望の値になるように調整される。エッチング処理の開始と終了は、シャッターの開閉によって制御されるが、シャッターの動作中はシャッター開度によって、基板に入射するイオンビーム量と電子量がそれぞれ変動する。このとき、基板に入射するイオンビーム量と電子量のバランスが崩れると基板電位が変動する。

説明のため、中和器から放出される電子量（中和電流２１ａ）を一定として、シャッターを開放したときの基板電位（モニター電圧２１）の測定結果を図５に示す。図５中、Ａ点はシャッターが開動作を開始したタイミングであり、Ｄ点はシャッターの開動作が完了したタイミングである。基板電位２１はシャッターの動作中に大きく変動していることがわかる。このため、シャッターの動作状態による基板電位の変動を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、シャッター開動作時にイオン源の出力を制御することで基板電位の変動を下げる技術が開示されている。具体的には、シャッター開時の基板電位の中和不足を解決するために、シャッター開閉時にイオンビームの放出量またはイオンビームの加速電圧を減量制御することが示されている。
特許文献２には、シャッターに流れ込む電子を、シャッター板に逆電圧を印加することで抑制する技術が開示されている。すなわち、シャッターへの電子の流れ込みを防ぐことで、シャッター閉時に生じる中和不足を軽減することが示されている。

特開２００２−３５３１７２号公報 特開２００２−０７５９６８号公報

しかしながら、特許文献１において適用される装置は、シャッター装置によってイオンビームと電子を基板側の空間から完全に遮蔽できる構成であるため、シャッター閉時にはイオン源とシャッター間の密閉された狭い空間にイオンビームと電子（すなわちプラズマ）が閉じ込められる。このため、シャッター閉時においても基板側の空間とプラズマが生じる空間を遮蔽しないシャッター装置、言い換えるとシャッター閉時においてもプラズマの回り込みは遮蔽しないシャッター装置においては同様の効果を得ることができないという問題があった。
また、特許文献１に開示された技術は、イオンビーム量を変動させるため、シャッター開閉動作中の基板のエッチング量が大きく変動し、基板上に形成された素子の品質が変動するおそれがあった。さらに特許文献２に開示された技術は、シャッター板に電圧を印加するが、シャッター閉時においてもプラズマの回り込みを遮蔽しないシャッター装置のように電子が流れにくいシャッター装置には適用が難しいという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、シャッター板の形状や導電性などシャッター装置の種類に関わらず、基板電位の変動を抑制し、ＥＳＤの発生を防ぐことができるイオンビームエッチング方法、イオンビームエッチング装置、コンピュータプログラム、記録媒体を提供することを目的とする。また、本発明は基板上に形成された素子の品質を安定させることができるイオンビームエッチング方法、イオンビームエッチング装置、コンピュータプログラム、記録媒体を提供することを目的とする。

本発明に係るイオンビームエッチング方法は、基板ホルダーに向けて、イオンビームを放出するイオン源と、イオンビームに向けて電子を放出する中和器と、イオン源から基板ホルダーに向けて放出されたイオンビームを遮蔽する閉位置及び、イオン源から基板ホルダーに向けて放出されたイオンビームを遮蔽しない開位置の間を移動できるシャッターとを備えるイオンビームエッチング装置を用いて基板ホルダーに配置された基板をエッチングするイオンエッチング方法であって、シャッターが閉位置から開位置に移動するとき、イオン源から放出されるイオンビームの量を一定にするとともに、中和器から放出される電子の量を徐々に減量する第１の工程と、イオン源から放出されるイオンビームの量を第１の工程での量と同じにするとともに、中和器から放出される電子の量を徐々に増量する第２の工程とを有することを特徴とする。
或いは本発明に係るイオンビームエッチング装置は、基板ホルダーに向けて、イオンビームを放出するイオン源と、イオンビームに向けて電子を放出する中和器と、イオン源から基板ホルダーに向けて放出されたイオンビームを遮蔽する閉位置及び、イオン源から基板ホルダーに向けて放出されたイオンビームを遮蔽しない開位置の間を移動できるシャッターと、イオン源と中和器とシャッターの動作を制御するコントローラとを有するイオンビームエッチング装置であって、コントローラは、シャッターが閉位置から開位置に移動する間に、イオン源から放出されるイオンビームの量を一定にするとともに、中和器から放出される電子の量を徐々に減量し、その後、イオン源から放出されるイオンビームの量を一定にするとともに、中和器から放出される電子の量を徐々に増量する制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、シャッターの形状に関わらず、基板電位の変動を抑制し、ＥＳＤの発生を防ぐことができるイオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置を提供することができる。また、本発明によれば、基板上に形成された素子の品質を安定させることができる。

