JP6118458B1 - イオンビームエッチング方法およびイオンビームエッチング装置 - Google Patents

Abstract

装置の大型化を伴わず、低入射静止条件でも高均一なＩＢＥ処理を実現できるイオンビームエッチング方法を提供する。イオンビームエッチング方法は、基板に対する開口部の位置を変更するステップと、開口部を通過したイオンビームによって基板をエッチングするステップと、イオンビームが基板に照射される位置の中心がイオン源から離れるにつれて、傾斜角度を小さくするステップとを有する。

Description

本発明は、イオンビームエッチング方法およびイオンビームエッチング装置に関する。

イオンビームエッチング（以下、ＩＢＥともいう）処理は、例えば、磁気記録媒体であるハードディスクドライブに用いられる磁気センサーの製造における複数の工程で用いられている。磁気センサーの磁気ヘッドの素子形状は３次元の立体構造のため、エッチング処理後、基板面内に設けられる素子形状に高い均一性が求められる。この素子形状を均一にするため、素子形状が左右対称な場合には基板を回転させながらエッチング処理が行われ、素子形状が左右非対称の場合には基板を任意の方向に固定してエッチング処理が行われる。左右非対称な素子形状を形成する場合、エッチング後の素子形状は基板表面に対するイオンビームの入射角で決まり、イオンビームの入射角は処理中の基板傾斜角度で決まることを利用して、非対称な素子形状を形成することができる。

磁気ヘッドの製造工程において非対称な素子形状を形成するために、基板を静止させて２０度前後の比較的低い入射角で処理する場合がある（以下、低入射静止条件と呼ぶ）。基板を静止させた状態でＩＢＥ処理した場合、基板面内において素子形状の偏りが生じてしまう。これは、基板を面内方向に傾斜させた状態において、基板表面の位置によってイオン源からの距離が異なるため、基板表面の位置によってイオン源から照射されるイオンビームの入射角度に生じる差異、及びイオン源内部のプラズマ密度分布によるイオンビームの偏向角に起因する。

低入射静止条件での基板面内の偏りは、イオンビームのエネルギーにも依存する。特に加速電圧が４００Ｖ以上のイオンビームでは、イオンの移動速度が高いためイオンの直進性も高く、低入射静止条件でも高均一な処理が可能である。しかし、加速電圧４００Ｖ未満のイオンビームでは、移動速度が低いためイオン軌道が偏向し、低入射静止条件で基板面内のエッチング量と素子形状に偏りが生じてしまう。

基板面内の素子形状を均一にするための装置が提案されている。特許文献１のＩＢＥ装置は、小口径のイオン源及び基板を２次元的に動かすことによりスポット状のイオンビームで基板表面を走査する。特許文献２のＩＢＥ装置は、矩形型のイオン源の長軸に対して垂直な方向に基板を動かすことにより、スリット状のイオンビームで基板表面を走査する。このＩＢＥ装置は、スリット状のイオンビームを形成するための平板シャッターをイオン源と基板の間に配置し、基板の進行方向に対して基板表面に対するイオンビームの入射角度を制御している。

米国特許出願公開第２００８／１１０７４５号明細書 米国特許出願公開第２０１３／２０６５８３号明細書

特許文献１のＩＢＥ装置は、小口径のイオン源を用いるためエッチングされる領域が狭く、エッチングする領域をイオンビームの照射範囲毎に細かく制御できる反面、基板全面をエッチング処理するための時間が長くなる。このため、基板のサイズが大きくなるに伴い基板１枚の処理に要する時間が長くなる。また、基板を２次元平面で走査するため装置が大型になる。特許文献２のＩＢＥ装置は、矩形型のイオン源を用いるため特許文献１の装置よりも広い範囲を同時に処理でき、処理時間を短くできる。しかしながら、基板を直線的に動かすため装置が大型になる。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、装置の大型化を伴わず、低入射静止条件でも高均一なＩＢＥ処理を実現できるイオンビームエッチング方法およびイオンビームエッチング装置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、基板に向かってイオンビームを放出するイオン源と、前記基板を保持するとともに前記イオン源に対する前記基板の傾斜角度を変更する基板ホルダーと、前記イオンビームが通過する開口部を有し、前記基板に対する前記開口部の位置を変更可能なシャッターとを備えたイオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング方法であって、前記基板に対する前記開口部の位置を変更するステップと、前記開口部を通過したイオンビームによって前記基板をエッチングするステップと、前記イオンビームが前記基板に照射される位置の中心が前記イオン源から離れるにつれて、前記傾斜角度を小さくするステップとを有する。

