JPWO2014002336A1 - イオンビーム処理方法およびイオンビーム処理装置 - Google Patents

イオンビーム処理方法およびイオンビーム処理装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、微細なパターンに対しても再付着膜の堆積を抑制可能な処理方法及びイオンビーム処理装置を提供することを目的とする。本発明の一実施形態では、基板上に形成されたパターン溝が延在する方向側から入射するイオンビームによるエッチング量が、他の方向側から入射するイオンビームによるエッチング量よりも大きくなるようにイオンビーム処理を行う。それにより、微細パターン溝の底部に再付着膜が堆積するのを抑制し微細パターンを加工することが可能となる。

Description

本発明はイオンビーム処理装置に関する。特に半導体メモリ等の微細パターンの加工に適したイオンビームエッチング装置に関する。
半導体メモリや記録デバイス、磁気ヘッドなどの加工に広くイオンビームエッチング（以下ＩＢＥともいう）技術が用いられている（例えば特許文献１）。ＩＢＥ法は放電部に電力を投入してプラズマを形成し、グリッドに電圧を印加することによってプラズマからイオンを引き出すことでイオンビームを形成する。該イオンビームは基板に入射し、基板上の材質を主として物理的にエッチングしていく。
特開２００８−２１８８２９号公報
上述したＩＢＥは物理的なエッチング要素が大きいため、被エッチング材が基板上から飛散することでエッチングが進行していく。このためフォトリソグラフィーにより形成されたパターンに従ってＩＢＥを行うと、パターンの側壁には飛散した被エッチング材が再付着することがある。この再付着膜を除去するために、イオンビームの進行方向に対して基板を傾けてＩＢＥを行う方法が用いられている。
一方で次世代メモリといわれるＭＲＡＭやＲＲＡＭ（登録商標）などの加工においては記録密度向上のために非常に微細なパターンを加工しなければならない。このような微細パターンをＩＢＥによって加工する際、基板に対して斜め方向から入射するイオンビームがパターン溝の底部付近に届きにくい。以下に図１を用いてこの点を具体的に説明する。図１は基板１１の上に堆積した膜をパターニングする際の状態を示している。イオンビームＩが基板１１に対して斜め方向から入射している。図１のように基板１１のパターニングが進行すると、素子１１０の間に形成される溝Ｔが深くなり、イオンビームＩに対して溝Ｔの底部付近が隣接する素子１１０の影に位置する。このため再付着膜Ｒを十分に除去することが困難である。また溝Ｔの底部に対してイオンビームＩが入射し難いためエッチングが困難となる。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、微細なパターンに対しても再付着膜の堆積を抑制可能な処理方法及びイオンビーム処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、グリッドによってプラズマ源から引き出されたイオンビームで、基板ホルダに載置された基板を処理する方法であって、前記基板を、前記グリッドに対して傾けて位置させ、前記基板を面内方向に回転させながらイオンビームエッチングを行う際に、前記基板上に形成されたパターン溝が延在する方向側から入射するイオンビームによるエッチング量が、他の方向側から入射するイオンビームによるエッチング量よりも大きくなるようにイオンビーム処理を行うことを特徴とする。
さらに本願発明は、プラズマ源と、前記プラズマ源からイオンビームを引き出すためのグリッドと、前記グリッドに対して基板を傾けて載置可能であり、且つ前記基板の面内方向に回転可能である基板ホルダを備えたイオンビーム装置であって、前記基板ホルダにおける前記基板の回転を制御するための制御部と、前記基板の回転位置を検出するための位置検出部を備え、前記制御部は前記位置検出部による検出結果に基づいて、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、前記基板ホルダの回転速度を他の場合よりも遅くすることを特徴とする。
本発明を用いることで、従来のＩＢＥによる斜め入射では、加工が困難であった微細パターン溝の底部に再付着膜が堆積するのを抑制し微細パターンを加工することが可能となる。
従来のＩＢＥ加工方法における微細パターンを模式的に示した図である。 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を示す図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドの構成及び機能を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。 基板上の長方形のパターンの配列方向を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、グリッドと基板との位置関係および基板の位相を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る、基板回転の回転速度を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る、基板回転の回転速度を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 基板にイオンビームが入射する様子を模式的に示した図である。 エッチング加工前の基板上のフォトレジストを模式的に示した図である。 ＭＲＡＭ用のＴＭＲ素子の配列を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る、プラズマ生成部への投入電力を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る、プラズマ生成部への投入電力を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る、グリッドへの印加電圧を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る、グリッドへの印加電圧を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。 本発明が適用可能な基板上に形成されたパターンの一例を説明するための図である。 本発明が適用可能な基板上に形成されたパターンの一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態において、基板にイオンビームが入射する様子を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態において、基板にイオンビームが入射する様子を模式的に示した図である。 基板上のイオンビームの投影線を説明するための図である。 基板上のパターン溝の延在方向を説明するための図である。 基板上のパターン溝の延在方向を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドと基板との位置関係、基板の位相および基板の回転速度の関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドと基板との位置関係、基板の位相、基板の回転速度およびグリッドに対する基板の傾斜角度の関係を説明するための図である。 本発明が適用可能な基板上に形成されたパターンの一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドと基板との位置関係、基板の位相および基板の回転停止時間の関係を説明するための図である