本発明に適用可能なイオンビームエッチング装置の概略図である。 図１のＩ−Ｉ断面矢視図である。 本発明を実施したときの中和電流と基板電位の測定結果である。 本発明に係るイオンビームエッチング装置において、シャッターの開動作時に実行される制御工程のフローチャートである。 電子量を一定としてシャッターの開放動作をしたときの基板電位の測定結果である。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

図１乃至４は本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチング装置又はイオンビームエッチング方法について説明した図であり、図１はイオンビームエッチング装置の概略図、図２は図１のＩ−Ｉ断面矢視図、図３は中和電流と基板電位の測定結果、図４はシャッターの開放動作時に実行される制御工程のフローチャートである。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略されている。

まず、図１、２に基づいてはイオンビームエッチング装置の概略構成を説明する。なお、図２ではシャッター５の裏側にある基板ホルダー４などは破線で示し、中和器２やコントローラ７を省略した。イオンビームエッチング装置は、真空容器１、引き出し電極２ａによってプラズマ中から正イオン（イオンビーム２ｂ）を引き出すイオン源２、基板電位を中和するための電子３ａ（中和電子）を放出する中和器３、イオン源２からのイオンビーム２ｂを照射できる位置で基板４ａを保持する基板ホルダー４、イオン源２と基板ホルダー４の中間にあってイオンビーム２ｂをシャッター５によって遮蔽するシャッター装置６、真空容器１内を真空排気する排気装置８を有して構成される。また、中和器３やイオン源２、基板ホルダー４、シャッター装置６などはコントローラ７を介して制御されている。プラズマ中から引き出されたイオンビーム２ｂを基板ホルダー４に配置された基板４ａに向けて放出して、基板をエッチングするイオンエッチング処理を行うことができる。

イオン源２は、内部にプラズマを発生させることができるイオン源容器、イオン源容器内にＡｒガスを導入するガス導入装置、誘電体を介してイオン源容器内部にプラズマを生成するためのループアンテナとループアンテナに高周波電力を供給するプラズマ発生装置（いずれも不図示）、イオン源容器内のプラズマから正イオンを引き出すことができる引き出し電極２ａとを有して構成されている。引き出し電極２ａは複数で構成されており、それぞれの引き出し電極２ａに所定の電圧を印加することで正イオンを加速してイオンビーム２ｂを取り出すことができる。

中和器３は、イオン源２から基板４に向かうイオンビーム２ｂに対して電子３ａを照射できる位置に配置されている。本実施形態ではホローカソードタイプの中和器が採用されている。中和器２は、片端が閉じて他端が開いた円筒の電極（ホロー陰極）と、このホロー電極内に発生させたプラズマから電子を取り出して真空容器１内に電子として放出する電極と（いずれも不図示）を有して構成されている。もちろん、中和器としてホローカソードタイプ以外にも、フィラメント、マイクロ波など発生方法の異なる各種形式を採用することができる。

基板ホルダー４は、基板４ａを保持する装置と、基板４ａの近傍にあって表面電位をモニターする電気的に浮いたフローティング電極４ｂを備えている。また、基板ホルダー４は公転軸４ｃを介して真空容器１に対して傾斜（公転）と自転が可能に取り付けられている。公転軸４ｃは、内部に自転のための回転力を基板ホルダー４に伝達する自転駆動軸や基板４ａを保持する装置に供給される電力供給経路が構成されている（いずれも不図示）。なお、公転軸４ｃを回転させることで基板ホルダー４を傾斜させて基板４ａに入射するイオンビームの角度を調整できる。公転軸４ｃは真空容器１に取り付けられたホルダー駆動装置４ｄによって回転制御される。

シャッター装置６は、シャッター駆動装置６ａを制御することで、シャッター５を閉位置５ａから開位置５ｂまで連続的に移動制御することができる装置であり、シャッター５とシャッター駆動装置６ａとを有してなる。シャッター５は断面円弧状に湾曲した板状部材である。湾曲した内側に基板ホルダー４が配置されており、シャッター駆動装置６ａによって基板ホルダー４の周りを移動させることができる。シャッター５の幅は、イオン源２から基板に向かって放出されるイオンビーム２ｂの幅よりも広く構成されている。