本発明に係るイオンビームエッチング装置は、基板に向かってイオンビームを放出するイオン源と、前記基板を保持するとともに前記イオン源に対する前記基板の傾斜角度を変更する基板ホルダーと、前記イオンビームが通過する開口部を有し、前記基板に対する前記開口部の位置を変更可能なシャッターとを備えたイオンエッチング装置であって、前記基板に対する前記開口部の位置を変更する位置制御部と、前記開口部を通過したイオンビームによって前記基板をエッチングするエッチング制御部と、前記イオンビームが前記基板に照射される位置の中心が前記イオン源から離れるにつれて、前記傾斜角度を小さくする傾斜角度制御部とを備える。

本発明によれば、イオンビームが基板に照射される位置の中心がイオン源から離れるにつれて基板の傾斜角度を小さくすることにより、イオン源に近い側でも遠い側でも基板に対するイオンビームの入射角を揃えることができるので、基板に形成される素子の形状を高均一な形状にすることができる。これにより、装置の大型化を伴わずに低入射静止条件で高均一なエッチング処理を実現できる。また、基板上に形成された素子形状のバラツキが低減されるので、最終製品の歩留まりを改善することができる。

本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング処理の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング処理の概略図である。 イオンビーム入射角を補正するための基板傾斜角度制御の説明図である。 イオンビーム入射角を補正するための基板傾斜角度制御の説明図である。 イオンビーム入射角を補正するための基板傾斜角度制御の説明図である。 イオンビーム入射角を補正するための基板傾斜角度制御の説明図である。 イオンビーム分散を補正するためのシャッター制御の説明図である。 イオンビーム分散を補正するためのシャッター制御の説明図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御を示す図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御を示す図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御を示す図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御方法の説明図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の制御方法の説明図である。 エッチング後の素子形状を示す図である。 エッチング後の素子形状を示す図である。 本発明の実施形態に係る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の概略図である。 本発明の実施形態に係る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の概略図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置を用いたエッチング分布を示す図である。 本発明の実施形態に係るイオンビームエッチング装置を用いたエッチング分布を示す図である。

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１Ａ〜図１ＣはＩＢＥ装置１００の概略図であり、図１ＡはＩＢＥ装置１００の概略図、図１Ｂはシャッター装置５０の概略図、図１Ｃはシャッター装置５０の斜視図である。ＩＢＥ装置１００は、真空容器１、排気装置２、イオン源１０、中和器３０、基板ホルダー４０、及びシャッター装置５０を備えている。イオン源１０、中和器３０、基板ホルダー４０、シャッター装置５０は、図示しない制御装置に電気的に接続しており、制御装置を介して制御される。なお、図１Ａにおいて、中和器３０側を上と定義する。

イオン源１０は、プラズマ源容器２０、引出電極２１、ループアンテナ２３、図示しない電源装置、図示しないガス導入装置、及び図示しない電磁石コイルを備えている。プラズマ源容器２０及びループアンテナ２３はイオン源１０内に設置されており、イオン源１０と真空容器１内との境界に引出電極２１が設けられている。引出電極２１は複数枚の電極（図示せず）を有し、例えばイオン源１０から基板ホルダー４０に向かって順番に第１電極、第２電極、及び第３電極が設けられている。第１電極には正の電圧が印加され、第２電極には負の電圧が印加されることによって生じる電位差によって、イオン源１０から引き出されたイオンが加速される。第３電極は接地され、第２電極及び第３電極の間の電位差が制御されることにより、イオンビームの直進性を制御することができる。ループアンテナ２３は、電源装置から高周波電力が供給されることによって、プラズマ源容器２０内にエッチングガスのプラズマを生成する。中和器３０は、真空容器１内に電子を放出し、イオン源１０から放出されるイオンビームを電気的に中和する。ガス導入装置はプラズマ源容器２０内に、放電用ガスであるＡｒガスを導入する。電磁石コイルはイオン源１０内部のプラズマ密度の分布を調整する。

基板ホルダー４０は、保持部、傾斜装置、及び回転装置（いずれも図示せず）を有している。保持部は基板ホルダー４０上に基板４１を保持する。傾斜装置は、制御装置（図示せず）からの制御信号に基づき、真空容器１内で基板ホルダー４０をイオン源１０に対して傾斜回転軸を中心に傾斜させる。回転装置は、制御装置（図示せず）からの制御信号に基づき基板ホルダー４０上で基板４１を回転させる。