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。なお、以下で説明する図面において、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
（第１の実施形態）
図２はプラズマ処理装置の概略図を示す。イオンビームエッチング装置１００は処理空間１とプラズマ源としてのプラズマ生成部２で構成されている。処理空間１には排気ポンプ３が設置されている。プラズマ生成部２にはベルジャ４、ガス導入部５、ＲＦアンテナ６、整合器７、電磁石８が設置されており、処理空間１との境界にはグリッド９が設置されている。
グリッド９は複数枚の電極から構成される。本発明では例えば図３に示すような３枚の電極によってグリッド９が構成されている。ベルジャ４側から順に第１電極７０、第２電極７１、第３電極７２となっている。第１電極には正の電圧が、第２電極には負の電圧が印加されることで、電位差によってイオンが加速される。第３電極７２は、アース電極とも呼ばれ接地されている。第２電極７１と第３電極７２との電位差を制御することにより、静電レンズ効果を用いてイオンビームの径を所定の数値範囲内に制御することができる。イオンビームはニュートラライザー１３により中和される。このグリッド９はプロセスガスに対して耐性を持つ材質が好ましい。グリッドの材質としてモリブデンやチタン、炭化チタン、パイロリティックグラファイトが挙げられる。またグリッド９をこれ以外の材質で形成し、その表面にモリブデンやチタン、炭化チタンをコーティングしたものでも良い。
処理空間１内には基板ホルダ１０があり、該基板ホルダ１０には不図示のＥＳＣ電極が接続される。このＥＳＣ電極によって、基板ホルダ１０に載置された基板１１が静電吸着により固定される。また、他の基板固定手段としては、クランプ支持など種々の固定手段を用いることができる。ガス導入部５からプロセスガスを導入し、ＲＦアンテナ６に高周波を印加することでプラズマ生成部２内にエッチングガスのプラズマを発生させることができる。そしてグリッド９に直流電圧を印加し、プラズマ生成部２内のイオンをビームとして引き出し、基板１１に照射することで基板１１の処理が行われる。引き出されたイオンビームは、ニュートラライザー１３により電気的に中和され、基板１１に照射される。
基板ホルダ１０は、基板１１をその面内方向に回転（自転）することができる。基板ホルダ１０は、基板の回転速度、基板の回転回数、およびグリッド９に対する基板ホルダ１０の傾きを制御するための回転制御手段と基板の回転位置を検出する手段を備えている。また、該基板ホルダ１０には、基板の回転開始位置を検出できる手段が備わっていてもよい。本実施形態では、基板ホルダ１０には位置検出手段としての位置センサ１４が設けられており、基板１１の回転位置を検出することができる。位置センサ１４として、ロータリーエンコーダを用いている。位置センサ１４としては、上述のロータリーエンコーダのように回転する基板１１の回転位置を検出できるものであればいずれの構成を用いても良い。
なお、本実施形態では、位置センサ１４等のセンサによって基板１１や基板ホルダ１０の回転位置を直接検出することによって基板ホルダ１０に保持された基板１１の回転位置を検出しているが、基板１１の回転位置を検出できればいずれの構成を用いても良い。例えば、基板ホルダ１０の回転速度や回転時間から計算により求めるなど、基板１１の回転位置を間接的に求めても良い。
基板の回転開始位置は、基板のオリフラやノッチを検出することで求められる。もしくは基板に付されたアライメントマークやパターンの配列を検出することで回転開始位置をより精度よく求めることができる。前述した位置センサ１４を基板の回転開始位置センサとして使用しても良いし、位置センサ１４とは別にアライメントマークやパターン配列を検出するための検出手段を設けてもよい。該検出手段としては、原子間力顕微鏡、光学測定又は走査型電子顕微鏡などを不図示の搬送経路に設けてもよいし、該測定器を搭載した測定装置を設けて、イオンビームエッチング装置１００に隣接して設けてもよい。
基板１１は、基板ホルダ１０の載置面上に水平状態を保って保持されている。基板１１の材料としては、例えば、円板状のシリコンウェハを用いるが、これに限定されるものではない。基板ホルダ１０は、イオンビームに対して任意に傾斜することができる。
図５は本発明を適用可能な基板１１の一例である。図５は基板１１に形成されたパターンの一部を拡大した様子を示している。基板１１上に多数の素子Ｊが形成されている。本発明は基板ホルダに載置した基板をグリッドに対して傾けて位置させ、基板ホルダの回転速度を変化させながら図５に示すようなパターン溝が延在する方向Ｄの側からのイオンビーム照射量を他の場合よりも多くすることを特徴とする。
パターン溝が延在する方向Ｄの側からのイオンビームのエッチング量と、他の方向の側からのイオンビームのエッチング量との比較について、図１７Ａ〜Ｃを用いて説明する。
まず図１７Ａに示すように、グリッド９より引き出されたイオンビームを基板１１の表面を含む面に投影させた線分Ｐを考える。次に、該投影された線分Ｐを、図１７Ｂに示すようなパターン溝が延在する方向Ｄと、２つの方向Ｄの中間方向であるＭＤの成分に分解し、該投影された線分Ｐの成分は方向Ｄと方向ＭＤのどちらが大きいかを比較する。これによりパターン溝が延在する方向Ｄの側からのイオンビームのエッチング量と、他の方向の側からのイオンビームのエッチング量との比較を行うことができる。
本実施形態では図１７Ｂに示すように、０度から１８０度に向かう方向と１８０度から０度に向かう方向、および９０度から２７０度に向かう方向と２７０度から９０度に向かう方向とがパターン溝が延在する方向Ｄである。そして２つの方向Ｄの中間である、４５度から２２５度に向かう方向と２２５度から４５度に向かう方向、および１３５度から３１５度に向かう方向と３１５度から１３５度に向かう方向が方向ＭＤとなる。
より具体的な例を、図１７Ｃを用いて説明する。基板１１に対して角度１００度の方向から入射したイオンビームａと、角度１２０度の方向から入射したイオンビームｂとを考える。イオンビームａは方向Ｄに対して成す角度が１０度であり、方向ＭＤに対して成す角度が３５度である。イオンビームａの、方向Ｄの成分と方向ＭＤの成分とを比較すると、ｃｏｓ１０°：ｃｏｓ３５°≒０．９８：０．８２であり、方向Ｄの成分の方が大きい。