なお、円弧状に湾曲したシャッター５に替えて平板状のシャッター板を回転させるシャッター装置を用いてもよい。ただし、シャッター５に替えて用いるシャッター板は、シャッター閉時（イオンビーム遮蔽時）においても基板側へのプラズマの回り込みを遮蔽しない構成のシャッター板であれば、本実施形態のシャッター５に変えて用いることができる。ただし、シャッター５の形状として、円弧状に湾曲した形状は平板状に比べて真空容器１内の構造物に干渉しにくいという利点と、シャッターを基板ホルダーの裏側に移動させた位置が閉じた状態なのでシャッター板の退避スペースを必要としないという利点がある。このため、真空容器１（イオンビームエッチング装置）を小型化できる。また、本実施形態のイオンビームエッチング装置ではシャッター５の回転軸は公転軸４ｃの回転軸と平行に配設されているが、シャッター５の回転軸と公転軸４ｃの回転軸が交わるように配置してもよい。

本実施形態におけるイオンビームエッチング装置は、シャッター５の閉位置５ａにおいても、イオン源２と中和器３とシャッター板５の間を密閉する構造ではなく、イオン源２の正面にあってイオンビーム２ｂが放出されない方向には空間（シャッター５と真空容器１の壁面との隙間）がある構造となっている。このため、閉位置５ａではイオン源２とシャッター５の間の空間にイオンビーム２ｂと電子３ａとプラズマが混在し、プラズマと電子３ａの一部は拡散により閉位置５ａのシャッター５の裏側にある基板ホルダー４まで到達することができる。ここでいうプラズマは、イオン源２内部のプラズマが拡散によって引き出し電極２ａの穴を通過したものである。拡散した電子３ａとプラズマは、シャッター５が閉位置５ａであっても基板４ａに負電位を発生させる。

コントローラ７は、中和器３、イオン源２、シャッター装置６を少なくとも制御することができる制御装置であり、コンピュータと接続されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）と、中和器３やシャッター装置などの各装置を制御するために接続された装置ドライバと、プログラムレシピ（プログラム）を記録した記録媒体とを有して構成されている。また、コントローラ７は、シャッター５の開閉位置を示す信号（開度情報）、中和器３及びイオン源２の運転信号（出力情報）が適宜入力されるように構成することができる。シャッター５の開度とは、シャッター５の移動量に応じた値であり、シャッター５の開度情報は、例えば、シャッター装置に備えられているモータのエンコーダの測定値に基づいて算出することができ、中和器３及びイオン源２の出力情報は、これらの装置に印加される出力の値に基づいている。

フローティング電極４ｂは、基板表面（被処理面）の電位をモニターするセンサーである。フローティング電極４ｂにより測定されるモニター電圧（ＥＳＤ
ｍｏｎｉｔｏｒ）は、実際の基板電位を反映しているが、基板４ａよりも数Ｖ程度負電位側にシフトする傾向がある。すなわち、イオンビームエッチング装置は、基板４ａの被処理面においてはイオンビーム２ｂの照射量が均一になるようにイオン源２の設計がなされているが、基板４ａ被処理面の外側領域では照射量が低下する。

一方、プラズマと電子３ａは真空容器１内で広範囲に拡散するため、電子３ａの量は基板ホルダー４上ではほぼ均一である。しかしながら、フローティング電極４ｂに位置は基板４ａの外縁よりも外側であるために、シャッター５を開けてミリング中（エッチング処理）のモニター電圧は、実際の基板４ａよりも数Ｖ程度負電位側にシフトすることがある。なお、シャッター閉時（閉位置５ａ）に発生する負電位にはモニター電圧と基板４ａの差は生じない。基板４にイオンビーム２ｂが照射されないためである。エッチング処理中は、フローティング電極４ｂのモニター電圧をモニターしながら、電位が所望の値になるように適宜中和電流（中和器３の出力）を調整することができる。

ここで、シャッター５の移動する位置について図１を参照しつつ説明する。
開位置５ｂはイオン源２から基板に向かって放出されたイオンビーム２ｂを遮蔽しない位置である。開位置５ｂでは、シャッター５のイオン源２側の端部（図１中でＰ１）がイオンビーム２ｂの照射範囲の上端よりも上側に退避している状態であり、イオンビーム２ｂと基板に到達する電子３ａのシャッター５による遮蔽が全く行われない。イオンビーム２ｂの照射範囲とは、イオン源２から引き出されたイオンビーム２ｂの断面（イオンビームの進行方向と直交する面）の範囲である。イオンビーム２ｂは引き出し電極２ａによって引き出されるので、引き出し電極２ａ近傍ではイオンビーム２ｂの直径は引き出し電極２ａの直径にほぼ一致する。引き出し電極２ａと基板４ａ間で空間電荷効果によってイオンビーム２ｂが照射されるエリアは引き出し電極２ａの直径よりも数１０％程度大きくなる。