シャッター装置５０は、基板ホルダー４０の傾斜回転軸と同じ中心軸を有し、独立して回転制御が可能な上部シャッター５１と下部シャッター５２とを有する２重回転シャッターである。シャッター装置５０は、イオン源１０と基板ホルダー４０との間を移動可能に設けられている。上部シャッター５１及び下部シャッター５２は、円弧状に湾曲した板状部材であり、シャッター板を閉位置５１ｂ、５２ｂから開位置５１ａ、５２ａまで連続的に移動することができる。開位置５１ａ、５２ａはイオン源１０から基板ホルダー４０に向けて放出されたイオンビームＩＢを遮蔽しない位置であり、閉位置５１ｂ、５２ｂはイオンビームＩＢを遮蔽する位置である。図１Ｃに示すように、開位置５１ａ、５２ａでは、直接上部シャッター５１及び下部シャッター５２にイオンビームＩＢが照射されない位置に上部シャッター５１及び下部シャッター５２が互いに離間して退避されている。閉位置５１ｂ、５２ｂでは、上部シャッター５１及び下部シャッター５２がイオン源１０に対向して配置され、基板４１に向かうイオンビームＩＢを遮蔽する。図１Ｂのように上部シャッター５１及び下部シャッター５２は、開位置５１ａ、５２ａ及び閉位置５１ｂ、５２ｂの中間で所定の位置５１ｃ、５２ｃに移動することにより、引出電極２１及び基板４１の間に所定のスリット幅Ｗを有するスリット状の開口部（以下、スリットという）５３を形成することができる。上部シャッター５１及び下部シャッター５２は、スリット幅Ｗを維持しつつ、協同して動作させることができる。スリット５３のスリット幅Ｗは、基板４１の大きさ及び基板４１の傾斜角度に依存する。

なお、シャッター装置５０は、円弧状に湾曲したシャッター板に替えて平板状のシャッター板を用いてもよい。本実施形態のシャッター装置５０のように、上部シャッター５１及び下部シャッター５２の円弧状に湾曲したシャッター板の形状は、平板状のシャッター板に比べて真空容器１内の構造物に干渉しにくく、上部シャッター５１及び下部シャッター５２の退避スペースを必要としない。このため、真空容器１を小型化できる。また、本実施形態のＩＢＥ装置１００ではシャッター装置５０の回転軸は基板ホルダー４０の傾斜回転軸と同じ回転軸を有しているが、回転軸が並行であればお互いの回転軸が離れていても良い。

図２Ａ及び図２ＢはＩＢＥ装置１００のイオンビームエッチング処理の概略図である。図２Ａは基板４１の上端部４１Ａに対向する位置にスリット５３を配置したエッチング処理の概略図、図２Ｂは基板４１の下端部４１Ｂに対向する位置にスリット５３を配置したエッチング処理の概略図である。イオン源１０から放出されるイオンビームＩＢは、プラズマ源容器２０内のプラズマ密度の分布に起因する偏向角を有して放出される。スリット５３を通過したイオンビームＩＢｓでは、イオンビームＩＢｓの中心となる中心線ＩＢｓｃは所定の偏向角を有した状態で基板４１に照射される。スリット５３を通過したイオンビームＩＢｓは、イオン源１０から基板４１までの距離が長いほど、イオンビームＩＢｓの幅が広がる。本実施形態では、スリット５３を通過したイオンビームＩＢｓで基板表面４１を走査することによって低入射静止条件でも基板傾斜方向のエッチング量の偏りを解消することができる。例えば、スリット５３を通過したイオンビームのビーム中心が基板４１の上端部４１Ａに照射されるスリット位置Ａ、及びスリット５３を通過したイオンビームＩＢｓのビーム中心が基板４１の下端部４１Ｂに照射されるスリット位置Ｂでそれぞれエッチング処理時間を調整することによって基板４１の上端部４１Ａ及び下端部４１Ｂのエッチング量を均一にすることができる。また、基板４１の複数の位置でエッチング処理時間を調整することにより基板４１の全面に対して高均一なエッチング量を実現できる。また、スリット位置を連続的に移動させることも可能であり、その場合にはスリット５３の移動速度を調整することによって高均一なエッチング量を実現できる。詳しくは以下に説明する。なお、スリット幅Ｗを広くしてしまうとイオンビームが基板４１に照射される領域が広がってしまうため、スリット幅Ｗはある程度狭くする必要がある。