一方でイオンビームｂは方向Ｄに対して成す角度が３０度であり、方向ＭＤに対して成す角度が１５度である。イオンビームｂの、方向Ｄの成分と方向ＭＤの成分とを比較すると、ｃｏｓ３０°：ｃｏｓ１５°≒０．８７：０．９７であり、方向ＭＤの成分の方が大きい。従って、イオンビームａはパターン溝が延在する方向側から入射するイオンビームであり、イオンビームｂはその中間方向側から入射するイオンビームであると言える。
すなわち、イオンビームが基板１１の表面を含む面に投影された線分Ｐが、パターン溝の延在方向Ｄ同士の中間方向ＭＤよりもパターン溝の延在方向Ｄに近い場合に、パターン溝の延在方向Ｄに対するエッチング量が支配的となる。そのため、イオンビームに係る投影された線分Ｐが中間方向ＭＤよりもパターン溝の延在方向Ｄに近ければ、該イオンビームはパターン溝が延在する方向側から入射するものであると言える。
また、グリッド９に対して基板１１を傾けて位置させるとは、具体的には、グリッド９の中心法線に対して基板１１の中心法線が所定の角度をもって交わる位置にグリッド９と基板１１を位置させることをいう。すなわちグリッド９と基板１１が平行にあるときに、グリッド９の中心法線と基板ホルダ１０の中心法線とがなす角度を０°とし、グリッド９の中心法線と基板１１の中心法線が垂直に交わる角度を９０°とした場合、グリッド９に対する基板１１の角度を０°から９０°（０°および９０°は含まない）の範囲に設定することをいう。設定される角度は、パターン溝底部を削ることを主な目的とする場合は１０°〜４０°、素子の側壁などの再付着膜除去や側壁エッチングなどを目的とする場合は３０°〜８０°が好適に用いられる。
本発明では、上述のようにグリッド９と基板１１が平行な状態において、グリッド９に対する基板１１の傾斜角度を０°としている。そして基板１１は面内の中心点に対して対称であり、中心点を軸に回転しているため、傾斜角度が０°の状態から所定の角度だけ傾けた場合、その角度は全ての傾斜方向において等価である。すなわち、傾斜角度が０°の状態において、ある方向を＋とし、反対の方向を−と定義して＋３０°傾斜させたとしても、それは−３０°の傾斜と等価である。
このため本願明細書では原則として角度を正の値として記載する。
なお、グリッド９の中心法線とは、円形を有するグリッドの中心点から、垂直方向に延びる線を言う。通常、基板１１の中心法線がグリッド９の中心法線と交差する位置に基板１１が載置される。グリッド９が円形では無く、例えば正六角形や正八角形の形を有する場合は、それぞれの対向する対角線同士を結ぶことで得られる中心の交点が中心点となる。正五角形や正七角形の場合は、それぞれの頂点から対向する辺に向かう垂線同士の交点が中心点となる。また、グリッド９の中心法線に対して基板１１をずらして配置する場合は、基板１１のずれ量に併せてグリッド９の中心点もずれることになる。
換言すると、本発明におけるグリッド９の中心法線は、グリッド９により引き出されるイオンビームの進行方向に沿った線分である。
もちろん、上述したグリッド９の中心点や基板１１の中心点は、基板１１の処理工程において影響がほぼ無い範囲において微差を有していても良い。
また、パターン溝が延在する方向からイオンビームを照射することで、隣接するパターン同士のシャドー影響を軽減することができ、パターンの溝底部の再付着膜を除去しながら微細パターンを加工することが可能となる。
次に、図４を参照して、本実施形態のイオンビームエッチング装置１００に備えられ、上述の各構成要素を制御する制御装置２０について説明する。図４は本実施形態における制御装置を示すブロック図である。
本実施形態の制御装置２０は、例えば、一般的なコンピュータと各種のドライバを備える。すなわち、制御装置２０は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ（不図示）と、このＣＰＵによって実行される様々な制御プログラムなどを格納するＲＯＭやＨＤＤ（不図示）などを有する。また、制御装置２０は、上記ＣＰＵの処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ、フラッシュメモリまたはＳＲＡＭ等の不揮発性メモリなど（不図示）を有する。このような構成において、制御装置２０は、上記ＲＯＭなどに格納された所定のプログラム又は上位装置の指令に従ってイオンビームエッチングを実行する。その指令に従って放電時間、放電電力、グリッドへの印加電圧、プロセス圧力、および基板ホルダ１０の回転および傾斜などの各種プロセス条件がコントロールされる。また、イオンビームエッチング装置１００内の圧力を計測する圧力計（不図示）や、基板の回転位置を検出する位置検出手段としての位置センサ１４などのセンサの出力値も取得可能であり、装置の状態に応じた制御も可能である。
また、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、基板１１の回転速度を制御する回転制御手段としてホルダ回転制御部２１を備える。ホルダ回転制御部２１は、目標速度算出部２１ａと、駆動信号生成部２１ｂと、を備え、基板１１の回転位置とグリッド９との位置関係に基づいて、基板の回転位置に応じて基板ホルダ１０の回転部の回転を制御して基板１１の回転速度を制御する機能を有する。制御装置２０は、位置センサ１４から、基板１１の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標速度算出部２１ａは、基板１１の回転位置を検知する位置センサ１４から出力される基板１１の現在の回転位置の値に基づいて、当該位置における目標回転速度を算出する。この目標回転速度の値は、例えば、基板１１の回転位置と、目標回転速度との対応関係を予めマップとして保持しておくことで、演算可能である。駆動信号生成部２１ｂは、目標速度算出部２１ａにより算出された目標回転速度に基づき、当該目標回転速度とするための駆動信号を生成し、回転駆動機構３０に出力する。制御装置２０は、駆動信号生成部２１ｂにて生成された上記駆動信号を回転駆動機構３０に送信するように構成されている。
なお、図４の例では、回転駆動機構３０は、基板ホルダ１０を駆動するモータなどのホルダ回転駆動部３１と、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づきホルダ回転駆動部３１の操作値を決定するフィードバック制御部３２と、を備え、サーボ機構により基板ホルダ１０を駆動する。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではなく、モータもＤＣモータ、ＡＣモータのいずれであってもよい。回転駆動機構３０は、制御装置２０から受信した駆動信号に基づいて、ホルダ回転駆動部３１を駆動し、基板ホルダ１０を回転させる。
次に、図２に示す本実施形態のイオンビームエッチング装置１００の作用と、この装置を用いて実施するイオンビームエッチング方法について説明する。