閉位置５ａは、イオン源２から基板に向かって放出されたイオンビーム２ｂを遮蔽する位置である。閉位置５ａでは、シャッター５の上下方向の端部（図１，２中でＰ２，Ｐ３）がイオンビーム２ｂの照射範囲よりも上下側に張り出して位置し、イオンビーム２ｂの照射範囲よりも大きな範囲を塞ぐことでイオンビーム２ｂを遮蔽している状態である。閉位置５ａでは、シャッター５端部（図１中でＰ２）と真空容器１内面との距離（隙間）が小さくなるため、シャッター動作中の半閉位置５ｃよりも基板４ａに到達する電子３ａの量を減少させることができる。

半閉位置５ｃ（シャッター動作中）は、閉位置５ａと開位置５ｂの間の位置であり、シャッター５の端部（図１中でＰ４）がイオンビーム２ｂの照射範囲の端と実質的に一致する位置である。半閉位置５ｃでは、閉位置５ａよりも基板４ａに到達する電子３ａの量が増加する。なお、本実施形態においては、シャッター５の移動速度は一定に設定されており、シャッター装置によるシャッター５の開閉動作（移動）には１〜２秒を要する。

ここで、上述のイオンビームエッチング装置を用いたイオンビームエッチング方法について説明する。イオンビームエッチング方法は、上述のイオンビームエッチング装置を用いて、プラズマ中から引き出されたイオンビーム２ｂを基板ホルダー４に配置された基板４ａに照射して、基板をエッチング処理する処理工程である。本発明に係るイオンビームエッチング方法は、イオンビームエッチング処理中における中和器２の制御方法に特徴を有している。特に、シャッター移動中の中和器２の制御方法に特徴がある。以下に中和器２の制御について説明する。

図３に本発明を実施した場合の中和電流と基板電位の測定結果を示す。図３の測定結果は、シャッター５が閉位置５ａから開位置５ｂまで移動したときの中和電流と基板電位のタイムチャートであり、中和器の制御パターンに応じた３種類の測定結果が示されている。図３は上欄と下欄に分かれており、下欄の横軸は処理時間（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｉｍｅ）、縦軸は中和器２に印加される電流（中和電流）値（Ｎｅｕｔ ｃｕｒ．）である。上欄の横軸は同じく処理時間（Ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｉｍｅ）、縦軸はモニター電圧（ＥＳＤ ｍｏｎｉｔｏｒ）である。

図３中の処理時間はイオンエッチング処理における経過時間であり、任意の点を基準とすることができる。いずれも図１のイオンエッチング装置を用いて測定されたものである。図３中、Ａ点はシャッター５が閉位置５ａから移動し始めたタイミングであり、シャッター５の位置は図１中符号５ａに対応している。Ｄ点はシャッター５が移動し開放されたタイミング（開位置５ｂ）であり、シャッター５の位置は図１中符号５ｂに対応している。

Ｂ点はシャッター５の移動中であり、シャッター５の位置は図１中の符号５ｃ（半閉位置）に対応している。Ｂ点でのシャッター５はイオンビーム２ｂを遮蔽しているが、電子３ａに対しては開口が広がり拡散しやすくなり、シャッター５の基板側に回り込んだ電子３ａにより基板４ａがマイナスに帯電し負電位となる状態である。Ｃ点は、シャッター５が、図１の符号５ｃ（半閉位置）よりもさらに開いた状態であり、イオンビーム２ｂが基板４ａに向かって放出（照射）され始めるが、電子３ａの拡散量の方が多いため基板４ａが負電位となる状態である。後述するがＣ点は、中和電流を減量する制御から増量する制御に切り替える点であり、モニター電圧の変動が一定以内になるような地点に定められる。本実施形態においてはモニター電位２３の変動は±２Ｖ未満になるようにＣ点が設定されている。