図３Ａ〜図３Ｄに基づいて基板傾斜角度の補正について説明する。図３Ａ〜図３Ｄはイオンビーム入射角を補正するための基板傾斜角度制御の説明図である。図３Ａは基板４１の上端部４１ＡにイオンビームＩＢｓが照射されていることを示す図、図３Ｂは基板４１の上端部４１Ａの拡大図、図３Ｃは基板４１の下端部４１ＢにイオンビームＩＢｓが照射されていることを示す図、図３Ｄは基板４１の下端部４１Ｂの拡大図である。図３Ａ〜図３Ｄにおいて、２点鎖線は基板ホルダー４０の傾斜角度を補正する前の基板ホルダー４０及び基板４１を示している。図３Ａ、図３Ｂに示すように、基板４１の上端部４１Ａでは、イオンビームＩＢｓが偏向角３０１のビーム中心線ＩＢｓｃを有した状態で基板４１に照射されるため、破線で表される補正前の基板４１に対するビーム中心線ＩＢｓｃの入射角２０１は、偏向角を有しないイオンビームＩＢの直進ビームＩＢｃの入射角２００よりも大きくなる。この入射角の差異を低減するために、図３Ｂに示すように、基板ホルダー４０の傾斜角度をビーム偏向角３０１だけ図中下向きに移動させることによって、実線で表される補正後の基板４１に対する入射角は直進ビームＩＢｃと同じ入射角２００になる。

図３Ｃ、図３Ｄに示すように、基板４１の下端部４１Ｂでは、上端部４１Ａに対してイオンビームの偏向角が上下反対向きになるため、２点鎖線で表される補正前の基板４１に対するビーム中心線ＩＢｓｃの入射角２０２は直進ビームＩＢｃの入射角２００よりも小さくなる。図３Ｄに示すように、基板ホルダー４０を偏向角３０１だけ図中下向きに移動させることによって、実線で表される補正後の基板４１に対する入射角は直進ビームＩＢｃと同じ入射角２００になる。図３Ａ、図３Ｃに示すように、基板ホルダー４０の傾斜角度を補正することによって、基板４１がイオン源１０に正対する位置からの基板４１の傾斜角度は、基板４１の上端部４１ＡにイオンビームＩＢｓを照射する場合の傾斜角度よりも、下端部４１ＢにイオンビームＩＢｓを照射する場合の傾斜角度の方が小さくなる。すなわち、イオンビーム中心線ＩＢｓｃが基板４１に照射される位置がイオン源１０から遠くなるほど、基板４１の傾斜角度が小さくなる。このように、基板４１の中心に対して上側と下側で逆向きに基板４１の傾斜角度を補正することによって、基板４１の上端部４１Ａでも下端部４１Ｂでも、基板４１に対するビーム中心線ＩＢｓｃの入射角を揃えることができる。

イオンビームＩＢは正イオンの集合であるため進行方向に対して外側に広がるので、イオンビームＩＢｓの中心から外縁に向けて偏向角が大きくなる。さらに、イオン源１０からの距離が遠くなるほど偏向角も大きくなる。つまりイオンビームＩＢは引出電極２１と基板４１との間の距離によってビーム偏向角が異なる。なお、イオンビームＩＢは、イオン源１０から放出された正イオンが気相中で電子と衝突して中性化するわけではないため、イオンビームＩＢが進行方向に対して外側に広がる現象は中和器３０から電子を供給していても発生する。

図４Ａ及び図４Ｂに基づいてスリット幅Ｗの補正について説明する。図４Ａ及び図４Ｂはイオンビーム分散を補正するためのシャッター制御の説明図であり、図４Ａは基板４１の下端部４１Ｂにスリット５３を配置した場合の概略図、図４Ｂはスリット５３を通過したイオンビームＩＢｓの基板４１上での分散度合いを分散曲線で示している。引出電極２１から放出されたイオンビームＩＢは位置５１ｃ、５２ｃでの上部シャッター５１及び下部シャッター５２で形成されたスリット５３を通過してイオンビームＩＢｓとして基板４１に照射される。位置５１ｄ、５２ｄはスリット幅補正後の上部シャッター５１及び下部シャッター５２の位置であり、スリット幅Ｗｃは補正後のスリット幅である。補正後のスリットを通過するイオンビームＩＢｓｄの平均入射角は、補正前のスリットを通過するイオンビームＩＢｓの平均入射角よりも小さくなる。なお、スリット中心線４６は、スリット幅Ｗ、Ｗｃの幅方向の中心位置を通過する直線を表している。