本実施形態にかかるイオンビームエッチング装置１００で処理する基板は、図５に示すような、例えば長方形のパターンが一定の間隔をもって、縦横の両端が揃うように升目状に整列して形成されたものを用意する。基板１１を、不図示の搬送手段、例えば隣接する真空搬送チャンバに備えられたハンドリング・ロボットにより、基板搬送口１６を通じて処理空間１内の基板ホルダ１０に載置する。基板搬送口１６は不図示のゲートバルブを有し、該ゲートバルブは処理空間１と隣接する真空搬送チャンバの雰囲気が混合しないように隔離する構造となっている。載置された基板１１は、ノッチやオリフラを用いて基板の回転開始位置が検出される。または基板１１に付されたアライメントマークを光学カメラ等で読み取ることで回転開始位置を検出する。回転開始位置は、基板１１を基板ホルダ１０に載置する前に検出しても良いし、基板１１を基板ホルダ１０に載置した後に検出しても良い。基板１１の回転開始位置を検出した結果に基づき、その後のイオンビームエッチングにおけるグリッド９と基板１１の位置関係に応じた基板１１の回転速度の制御が行われる。
次に、プラズマ生成部２の内部にガス導入部５からＡｒ等の放電用ガスを導入する。反応性イオンビームエッチングを行う場合には、プラズマ生成部２の内部にアルコールガス、炭化水素ガス、酸化炭素ガス等を導入する。
その後、放電用電源１２から高周波電力を供給し、プラズマ生成部２で放電を行う。そして、グリッド９に電圧を印加し、プラズマ生成部２よりイオンを引き出してイオンビームを形成する。グリッド９により引き出されたイオンビームはニュートラライザー１３により中和され、電気的に中性となる。中和されたイオンビームは基板ホルダ１０上の基板１１に照射され、イオンビームエッチングが行われる。
基板ホルダ１０に基板１１が載置されると、ＥＳＣ電極が動作し、基板は静電吸着によって固定される。基板ホルダ１０に載置された基板１１は、処理位置に適した傾斜、例えばグリッド９に対して２０度に傾斜する。傾斜角度は、基板のパターン状況、プロセスガス、プロセス圧力及び、プラズマ密度等を考慮することにより所定の角度が決定される。
基板１１を載置した基板ホルダ１０がグリッド９に対して傾斜した後、基板ホルダ１０は基板１１の面内方向に回転を開始する。位置センサ１４が基板１１の回転位置を検出し、該検出された回転位置に応じたホルダ回転制御部２１の制御により、位置センサ１４が検出した回転位置に応じて、基板１１の回転速度を制御する。
以下に、基板１１の回転速度の制御についてさらに詳しく説明する。図６は、本実施形態のグリッド９と基板１１の位置関係および基板１１の位相を説明するための図である。また図７Ａは、本実施形態に係るイオンビームエッチング方法における基板の回転速度の制御マップを示す説明図である。
図５、図６を用いて本実施形態におけるグリッド９と基板１１の回転位置関係を説明する。基板１１は回転可能な基板ホルダ１０の上に載置され、イオンビームエッチング中に、基板ホルダ１０はグリッド９に対して傾斜される。図５に示すように、基板上に長方形形状のパターンが一定の間隔をもち、縦横の両端が揃うように整列して配置された、基板１１のノッチ１５から基板１１の中心を含む線と平行な軸を縦軸とし、縦軸が長方形形状パターンの長辺となるように、パターンが基板上に配列されており、基板上に長方形形状のパターンが一定の間隔をもち、縦横の両端が揃うように整列して配置されている状態を考える。そして、図６に示すように、基板の回転位相（回転角）θは、ノッチ１５を基点にし、グリッド９からのイオンビームがパターンの長辺に沿う溝が延在する方向に入射するとき、ノッチ１５側を０°、対向側を１８０°とする。イオンビームがパターンの短辺側に沿う溝が延在する方向に入射するとき、ノッチ１５側から時計回りに９０°と２７０°と定義する。便宜的に基板回転の始点、パターン形状及び、パターンの配列方向を定義しているが、これに限定するものではない。
本実施形態に係る装置を用いたイオンビームエッチング方法の一例では図７Ａ、および下記式（１）に示すように、基板の回転位相θに対し、基板の回転速度ｙが正弦波となるように、回転速度を制御する。
ｙ＝Ａｓｉｎ（４（θ−α））＋Ｂ ・・・（１）
Ａ＝ａ・Ｂ ・・・（２）
すなわち、本発明の回転制御手段としてのホルダ回転制御部２１は、上記式（１）に基づいて、基板１１の回転角θの４倍周期の正弦波関数として回転速度を算出する。ここで、Ａは回転速度の振幅であり、式（２）に示すように、基準速度Ｂに変動率ａを乗じたものである。αは位相差であり、変動率ａと位相差αを変えることによって、基板面内のイオンビーム入射角毎のエッチング量及びテーパ角度の分布を最適化することができる。なお、基板の回転位相θの範囲は０°≦θ＜３６０°である。
図７Ａの例では、基準速度Ｂをω０に設定し、変動率ａを０以上の任意の数値とし、位相差αを２２．５°とした時の基板回転位相θに対する基板回転速度ｙを示している。この場合、基板１１のノッチ１５が０°、９０°、１８０°、２７０°の位置にある時に基板回転数（回転速度）が最も遅くなることを意味する。
ここで、回転速度を回転位相によって変化させることによる具体的な作用及び効果を、図７Ａ及び図９Ａ、Ｂを用いて説明する。
図９Ａにおいて４１はフォトレジスト、４２はイオンビームエッチングの対象物である金属の多層膜の最上面である上部電極を表している。４１はフォトレジストである必要は無く、イオンビームエッチングによって加工する際にマスクとして機能するものを用いることができる。ここで図９Ａの状態からイオンビームエッチングによって直方体形状のＴＭＲ素子４０を図９Ｂのように形成する場合を考える。
ここで図７Ａに示すように、基板回転位置がグリッド９に対して、パターンの長辺側に沿う溝が延在する方向、つまりノッチ１５のある０°の位置に対向しているときは、基板の回転速度を遅くすることで、イオンビームはパターンの長辺側に沿うように入射され、パターンの溝が十分にエッチングされる。そして、基板を１８０°回転させた位置で同じように基板の回転速度を遅くすることでパターンの長辺方向に沿うように、パターン溝の底部までエッチングが均一に進行する。もう一方の、パターン溝が延在する方向であるパターンの短辺側方向においても、回転位置が９０°と２７０°において回転速度を遅くすることで、パターンに沿って溝の底部まで堆積物を抑制しながらエッチングすることができる。長方形のパターンの溝に対して、パターンの溝に沿った４方向からイオンビームを照射することで、長方形の外周の溝が底部までエッチングされることになる。このとき、長辺側と短辺側の溝にエッチング量の差が見られる場合、例えば、長辺側の溝は浅く、短辺側の溝が深いなどの形状差がある場合は、長辺側の回転速度をさらに遅くし、イオンビームの入射量を増やすことで、溝の深さが均一になり、微細パターンの形状を均一に加工することができる。