上述した３種類の中和器の制御パターンは、比較例と実施例１と実施例２であり、いずれの場合もイオン源２に印加される電力は一定である。比較例は、中和電流を一定（印加パターン２１ａ）にしてシャッター５を開放動作した場合、実施例１は、シャッター動作に伴って中和を増量制御（電流印加パターン２２ａ）した場合、実施例２は、シャッター開動作直後（Ａ点）に中和電流を減量制御してシャッター開動作途中Ｃで中和電流を増量制御（印加パターン２３ａ）した場合である。図３中に、比較例での制御パターンのモニター電圧は符号２１、実施例１での制御パターンのモニター電圧は符号２２、実施例２での制御パターンのモニター電圧は符号２３として示した。
ここで、中和電流を減量する制御とは、シャッターの開度に応じて中和電流を徐々に減少させる制御であり、中和電流を減量する制御とは、シャッターの開度に応じて中和電流を徐々に増加させる制御である。

まず比較のため、中和電流を一定として、シャッター５を開放動作した場合（比較例）について説明する（図３、図５参照）。
中和電流を一定（印加パターン２１ａ）にすると、シャッター開動作に伴ってモニター電圧２１は、負電位が一旦増大した後に減少し一定の値に収束する。これは、基板へのイオンビーム２ｂの照射量と拡散するプラズマと電子量のバランスを反映したものである。シャッター５の動作中の半閉位置５ｃではイオンビーム２ｂを完全に遮蔽しているが、イオン源２の正面にあってイオンビーム２ｂが照射されない領域ではシャッター５が存在しないため、基板ホルダー４側に拡散するプラズマと電子量が増加し、モニター電圧２１の負電位は増大する。シャッター５がさらに開度を増すとイオンビーム２ｂが基板４ａに照射され始める。このためシャッター５の開動作中の半閉位置５ｃからシャッター５が完全に開いた開状態５ｂの間では基板４ａへのイオンビーム２ｂの照射量が徐々に増加するため、モニター電圧２１と基板表面の負電位はシャッター５の移動量に応じて徐々に減少する。

比較例では、開閉動作中の基板電位の変化を考慮せずに、シャッター５解放後（Ｄ点：開位置５ｂ）での基板電位が所望の値になるような一定の値に中和電流を設定している。そのため、シャッター５の閉位置（Ａ点）でのモニター電圧２１は、拡散するプラズマと過剰な電子３ａにより負電位（図３中は−６Ｖ）になる。ただし、シャッター閉時の負電位を抑制するために中和電流を下げれば、以下に説明するように、モニター電圧２２，２３の負電位を低減することができる。

なお、シャッター５の開放動作に伴って階段状に中和電流の出力設定を一時に変更するという従来から行われている制御方式では、シャッター５の開動作開始（Ａ点）と同時にモニター電圧２１として示されるような負電位を抑制することは困難である。シャッター５の開動作開始（Ａ点）と同時に中和電流を一時に変更すると、シャッター５の移動量よりも早く電子３ａの照射量が増減してしまい、イオンビーム２ｂと電子３ａのバランスが崩れるタイミングが生じるためである。

シャッター５の動作（移動）に伴って中和電流を増量制御した実施例１について説明する。シャッター５の開放動作（Ａ点）前の中和電流を小さく設定し、シャッターの開放動作と同時に中和電流を増量制御（印加パターン２２ａ）することで、シャッター５の解放後（Ｄ点）の負電位を低減（モニター電圧２２）できる。このため、中和器２から放出される電子３ａの量はシャッター５の開動作開始後はシャッター５の開度に応じて徐々に増量される。しかし、上述の比較例と同様にシャッター５が完全に開くまでの間に負電位が極大となるため、基板電位の変動を抑える効果は不十分である。

シャッター開動作直後（Ａ点）に中和電流を減量制御してシャッター開動作途中（Ｃ点）で中和電流を増量制御した実施例２について説明する。中和電流の制御を印加パターン２３ａに示すように、シャッター５の開動作開始（Ａ点）直後に中和電流を減量制御し、シャッター開動作途中（Ｃ点）で中和電流を増量制御することで、モニター電圧２３に示すように負電位の増大を抑えることができる。このように、中和電流の増減する割合が異なる制御段階（制御工程）を複数段に分けて設定することでシャッター５の開放動作（Ａ点）後の基板電圧の変動を効果的に抑制できる。

実施例２ではシャッター５の開動作途中（Ｂ点）で中和電流が減量する割合（印加パターン２３ａの傾き）を切り替えており、減量制御が２段階に分かれている。具体的には、図３中において、Ａ点以前、Ａ点からＢ点の間、Ｂ点からＣ点の間、Ｃ点からＤ点の間、Ｄ点以降、の５つの領域（制御領域）でそれぞれ中和電流の制御工程をコントローラ７によって切り替えている。各制御工程は、コントローラ７の記録媒体に入力されているプログラムレシピに従い切り替えられるが、コントローラ７に入力されるシャッター５の開閉位置を参照して切り変え制御方法を用いることもできる。なお、イオン源２から放出されるイオンビーム２ｂの量は５つの領域（各制御工程）で一定とされている。記録媒体としては、メモリー、ハードディスク（ＨＤ）などの記憶容量（ストレージ）を有する部材をいう。