図４Ｂは、低入射静止条件における基板４１の上端部（Ｔｏｐ）、中心部（Ｃｅｎｔｅｒ）、及び下端部（Ｂｏｔｔｏｍ）のそれぞれにスリット中心線４６が通過するようにスリット幅Ｗを形成した場合の各位置における基板４１上のイオンビーム入射角の分散度合いを示している。なお、ここでは簡略化のためイオンビームの偏向角を考慮しないことにする。図４Ｂの縦軸は分散幅、横軸はイオンビームの単位時間当たりの照射量をそれぞれ表しており、各分散曲線の極大値は直進ビームの中心に相当する。スリット幅Ｗを補正する前の各位置における分散を分散曲線７０a、７０ｂ、７０ｃで示し、スリット位置を基板上端部ａ、基板中心部ｃ、及び基板下端部ｂとする。イオンビームＩＢｓは引出電極２１からの距離によってイオンビームの分散が増加するため、基板４１の上端部から下端部に向かって入射角の分散曲線７０ａ〜７０ｃの幅が広がり極大値も小さくなる。つまり、基板４１の下端部では上端部に比べてイオンビームＩＢｓの幅が広がるため、分散曲線７０ｂの幅は分散曲線７０ａよりも幅が広がる。また、照射されるイオンビーム量はいずれの位置でも同じなので、下端部では上端部よりもイオンビームが広く分散するため、下端部の分散曲線７０ｂは上端部の分散曲線７０ａよりも極大値が小さくなる。このため、基板４１のエッチング量に偏りが出てしまう。この対策として、基板４１の中心部のスリット幅を基準にして、基板４１の上端部ではスリット幅を広く、基板４１の下端部ではスリット幅を狭くする。これにより、各位置の分散曲線７１ａ、７１ｂに示すように、各位置での分散曲線の幅を均一にできる。

分散曲線７０ｃ、７１ａ、７１ｂは、分散曲線の幅が等しくなっているものの極大値はそれぞれ異なっている。極大値が異なっている状態では、エッチング量に偏りが出てしまう。そこで、基板４１に照射されるイオンビーム量の差異を補正するために、エッチング処理時間を調整する。詳しくは、イオン源１０からの距離が離れている下端部のエッチング処理時間を、上端部のエッチング処理時間よりも長くする。これにより、各位置での均一な分散曲線７２ａ、７２ｂ、７２ｃを得ることができ、イオン源１０から離れている下端部でも、イオン源１０から近い上端部と同じイオンビーム量を得ることができる。このように、基板４１の中心部から上側と下側とでスリット幅Ｗ及びエッチング時間を増減させることによって、基板４１の各位置に対するイオンビームの入射角及び累積されたイオンビームの入射量を均一にすることができる。

図５は、本発明の実施形態に係るＩＢＥ装置１００に備えられている制御装置５００の概略図である。位置制御部、エッチング制御部、及び傾斜角度制御部としての制御装置５００は、ＣＰＵ、及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ（図示せず）を備え、メモリにはＣＰＵによって実行されるプログラム等が格納されている。制御装置５００は、メモリに格納された所定のプログラムの実行または上位装置の指令信号に従って、イオンビームエッチングを実行する。制御装置５００は、シャッター角度算出部５０１、スリット幅補正部５０２、傾斜角度補正部５０３、処理時間算出部５０４、及びタイマー５０５を備えている。シャッター角度算出部５０１は、上部シャッター５１及び下部シャッター５２のシャッター角度を算出する。なお、上部シャッター角度及び下部シャッター角度とは、基準となる位置からの角度であり、例えば上部シャッター５１及び下部シャッター５２の開位置５１ａ、５２ａからの角度でもよいし、引出電極２１の中心位置からの角度でもよい。スリット幅補正部５０２は、基板４１に対するスリット５３の位置に応じてスリット幅Ｗを補正する。傾斜角度補正部５０３は、基板４１に対するスリット５３の位置に応じて基板傾斜角度を補正する。処理時間算出部５０４は、基板４１に対するスリット５３の位置に応じてエッチング処理時間を算出する。タイマー５０５は、処理時間算出部５０４で算出されたエッチング時間をカウントする。制御装置５００は、タイマー５０５のカウントに従って、イオン源１０のイオンビームの放出及び停止、並びに中和器３０の電子の放出及び停止をそれぞれ制御する。制御装置５００は、イオン源１０、中和器３０、基板ホルダー４０、及びシャッター装置５０と電気的に接続しており、制御装置５００から出力された各パラメータに基づき、イオン源１０、中和器３０、基板ホルダー４０、及びシャッター装置５０がそれぞれ動作する。