本実施形態では、図７Ａに示す制御マップを制御装置２０が有するＲＯＭ等のメモリに予め格納しておけば良い。このように、上記制御マップを予めメモリに格納しておくことによって、目標速度算出部２１ａは、位置センサ１４から基板１１の回転位置に関する情報を受信すると、上記メモリに格納された図７Ａに示す制御マップを参照し、現在の基板１１の回転角θに対応する回転速度を抽出し、目標回転速度を取得し、該取得された目標回転速度を駆動信号生成部２１ｂに出力する。従って、グリッド９と基板１１が回転角θが０°、９０°、１８０°、２７０°で対向し、パターンの溝が延在する方向からイオンビームを照射するときには基板１１の回転速度を最も遅く制御でき、かつ回転角θが４５°、１３５°、２２５°、３１５°といったパターンの溝が延在しない方向からイオンビームを照射するときには基板１１の回転速度を最も速く制御することができる。
基板ホルダ１０の回転速度の変化は、図７Ａに示す正弦関数以外でも良い。例えば図１８に示すように、基板１１の回転角度が０°〜２２．５°、６７．５°〜１１２．５°、１５７．５°〜２０２．５°、２４７．５°〜２９２．５°、３３７．５°〜３６０°の範囲で基板の回転速度を第１の速度とし、２２．５°〜６７．５°、１１２．５°〜１５７．５°、２０２．５°〜２４７．５°、２９２．５°〜３３７．５°の範囲で基板の回転速度を第１の速度よりも速い第２の速度とする、２つの値を用いた回転速度変化でも良い。
またθが０°、９０°、１８０°、２７０°で基板１１の回転速度が最も遅くなり、θが４５°、１３５°、２２５°、３１５°で基板１１の回転速度が最も速くなるように段階的に回転速度を変化させても良い。
このように、本実施形態で重要なことは、グリッド９に対して基板ホルダ１０に載置した基板１１を傾けて位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量が多くなるように基板の回転速度を遅くすることで本発明の効果を得ることができる。形状の均一性を良好にするためには、基板１１を中心として対称な回転位置（例えば１３５度と３１５度）の回転速度を等しくすることが好ましい。図８に、パターン溝が延在する方向側からイオンビームを照射した様子の一例を示す。配列されたパターンの最外周に位置するパターンは、内側のパターンよりもエッチングされやすい。パターン形状の均一性をさらに向上させるために、パターンの最外周にダミーパターンを形成してもよい。
（実施例１）
図９Ａ、ＢはＭＲＡＭに用いられる上下電極を備えたＴＭＲ素子を示す説明図である。図９Ｂに示すように、ＴＭＲ素子４０の基本層構成は、上部電極４２、磁化自由層４３、トンネルバリア層４４、磁化固定層４５、反強磁性層４６及び下部電極４７を含む。例えば、磁化固定層は強磁性材料、トンネルバリア層は金属酸化物（酸化マグネシウム、アルミナなど）絶縁材料、および磁化自由層は強磁性材料からなっている。
ＴＭＲ素子４０は、基板上にスパッタリングなどの成膜方法によって、上述した金属膜が積層される工程と、図９Ａに示すように該積層された金属膜上（この場合、最上層は上部電極４２）、にフォトレジスト４１をパターニングする工程と、パターニングを該金属膜に転写し図９Ｂに示されるようなＴＭＲ素子をイオンビームエッチングにより加工する工程により形成される。緻密に配列されたＴＭＲ素子の微細パターンを本実施形態のイオンビームエッチング装置およびイオンビームエッチング方法を用いることによって、パターンの底部にエッチング生成物の再付着を抑制し素子分離することができる。
（第２の実施形態）
上述のように、第１の実施形態では、グリッド９から基板１１に対するイオンビームの入射角度及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量が多くなるように基板ホルダ１０の回転速度を遅くする制御をしているが、該基板ホルダ１０の回転方式を、連続回転としても良いし、非連続パルス回転としてもよい。本実施形態では、該非連続パルス回転の形態について説明する。
図７Ａは、第１の実施形態に係る、連続で基板ホルダ１０を回転する場合について、基板ホルダ１０の回転速度を制御する場合の説明図であり、図７Ｂは、本実施形態に係る、非連続で基板ホルダ１０を回転する場合について、基板回転の回転停止時間を制御する場合の説明図である。
基板ホルダ１０の回転を連続的に行う場合は、ホルダ回転制御部２１は、図７Ａに示すように、式（１）に従って基板１１が一回転（１周期）する間に該基板１１の回転速度を４周期変調させるように、基板１１の回転速度（角速度ω）を連続的に変化させるように駆動信号を生成する。すなわち、ホルダ回転制御部２１は、基板１１が連続的に回転するように基板ホルダ１０の回転を制御する。なお、図７Ａにおいて、ｆ０は、グリッド９からのイオンビームの基準照射量であり、ω０は基準角速度である。
一方、基板１１（基板ホルダ１０）の回転を非連続的（クロック状）に行う場合は、ホルダ回転制御部２１は、回転停止時間ｓを図７Ｂに示すように制御する。すなわち、ホルダ回転制御部２１は、例えば、基板１１が所定の複数の回転角でその回転を停止し、それ以外の回転角では一定の角速度（回転速度）で基板ホルダ１０の回転部が回転するように該基板ホルダ１０の回転を制御する。このような制御により、基板１１が非連続的に回転するように基板１１の回転速度は制御される。なお、基板ホルダ１０の回転部の回転速度は上述のように一定であって良いし、変化させても良い。ここで、縦軸に回転速度（角速度ω）を、横軸に時間ｔをとる場合の、角速度が０になっている時間を、“回転停止時間ｓ”と呼ぶことにする。すなわち、回転停止時間ｓとは、基板ホルダ１０を非連続に回転させる場合の、基板ホルダ１０の回転を停止している時間を指す。ｓ０は、基準回転停止時間である。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、グリッド９に対して基板ホルダに載置した基板を傾けて位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量を多くすることが本質的な特徴である。上述のように、パターン溝が延在する方向側にグリッド９が位置したときに基板の回転停止時間を長くすることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、基板１１（基板ホルダ１０）を一回転させる間に、グリッド９がパターンの長辺側に沿う延在方向側及びパターンの短辺側に沿う延在方向側に位置するときの回転停止時間を正弦的に４周期変調させることによって、パターンの溝が延在する方向側（基板の回転位置が０°、９０°、１８０°、２７０°）の回転停止時間を長くする。一方、パターンの溝が延在しない方向側にグリッド９が位置する場合の停止時間を短くすることで、パターンの溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量をパターンの溝が延在しない方向側からのイオンビーム照射量よりも多くする。また、長辺方向と短辺方向の溝にエッチング量の差が見られる場合、例えば、長辺側の溝は浅く、短辺側の溝が深いなどの形状差がある場合は、長辺側の回転停止時間をさらに長くし、イオンビームの照射量を増やすことで、溝の深さが均一になり、微細パターンの形状を均一に加工することができる。形状の均一性を良好にするためには、基板１１を中心として対称な回転位置（例えば１３５度と３１５度）の回転停止時間を等しくすることが好ましい。