図４に実施例２においてシャッターの開放動作時に実行される制御工程のフローチャートを示す。図４に示すようにシャッター５の開放動作においては、シャッター５の開度に応じて５種類の制御工程が行われている。この図に基づいて各制御工程について説明する。
Ａ点以前は、シャッター５が完全に閉まっている状態（閉位置５ａ）であり、中和器に印加される電流（中和電流）は一定に維持されている。このとき、中和器から放出される電子３ａの量は一定である。Ａ点以前で行われるイオンエッチング装置の制御工程を移動前工程（Ｓ１）とする。

Ａ点からＢ点の間は、Ａ点の地点での中和電流を基準として、中和電流が徐々に減量されるように制御されている。中和電流（印加パターン２３ａ）の変化は階段状ではなく連続的な変化である。このとき、中和器３から放出される電子３ａの量も徐々に減量される。Ａ点からＢ点ではＡ点以前よりも基板４ａ上に到達する電子３ａが増大するため、基板電位の変化を中和するために電子３ａの量を減量する必要があるためである。Ａ点からＢ点の間で行われるイオンエッチング装置の制御工程を第１減量工程（Ｓ２）とする。

Ｂ点からＣ点の間は、Ｂ点の地点から、さらに中和電流が減量されるように制御されている。Ａ点からＢ点の間と同様に中和電流（印加パターン２３ａ）の変化は連続的な変化であるが、印加パターン２３ａが減少する傾きは、Ａ点からＢ点の間よりもやや大きくなっている。このとき、中和器２から放出される電子３ａの減少する傾きも大きくなる。Ｂ点からＣ点では、Ａ点からＢ点のときよりも基板４ａ上に到達する電子３ａが増大するため、基板電位の変化を中和するために電子３ａの量をさらに減量する必要があるためである。Ｂ点からＣ点の間で行われるイオンエッチング装置の制御工程を第２減量工程（Ｓ３）とする。なお、Ａ点からＣ点の間で中和電流が一旦減量される制御工程（第１減量工程Ｓ２と第２減量工程Ｓ３）を合せて第１の工程とする。

Ｃ点からＤ点の間は、Ｃ点を基準として、中和電流が徐々に増量されるように制御されている。Ｃ点からＤ点の間での中和電流の変化は連続的な変化である。このとき、中和器２から放出される電子の量は徐々に増量される。シャッター５がＣ点の位置よりも開くと、基板４ａ上に照射されるイオンビーム２ｂが徐々に増大するため、基板電位の変化を中和するために電子３ａの量を増加する必要があるためである。なお、Ｃ点からＤ点の間で中和電流が増量される制御工程を第２の工程Ｓ４とする。
Ｄ点以降は、シャッター５が開放された状態（開位置５ｂ）であり、中和電流は一定に維持されている。このとき、中和器２から放出される電子３ａの量は一定である。しかし、Ａ点以前（閉位置５ａ）とはバランスが異なるため、Ａ点以前の中和電流値よりも幾分高い値に設定されている。Ｄ点以降で行われるイオンエッチング装置の制御工程を開放後工程（Ｓ５）とする。

なお、実施例２では、各領域で中和電流値が異なる変化率になるように多段階の制御がなされているが、各領域の境界領域で急激な制御電流の変化を防ぐために曲線的な制御を行ってもよい。また、制御の段階をさらに細かく分割してもよいことはもちろんである。シャッター開閉時の中和電流の制御としては、実施例１のようにイオン源２の出力を一定にし、中和電流値を連続的に減量制御させることができ、また、実施例２のようにイオン源２の出力を一定にし、中和電流を一旦減量させた後に増量させることもできる。

基板電位はイオンビーム２ｂと中和電流３ａのバランスで決まるため、中和電流を一定にしてイオン源２の引き出し電流と引き出し電圧を制御することでも基板電位の変動を抑制できる。このとき、シャッター５の移動に応じてイオン源２の引き出し電流と引き出し電圧が変化するように制御する。中和電流の制御と同様に多段階の制御工程を設定できる。