図６Ａ〜図６Ｃに基づいて本実施形態に係るシャッタースキャン方式の制御方法について説明する。図６Ａ〜図６ＣはＩＢＥ装置１００の制御を示す図であり、図６Ａは各パラメータを直接入力して各機器を制御する図、図６Ｂはシャッター角度算出部５０１を用いてＩＢＥ装置１００を制御する図、図６Ｃは本発明の実施形態に係るＩＢＥ装置１００を制御する図である。図６Ａ〜図６Ｃは１箇所のスリット位置に対する制御を説明しているが、基板４１全面を処理する場合には複数のスリット位置で同様の制御が繰り返される。この制御方法は、入力パラメータの内容によって３つのモードを設けている。なお、シャッタースキャンとは、シャッター装置５０を用いてスリット５３を形成する位置を決めることである。

図６Ａに示すように、第１のモードは、基板傾斜角、上部シャッター角度、下部シャッター角度、及びエッチング時間を直接入力して、基板ホルダー４０、シャッター装置５０、及びタイマー５０５をそれぞれ動作させるモードである。モード１では、エッチングの分布を向上することができる。

図６Ｂに示すように、第２のモードは、基板傾斜角、スリット幅、スリット位置、及びエッチング時間を入力し、シャッター角度算出部５０１でスリット幅及びスリット中心位置に基づきシャッター角度を算出して、基板ホルダー４０、シャッター装置５０、及びタイマー５０５をそれぞれ動作させるモードである。本発明の実施形態に係るシャッタースキャン方式の制御に用いるモードである。

図６Ｃに示すように、第３のモードは、シャッタースキャン方式に加えて、シャッター装置５０のスリット幅Ｗを補正するモードである。詳しくは、第３のモードは、基板４１面内で素子形状を均一にするための補正パラメータである傾斜角度補正関数及びスリット幅補正関数と、エッチング速度及びエッチング量とを第２のモードに加えたモードである。基板傾斜角度補正関数は、図示しないメモリに格納されており、引出電極２１から基板表面４１までの距離を変数ｘとし、基板傾斜角度の補正量を所定の関数ｆ（ｘ）として設定したものである。制御装置５００は、傾斜角度補正部５０３で算出された傾斜角補正量及び基板傾斜角度に基づき基板ホルダー４０を動作させる。また、シャッター角度算出部５０１は、補正された基板傾斜角度、スリット幅Ｗ、及びスリット中心位置に基づき上部シャッター角度及び下部シャッター角度を算出する。スリット幅補正関数は、図示しないメモリに格納されており、引出電極２１から基板表面４１までの距離を変数ｘとし、スリット幅Ｗの補正量を任意の関数ｇ（ｘ）として設定したものである。スリット幅補正部５０２で計算された補正量をスリット幅Ｗに加えた値がシャッター角度算出部５０１に用いられる。また、基板傾斜角度の補正量及びスリット幅の補正量はビーム条件（加速電圧、ビーム電流等）によって異なるため、傾斜角度補正関数及びスリット幅補正関数はメモリに複数保存でき、制御装置５００は必要に応じて傾斜角度補正関数及びスリット幅補正関数を切り替えることができる。処理時間算出部５０４は、エッチング速度及びエッチング量に基づきエッチング時間を計算する。これにより、制御装置５００は補正後の基板傾斜角度で基板ホルダー４０を制御し、補正後のシャッター角度により上部シャッター及び下部シャッターを制御する。

図７は本実施形態に係るＩＢＥ装置１００の制御方法を説明した図である。図７に基づいて本実施形態に係るシャッタースキャン方式の入力パラメータについて説明する。シャッタースキャン方式の基本的な入力パラメータは、基板４１の基板傾斜角度４００、スリット幅Ｗ、スリット中心位置４７、及びエッチング時間の４つである。基板傾斜角度４００は、基板４１の初期位置、例えば基板４１がイオン源１０と正対する位置Ｐ_０からの基板４１の傾斜角度である。また、イオンビームＩＢの基板４１に対する入射角を均一にするための補正パラメータは、補正角度４０１及びスリット幅（図示せず）の２つである。補正角度４０１は傾斜角度補正部５０３（図６Ｃ）から出力され、補正後の基板４１の傾斜角度は基板傾斜角度４００＋補正角度４０１で算出される。