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、基板ホルダ１０の回転速度を制御する形態について説明したが、本実施形態では、放電用電源１２からプラズマ生成手段への供給電力を制御することによって、基板へのイオンビームの入射量を制御し、微細パターンの溝の加工行う。すなわち、イオンビームエッチングにおいて、イオンビームの照射量はプラズマ生成部２において形成されるプラズマのプラズマ密度と関係するため、プラズマ生成手段への供給電力を変化させることで、プラズマ生成部２のプラズマ密度を変化させることが可能となる。これにより基板１１の角度位相に応じてイオンビームの照射量を変化させることができる。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、グリッド９に対して基板ホルダに載置した基板を斜向かいに位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量を多くすることが本質的な特徴である。
図１０は、本実施形態に係る制御装置２０のブロック図である。本実施形態では、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、プラズマ生成手段へのパワー（電力）を制御する電力制御手段としてのパワー制御部６０を備える。パワー制御部６０は、目標パワー算出部６０ａと、出力信号生成部６０ｂと、を備え、基板１１の回転位置とグリッド９との位置関係に基づいて、プラズマ生成手段へのパワー（電力）を制御する機能を有する。
制御装置２０は、位置センサ１４から、基板ホルダ１０の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標パワー算出部６０ａは、基板ホルダ１０の回転位置を検知する位置センサ１４から入力する基板ホルダ１０の現在の回転位置の値に基づいて、当該位置における目標パワー（目標電力）を算出する。この目標パワーの値は、例えば、基板ホルダ１０の回転位置と、目標パワーと、の対応関係を予めマップとして制御装置２０が備えるメモリ等に保持しておくことで、演算可能である。出力信号生成部６０ｂは、目標パワー算出部６０ａにより算出された目標パワーに基づき、当該目標パワーとするための出力信号を生成し、電源１２に出力する。制御装置２０は、出力信号生成部６０ｂにて生成された上記出力信号を電源１２に送信するように構成されている。
なお、図１０の例では、電源１２は、プラズマ生成手段に電力を供給するパワー出力部１２ｂと、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づきパワー出力部１２ｂの操作値を決定するフィードバック制御部１２ａと、を備える。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではない。
本実施形態においても、基板ホルダの回転方式は、第１の実施形態と同様に連続回転であっても良いし、第２の実施形態と同様に非連続パルス回転であっても良い。
図１１Ａは、本実施形態に係る、プラズマ生成手段への供給電力を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、図１１Ｂは、本実施形態に係る、プラズマ生成手段への供給電力を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。非連続で基板を回転する場合についてはプラズマ生成手段への供給電力を一定とし、回転停止時間を変化させることで回転角θに応じたイオンビーム照射量の制御を行っても良い。
図１１Ａ、Ｂに係る実施形態では、パワー制御部６０は、式（１）と同様の４倍周期正弦波関数を用いて、基板１１の回転角θに応じた放電用パワーを算出することができる。すなわち、パワー制御部６０は、基板１１（基板ホルダ１０）が１回転（１周期）する間に、プラズマ生成手段への供給電力を４周期変調させるように出力信号を生成する。この時、プラズマ生成手段への供給電力は滑らかに連続的に変化させても良いし、幅を持たせて段階的に変化させても良い。パワー制御部６０は、図１１Ａ、Ｂに示すように、パターンの溝が延在する方向側にグリッド９が対向する回転角θ＝０°、９０°、１８０°、２７０°のときに供給されるパワー（電力）を最大値にすることにより、基板１１へのイオンビーム入射量が最大になり、上記の回転角以外のとき、パワーを最小値にすることにより、基板１１へのイオンビーム入射量が最小になるように、放電用電源１２を制御すれば良い。
このように本実施形態では、基板ホルダに載置した基板をグリッド９に対して傾けて位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量が多くなるようにパワー制御部６０からの供給電力が大きくなるように放電用電源１２を制御することで本発明の効果を得ることができる。また、形状の均一性を良好にするためには、基板１１を中心として対称な回転位置（例えば１３５度と３１５度）における印加電圧を等しくすることが好ましい。
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、プラズマ生成手段への供給電力を制御することによって被処理面の均一性を向上させる方法について述べたが、本実施形態ではビーム引き出し電圧を変化させることで、微細パターンの溝の加工行う。イオンビームエッチングでは、プラズマ生成部２においてプラズマが形成された後にグリッド９に印加された電圧によって、プラズマ生成部２のイオンが引き出されてビームが形成される。ここでプラズマ生成部２から引き出されたイオンビームのエネルギーはビーム引き出し電圧に依存するため、該電圧を基板の回転位相に併せて変化させることで、微細パターンの溝の加工行う。
図３に、図２におけるグリッド９を拡大した様子を示す。図３を用いて本実施形態におけるビーム引き出し電圧について説明する。
図３の上側はプラズマ生成部２であり、下側が処理空間１となっている。グリッド９は、プラズマ生成部２側から、第１電極７０、第２電極７１、第３電極７２によって構成されている。図３は、電極によって、プラズマ生成部２に生成されたプラズマからイオンを引き出して、イオンビームを形成している様子を表している。第１電極７０は第１電極用電源７３により正の電圧が印加される。第２電極７１は第２電極用電源７４により負の電圧が印加される。第１電極７０に正の電圧が印加されるため、第１電極７０との電位差によって、イオンが加速される。
第３電極７２は、アース電極とも呼ばれ接地されている。第２電極７１と第３電極７２との電位差を制御することにより、静電レンズ効果を用いてイオンビームのイオンビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。