上記の各実施形態では、シャッター５の開動作における中和電流の制御について説明したが、本発明は、シャッター５の閉動作における中和電流の制御にも適用できることはもちろんである。シャッター５の閉動作に本発明を適用する場合は、上述の実施例１若しくは実施例２での中和電流の制御を逆の順番にすればよい。実施例１での制御をシャッター５の開動作に適用すると、中和器２から放出される電子３ａの量は、シャッター５の移動前と比べて徐々に減量される。また、実施例２での制御をシャッター５の開動作に適用すると、シャッター閉動作開始直後（Ｄ点に相当）に中和電流の減量を始め、シャッター５がＣ点に達したときからＡ点までは徐々に中和電流を増量する。もちろん、Ｃ点からＢ点と、Ｂ点からＡ点までで中和電流の印加パターンの傾きを変化させてもよい。

ここで、イオンエッチング装置の制御について説明する。コントローラ７には、上述のイオンエッチング方法を実行するプログラムレシピ（プログラム又はプログラムコンピュータ）が記録された記録媒体を備えており、このプログラムに従って、中和器３、イオン源２、シャッター装置の駆動装置や基板ホルダー４（各装置）が制御されている。すなわち、コンピュータが記録媒体からプログラムレシピを読み出し、そのプログラムレシピに従ってＰＬＣにコマンドを送信する。そして、ＰＬＣは、各装置ドライバに対して具体的な動作に関するコマンドを送信して各装置を制御する。この際、ＰＬＣや各装置ドライバは各装置からのフィードバック情報を適宜参照するものとする。

記録媒体には上述の第１の工程と第２の工程を実行する命令を含んだプログラムレシピ（コンピュータプログラム）が少なくとも格納されている。第１の工程を実行するプログラムレシピ（減量制御プログラム）には、シャッター５の開動作を所定のタイミングで開始する命令と、イオン源２のイオン電流を変化させずに、中和器３の中和電流を徐々に減少させる命令が少なくとも含まれている。第１の工程として、上述の第１減量工程と第２減量工程を行われる場合には、第１の工程を実施するためのプログラムレシピも中和電流の減少量が２段階になるようにプログラムされる。

同様に、第２の工程を実行するプログラムレシピ（増量制御プログラム）には、イオン源２のイオン電流を変化させずに、シャッター５が所定量開放されたタイミングで中和器３の中和電流を所定量増量させる命令が少なくとも含まれている。本実施形態ではシャッター５の移動速度を一定に設定したイオンエッチング装置を用いたため、中和器３の中和電流を変化させる命令が実行されるタイミングは、シャッター５の開動作の開始から所定時間経過後に設定されている。

しかし、シャッター５の移動速度を一定にしない場合にはシャッター５の開度情報に応じて中和電流を変化させることで基板電位を制御することができる。基板電位とシャッター５の開度の間には相関関係があるためである。また、フローティング電極４ｂの電位が所望の値になるように、フローティング電極４ｂの値を参照しながら中和電流を決定するフィードバック制御を行ってもよい。中和電流をフローティング電極４ｂの値を参照して決定するフィードバック制御の場合は、イオン源２と基板ホルダー４の角度などの情報とシャッター５の状態（開度情報）を参照する設定をすることが可能である。

すなわち、中和器３の中和電流を変化させる命令が実行されるタイミングとしては、シャッター５の開動作開始からの経過時間に基づく処理、シャッター５の開度情報に基づく処理、フローティング電極４ｂの値に基づく処理、シャッター５の開度情報に加えてフローティング電極４ｂの値も参照する処理、などが考えられる。このうち、シャッター５の開動作開始時からの経過時間を参照する処理や、シャッター５の開度情報を参照する処理では、フローティング電極４ｂの値を参照しないため、フローティング電極４ｂの値がノイズや誤差を多く含むときも適切に基板電位の変動を抑制することができる。また、フローティング電極４ｂの値とシャッター５の開度情報には相関関係があるため、その両方を参照し分析することでプロセスの異常を検知することもできる。

最後に、本発明の効果について述べる。本発明は、シャッター５が閉位置にあるときも基板に到達する電子３ａとプラズマが完全には遮蔽されず、かつ、シャッター５に電子３ａが流れにくい状態となるシャッター装置を有したイオンビームエッチング装置でのエッチング処理に好適な方法である。本発明を用いることで基板電位の変動を抑制し、ＥＳＤの発生を効果的に防ぐことができる。これによって、磁気記録装置の読み取りセンサーに使用されるＴＭＲヘッドのように微細な素子寸法を有し、従来よりも静電破壊（ＥＳＤ）に対して脆弱な素子の製造に好適に適用することができる。