スリット中心位置４７は基板傾斜方向４２の基板面上の位置である。すなわち、スリット中心位置４７は、基板４１の面上におけるスリット５３のスリット中心線４６の位置である。図６Ｂ、図６Ｃに示すように、上部シャッター５１及び下部シャッター５２のシャッター角度は基板傾斜角度４００、スリット幅Ｗ、及びスリット中心位置４７から算出される。上部シャッター５１及び下部シャッター５２の位置は、基板４１の引出電極２１の中心線７００上を原点とし、上部シャッター５１をシャッター角度７０１で回転し、下部シャッター５２をシャッター角度７０２で回転した位置５１ｃ、５２ｃとなる。

スリット幅Ｗは、広すぎるとシャッタースキャンの効果が小さくなり、狭くしすぎるとエッチングレートが低下する。そのため、引出電極２１から基板４１を見たときの基板傾斜方向４２の高さ、すなわち基板４１の直径をＲとすると、Ｒｃｏｓ（基板傾斜角度４００）程度の幅とするのが好適である。

図８に基づいて、各パラメータの設定値について説明する。図８は本実施形態に係るＩＢＥ装置１００の制御方法を説明した図である。図８は、基板中心、上側（上端）、下側（下端）の３か所にそれぞれスリットを形成し、基板４１の高さ方向において、基板中心を基準にして各パラメータの増減を示している。基板傾斜角度ＦＡは、基板表面４１のイオンビーム入射角を補正するため、基板４１の中心位置の基板傾斜角度（○）に対して、基板４１の上側をエッチングするときは増加し（△）、基板４１の下側をエッチングするときは減少（▽）する。なお、基板傾斜角度の補正量は、照射されたイオンビームの偏向角及び分散によって異なるが、数度未満である。補正後の基板傾斜角度ＦＡは、基板４１が引出電極２１に正対する位置からの傾斜角度である。よって、基板４１の傾斜角度は、基板４１の中心位置の傾斜角度を基準として、イオン源１０に近い基板４１の上側では大きくなり、イオン源１０から遠い基板４１の下側では小さくなる。スリット幅Ｗは、基板表面４１のイオンビームの分散を補正するため、基板４１の中心位置のスリット幅（○）に対して、基板４１の上側をエッチングするときは増大し（△）、基板４１の下側をエッチングするときは減少（▽）する。エッチング時間Ｔは、他のパラメータの設定値によっても異なるが、基板４１の上側をエッチングするときは短くし（▽）、基板４１の下側をエッチングするときは長くし（△）、実際のエッチング量の偏りから増減量が決定される。なお、スリット位置は、基板面内に限定するものではなく基板面外を指定することもでき、３か所に限定するものではなく必要に応じて増減できる。

図９Ａ及び図９Ｂはエッチング後の素子形状を示す図である。図９Ａは、基板傾斜角度ＦＡ、スリット幅Ｗ、及びエッチング時間Ｔを補正せずに基板４１をエッチング処理した場合の素子形状を示している。図９Ｂは、基板傾斜角度ＦＡ、スリット幅Ｗ、及びエッチング時間Ｔを補正して基板４１をエッチング処理した場合の素子形状を示している。なお、図９Ａ及び図９Ｂは基板ホルダー４０及びシャッター装置５０を省略している。基板傾斜角度ＦＡ、スリット幅Ｗ、及びエッチング時間Ｔを補正せずにエッチング処理を行った場合、レジスト４５が配置された基板４１に形成される素子４４ａ〜４４ｃの形状は、基板４１の略中央に形成された素子４４ｃの形状を基準として、基板４１の上側では素子４４ａの片側側面の長さが短く、基板４１の下側では素子４４ｂの片側側面の長さが長くなり、素子形状が不均一になる。一方、基板傾斜角度ＦＡ、スリット幅Ｗ、及びエッチング時間Ｔをそれぞれ補正してエッチング処理を行った場合、基板４１の上側及び下側でビームの入射角を均一にできるので、素子４４ａ〜４４ｃの形状を高均一な形状にすることができる。

このように、本実施形態では、スリット５３を通過するイオンビームＩＢｓの中心線ＩＢｓｃの照射位置がイオン源１０から離れるにつれて、基板４１の傾斜角度４００を小さくする。これにより、基板４１の上端部及び下端部に対するイオンビーム中心線ＩＢｓｃの入射角を均一にすることができるので、高均一な素子形状にすることができる。