本実施形態においては、通常基板ホルダ及び第３電極は接地電位となっている。このため、イオンビームのエネルギーは第１電極に印加された正の電圧によって決定される。従って、本実施形態においては、第１電極に印加された電圧がビーム引き出し電圧となる。以下、この第１電極に印加された電圧を変化させることによって、ビーム引き出し電圧を変化させた場合の実施の形態を説明する。
本実施形態においても、いずれの実施形態と同様に、基板ホルダ１０に載置した基板１１をグリッド９に対して傾けて位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量を多くすることが本質的な特徴である。
図１２は本実施形態にかかる制御装置２０のブロック図である。本実施形態では、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、第１電極７０に印加する電圧（ビーム引き出し電圧）を制御する電圧制御手段としての印加電圧制御部８０を備える。印加電圧制御部８０は、目標電圧算出部８０ａと、出力信号生成部８０ｂと、を備え、基板１１の回転位相とグリッド９との位置関係に基づいて、第１電極７０への印加電圧を制御する機能を有する。
制御装置２０は、位置センサ１４から、基板ホルダ１０の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標電圧算出部８０ａは、基板ホルダ１０の回転位相を検知する位置センサ１４から入力する基板ホルダ１０の現在の回転位相の値に基づいて、当該位置における目標電圧を算出する。この目標電圧の値は、例えば、基板ホルダ１０の回転位置と、目標電圧と、の対応関係を予めマップとして制御装置２０が備えるメモリ等に保持しておくことで、演算可能である。出力信号生成部８０ｂは、目標電圧算出部８０ａにより算出された目標パワーに基づき、当該目標電圧とするための出力信号を生成し、第１電極用電源７３に出力する。制御装置２０は、出力信号生成部８０ｂにて生成された上記出力信号を第１電極用電源７３に送信するように構成されている。
なお、図１２の例では、第１電極用電源７３は、第１電極７０に電圧を印加する印加電圧出力部７３ｂと、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づき印加電圧出力部７３ｂの操作値を決定するフィードバック制御部７３ａと、を備える。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではない。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、基板ホルダの回転方式は、連続回転であっても良いし、第２の実施形態と同様に、非連続パルス回転であっても良い。
図１３Ａは、本実施形態に係る、ビーム引き出し電圧（すなわち、第１電極７０への印加電圧）を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、図１３Ｂは、本実施形態に係る、グリッド９への印加電圧を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。非連続で基板を回転する場合についてはグリッド９への印加電圧を一定とし、回転停止時間を変化させることで回転角θに応じたイオンビーム照射量の制御を行っても良い。
図１３Ａ、Ｂに係る実施形態では、印加電圧制御部８０は、式（１）と同様の４倍周期正弦波関数を用いて、基板１１の回転角θに応じた印加電圧を算出することができる。すなわち、印加電圧制御部８０は、基板１１（基板ホルダ１０）が１回転（１周期）する間に、ビーム引き出し電圧を４周期変調させるように出力信号を生成する。この時、ビーム引き出し電圧は滑らかに連続的に変化させても良いし、幅を持たせて段階的に変化させても良い。例えば、印加電圧制御部８０は、図１３Ａ、Ｂに示すように、パターンの溝が延在する方向側にグリッド９が位置する回転角θ＝０°、９０°、１８０°、２７０°のときに第１電極７０へ印加される電圧を最大値にすることによりイオンビームエネルギーが最大になり、パターンの溝が延在する方向側からのイオンビームの入射量が多くなる。一方、パターンの溝が延在しない方向側にグリッド９が位置する際に第１電極７０へ印加される電圧を最小値にすることによりイオンビームエネルギーが最小になるように、第１電極用電源７３を制御すれば良い。イオンビームエネルギーを最小にするにあたっては、グリッド９に印加する電圧をゼロとし、基板１１へのイオンビームの照射を停止してもよい。
このように本実施形態では、基板ホルダに載置した基板をグリッド９に対して傾けて位置させること及びパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量が多くなるように、第１電極用電源７３の印加電圧を印加電圧制御部８０によって制御することで、本発明の効果を得ることができる。また、形状の均一性を良好にするためには、基板１１を中心として対称な回転位置（例えば１３５度と３１５度）における供給電力を等しくすることが好ましい。
本実施形態においては、第１電極に印加する電圧を変化させることでビーム引き出し電圧を変化させたが、他の方法でビーム引き出し電圧を変化させても良い。例えば第３電極を第１電極より低い正の電圧を印加し、第３電極に印加する電圧を変化させることでビーム引き出し電圧を変化させても良い。また基板ホルダに印加する電圧を変化させることで、基板にイオンビームが入射する際のエネルギーを変化させても良い。
また、本実施形態において、グリッド９は必ず３枚の電極から構成されている必要は無い。これは、上述したように本実施形態の本質は、イオンビームのエネルギーを、基板の回転位相に応じて変化させることにあるからである。
（第５の実施形態）
本発明の実施形態は別のエッチング方法と組み合わせることもできる。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と本発明を組み合わせる例を以下に示す。ＲＩＥによるエッチング手段として、平行平板電極による容量結合プラズマを用いるエッチング装置やアンテナコイルによる誘導結合プラズマを用いるエッチング装置が知られている。ＲＩＥのメリットとして、ＩＢＥのようにイオンの入射角が制限されないため、微細パターンの隙間にイオンを引き込み、被処理物をエッチングすることができる。しかし、前述したＭＲＡＭ用のＴＭＲ素子のような金属膜で構成されている構造体は、化学反応ではなくイオンによる物理エッチングが支配的となりやすい。物理エッチングで削れた磁性金属は揮発し難く、ＴＭＲ素子の側壁に再付着するため、従来のＩＢＥの加工方法と同様にエッチングされた生成物が、パターン溝の底部に残留するため加工が困難である。