また、本発明によれば、シャッター５の開動作時の基板電位を中和器３からの電子３ａの放出量の変更によって制御して基板電位の変動を抑制し、ＥＳＤの発生を防ぐことができる。そのため、イオンビーム２ｂの放出量や加速電圧を減量制御する必要はなく、シャッター５の開動作中におけるエッチング速度の変動を防ぐことができるため、エッチング量をより精密に制御することができる。さらに、本発明によれば、質量が小さく拡散速度が速い電子によって基板電位を制御するため、イオンビーム２ｂによって基板電位を制御する方法よりも、応答時間を短くすることができるため、エッチング量をより精密に制御することができる。

１ 真空容器
２ イオン源
２ａ 引き出し電極
２ｂ イオンビーム
３ 中和器
３ａ 電子（中和電子）
４ 基板ホルダー
４ａ 基板
４ｂ フローティング電極
４ｃ 公転軸
４ｄ ホルダー駆動装置
５ シャッター
５ａ 閉位置
５ｂ 開位置
５ｃ 半閉位置（シャッター開動作中）
６ シャッター装置
７ コントローラ
８ 排気装置
２１ 比較例のモニター電圧
２１ａ 比較例の中和電流
２２ 実施例１のモニター電圧
２２ａ 実施例１の中和電流
２３ 実施例２のモニター電圧
２３ａ 実施例２の中和電流

Claims (6)

1. 基板ホルダーに向けて、イオンビームを放出するイオン源と、
   前記イオンビームに向けて電子を放出する中和器と、
   前記イオン源から前記基板ホルダーに向けて放出された前記イオンビームを遮蔽する閉位置及び、前記イオン源から前記基板ホルダーに向けて放出された前記イオンビームを遮蔽しない開位置の間を移動できるシャッターとを備えるイオンビームエッチング装置を用いて前記基板ホルダーに配置された基板をエッチングするイオンエッチング方法であって、
   前記シャッターが前記閉位置から前記開位置に移動するとき、
   前記イオン源から放出される前記イオンビームの量を一定にするとともに、前記中和器から放出される前記電子の量を徐々に減量する第１の工程と、
   前記イオン源から放出される前記イオンビームの量を前記第１の工程での量と同じにするとともに、前記中和器から放出される前記電子の量を徐々に増量する第２の工程とを有することを特徴とするイオンエッチング方法。
2. 前記第１の工程は、前記中和器から放出される前記電子の量を前記シャッターの移動量に応じた所定の割合で減量する第１減量工程と、前記第１減量工程の後に行われ、前記中和器から放出される前記電子の量を前記所定の割合と異なる割合で減量する第２減量工程とからなることを特徴とする請求項１に記載のイオンエッチング方法。
3. 前記シャッターが前記開位置から前記閉位置に動作するとき、
   前記イオン源から放出される前記イオンビームの量は、前記シャッターの移動中は一定に制御され、
   前記中和器から放出される前記電子の量は、前記シャッターの移動前と比べて、一旦減量した後に増量される制御が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンエッチング方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオンエッチング方法を実行するコンピュータプログラムであって、
   前記第１の工程を実施する命令を有する減量制御プログラムと、
   前記第２の工程を実施する命令を有する増量制御プログラムとを含んでいることを特徴とするコンピュータプログラム。
5. コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記録媒体であって、請求項４に記載のコンピュータプログラムを格納していることを特徴とする記録媒体。
6. 基板ホルダーに向けて、イオンビームを放出するイオン源と、
   前記イオンビームに向けて電子を放出する中和器と、
   前記イオン源から前記基板ホルダーに向けて放出された前記イオンビームを遮蔽する閉位置及び、前記イオン源から前記基板ホルダーに向けて放出された前記イオンビームを遮蔽しない開位置の間を移動できるシャッターと、
   前記イオン源と前記中和器と前記シャッターの動作を制御するコントローラとを有するイオンビームエッチング装置であって、
   前記コントローラは、
   前記シャッターが前記閉位置から前記開位置に移動する間、
   前記イオン源から放出される前記イオンビームの量を一定にするとともに、前記中和器から放出される前記電子の量を徐々に減量し、その後、前記イオン源から放出される前記イオンビームの量を一定にするとともに、前記中和器から放出される前記電子の量を徐々に増量する制御を行うことを特徴とするイオンビームエッチング装置。