シャッター装置５０を用いたイオンビームエッチングの実施例について説明する。図１０Ａ及び図１０ＢはＩＢＥ装置１００を用いたイオンビームエッチングの概略図である。図１０Ａは、上部シャッター５１及び下部シャッター５２が開位置５１ａ、５２ａに位置し、シャッタースキャンを行わない状態の上部シャッター５１及び下部シャッター５２の配置を示している。図１０Ｂは、上部シャッター５１及び下部シャッター５２が互いに接近する方向に移動し、複数の位置でスリット５３を形成する、シャッタースキャンを行っている状態の上部シャッター５１及び下部シャッター５２の配置を示している。図１０Ａにおいて基板傾斜方向４２は、イオン源１０に接近する方向を表している。

図１１Ａ及び図１１Ｂはイオンビームを用いたエッチングの分布を示す図である。図１１Ａは規格化されたイオンビームエッチング量のプロファイルを示す図であり、図１１Ｂは規格化されたエッチング量の分布を示す図である。図１１Ａでは、シャッタースキャンの有無で基板４１面内の規格化されたエッチング速度の等高線図と基板傾斜方向４２における規格化されたエッチング速度のプロファイリングを比較した。図１１Ａの測定条件は、イオンビームＩＢの加速電圧は２００Ｖで、基板傾斜角度７０度（基板表面４１に２０度の入射角）でイオンビームＩＢが入射するものである。図１１Ａ中の●はシャッタースキャンありのプロファイリングであり、△はシャッタースキャンなしのプロファイリングである。シャッタースキャンを用いた場合の上部シャッター５１及び下部シャッター５２の配置は、スリット幅Ｗ：５０ｍｍとし、スリット中心を基板４１の上端部、中心部、及び下端部の３ポジションに合わせた。また、各ポジションのエッチング時間を調整した。なお、上部シャッター５１及び下部シャッター５２の３箇所の停止位置をそれぞれ、ｃ１、ｃ２、ｃ３とした。

図１１Ｂに示すように、シャッタースキャンを適用した結果、基板傾斜方向４２のエッチング量の偏りを無くすことができた。本実施例では８インチ基板面内のエッチングで高均一なエッチング処理を実現したが、スリット位置とエッチング処理時間を調整することにより大きな基板に対しても有効である。また、図１Ａ〜図１Ｃに示した２重回転シャッターを有する装置であれば、加速電圧４００Ｖ以上の高いエッチング速度を得たいときは上部シャッター５１及び下部シャッター５２を開位置に配置することもできる。すなわち、シャッタースキャン方式は２枚のシャッターの位置を調整することで、エッチング量の均一性を重視した条件とエッチング速度を重視した条件を選択できる。

１ 真空容器
１０ イオン源
２１ 引出電極
４０ 基板ホルダー
４１ 基板
４７ スリット中心位置
５０ シャッター装置
５１ 上部シャッター
５２ 下部シャッター
５３ スリット（開口部）
１００ イオンビームエッチング装置
４００ 基板傾斜角度
４０１ 補正角度
５００ 制御装置
ＩＢ イオンビーム

Claims (5)

1. 基板に向かってイオンビームを放出するイオン源と、
   前記基板を保持するとともに前記イオン源に対する前記基板の傾斜角度を変更する基板ホルダーと、
   前記イオンビームが通過する開口部を有し、前記基板に対する前記開口部の位置を変更可能なシャッターとを備えたイオンビームエッチング装置のイオンビームエッチング方法であって、
   前記開口部を通過して前記イオンビームが前記基板に照射される位置の中心が前記イオン源から遠いほど前記傾斜角度が小さくなるように前記基板を保持し、
   前記開口部を通過した前記イオンビームによって前記基板をエッチングする
   ことを特徴とするイオンビームエッチング方法。
2. 前記基板に対する前記開口部の位置を変更しながら前記基板をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビームエッチング方法。
3. 前記位置の中心が前記イオン源から遠いほどエッチング時間を長くする、請求項１〜２のいずれか１項に記載のイオンビームエッチング方法。
4. 基板に向かってイオンビームを放出するイオン源と、
   前記基板を保持するとともに前記イオン源に対する前記基板の傾斜角度を変更する基板ホルダーと、
   前記イオンビームが通過する開口部を有し、前記基板に対する前記開口部の位置を変更可能なシャッターとを備えたイオンビームエッチング装置であって、
   前記開口部を通過して前記イオンビームが前記基板に照射される位置の中心が前記イオン源から遠いほど、前記傾斜角度を小さくするよう制御する傾斜角度制御部を備えることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
5. 前記位置の中心が前記イオン源から遠いほどエッチング時間を長くするように制御するエッチング制御部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のイオンビームエッチング装置。

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