ＲＩＥによる加工を行った後に本発明の実施形態に係るＩＢＥによる加工を行うことで、ＲＩＥでパターンの側壁に再付着したエッチング生成物をトリミング効果で除去したり、加工が困難なパターン溝の底部を加工したりすることができる。ＲＩＥとＩＢＥの切り替えのタイミングは、プラズマ光の波長を検出する発光分析器を用いて終点検出して知ることができる。ＲＩＥがＩＢＥは異なる装置のときは、ＲＩＥによる加工後に本発明の実施形態のＩＢＥによって微細パターンを加工するには、別の場所にある設備を利用してもよいし、共通の搬送経路を使用して真空一貫で処理してもよい。
（第６の実施形態）
本発明の実施形態を用いれば、さらに別の装置で加工された微細パターンを均一性よくトリミングすることができる。図２に示す電磁石８の電流を変更し、プラズマの密度分布を変更することができる。プラズマ密度分布の調整は、具体的には、電磁石８はソレノイドコイルを使用し、図２に示す通り、ベルジャの外周を囲うように設置されている。ソレノイドコイルは図示しない直流電源に接続されている。ソレノイドコイルに電流を流すと、右ネジの法則に従って磁界が発生し、プラズマ生成部の中心から外側に向かって同心円状に電子を拡散させるような磁力線が形成される。ソレノイドコイルに小さい電流を流すと、プラズマ密度は中心が高くなる傾向がある。ソレノイドコイルに流す電流の値を大きくしていくと、プラズマ密度分布は外側に拡散して平坦化される。別の装置で加工された微細パターンを原子間力顕微鏡、光学測定又は走査型電子顕微鏡等で、基板面内の膜厚分布傾向を分析し、該分析結果に基づいて電磁石８の電流を調整する。例えば、ＲＩＥで加工後の微細パターンが、基板内で中心部の膜厚が厚く、外周の膜厚が薄い場合について考える。その場合、電磁石に流す電流を、中心のプラズマ密度を高く、外周のプラズマ密度が低くなるように調整する。プラズマ密度に比例してグリッド９により引き出されるイオンビーム中の粒子の数が決まるので、イオン密度が高い中心部のエッチング速度は速くなる。従って、本発明を他のエッチング方法によるエッチング工程と組み合わせることで、微細なパターンの加工後のばらつき補正が可能となる。図２に示す電磁石８は単数であるが、さらに外側に電磁石を追加し、内側と外側の複数の電磁石の相互作用でプラズマ密度を調整してもよい。
（第７の実施形態）
本発明の実施形態において、入射角度を変化させながらエッチングすることで、多方向から再付着した膜を除去することができ、トリミング効果を向上させることが可能となる。本実施形態では、イオンビームの入射角度がパターン溝に沿うように基板ホルダに載置した基板１１をグリッド９に対して傾けて位置させるが、基板の傾斜角度を変化させて（例えば傾斜角度が３０度から２０度）イオンビームを照射する。基板の傾斜角度を変えることでイオンビームの入射角度が変化し、パターンの側壁から溝底部のトリミングが容易となる。
図１６Ａ、Ｂを用いて詳細を説明する。図１６Ａは、所定の傾きをもって基板１１にイオンビームが入射する状態を示している。図１６Ｂは、図１６Ａのイオンビームに比べて、より基板１１に対して垂直な方向からイオンビームを照射している。このようにより垂直方向からイオンビームを照射することで、素子Ｊに対して図１６Ａのイオンビームとは異なった角度からのエッチングが可能となる。すなわち、本実施形態では、基板１１を第１の傾斜角度に保持した状態（例えば、図１６Ａの状態）でイオンビーム照射を開始し、その後基板１１を所定の回数回転させた後に、基板を第１の傾斜角度とは異なる第２の傾斜角度に保持した状態（例えば、図１６Ｂの状態）に変化させ、イオンビーム照射を継続する。傾斜角度は２つに限らず、３つ以上に変化させてもよい。
さらに、より垂直方向からのイオンビーム照射においても、上述した実施形態のように、パターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量が多くなるようにすることで、図１６Ｂに示すように、素子Ｊの側壁に対して効率的にイオンビームを照射することが可能となる。即ち、図１６Ａの状態では、イオンビームは素子Ｊの側壁にほぼ平行な方向から入射し、素子Ｊの側壁に垂直な方向からの入射は隣接する素子によって制限される。一方、図１６Ｂの状態では、イオンビームの入射角がより垂直であるために、素子Ｊの側壁に垂直な方向からのイオンビームの入射量を増加させることができる。さらにパターン溝が延在する方向側からのイオンビーム照射量を多くすることで、素子Ｊの側壁に垂直な方向からのイオンビームの入射量を、他の方向からのイオンビームの入射量に比べて大きくすることができ、効率的なトリミングが可能となる。基板の傾斜は、回転回数毎に固定する他、スイングにより短いスイッチングで変更してもよい。
（第８の実施形態）
上述した第７の実施形態では、一定回数以上基板１１を回転させた後に、グリッド９に対する基板１１の傾斜角度を変化させる形態を示した。
これに対して本実施形態では、第１の実施形態における基板１１の回転速度に併せて、グリッド９に対する基板１１の傾斜角度を変化させる。以下で本実施形態の詳細について図１９を用いて説明する。
図１９は基板１１の回転速度が、その回転位置に応じて変化している様子を示している。加えて、グリッド９に対する基板１１の傾斜角度Φが４０°を基準として、２０°〜６０°の範囲で変化している。Φは好ましくは、基板１１の回転速度が最も遅くなる状態で最も大きくなり、基板１１の回転速度が最も速くなる状態で最も小さくなる。このような制御を行うことで、基板１１のパターン溝に沿ってイオンビームが入射する際は、素子の側壁についた再付着膜などを効率的に除去し、一方のイオンビームが入射し難い状態においてはイオンビームを垂直に近い角度から入射させることで隣接する素子の影の影響を抑えつつエッチングを行うことが可能となる。
（第９の実施形態）
第２の実施形態では、基板の位相に対して、回転停止時間を正弦関数状に変化させることによって、基板に入射するイオンビームのエネルギー量を正弦関数状に変化させる場合を示した。これに対して本実施形態では、パターン溝が延在する方向の近傍にグリッド９が位置する状態でのみ基板回転を停止させる。
図２１は基板１１の回転停止時間が、回転位置に応じて変化している様子を示す。本実施形態では、パターン溝が延在する方向にグリッド９が位置する回転角０°、９０°、１８０°、２７０°の近傍の所定の回転角において基板回転を停止し、一定時間イオンビームを照射した後にまた回転を行う。実際の素子分離後のＴＭＲ素子側壁は基板に対して一定の傾斜角を有し、また基板に入射するイオンビームにも発散が存在するため、本実施形態を実施した場合にも、素子側壁の再付着膜に対してイオンビームが照射される。
パターン溝が延在する方向にグリッド９が位置したときのみ基板の回転を停止させることに加え、第３の実施形態や第４の実施形態で述べたような、イオンビームの照射量やイオンビーム電圧の変化を組み合わせてもよい。この場合、パターン溝が延在する方向にグリッド９が位置したときのみ、基板に入射するイオンビームのエネルギー量を大きくし、それ以外の場合はイオンビームのエネルギー量を小さくする。
また、第１の実施形態のような回転速度の変化を組み合わせてもよく、第７の実施形態や第８の実施形態で述べたような基板の傾斜角度の変化を組み合わせてもよい。
また、パターン溝が延在する方向の近傍にグリッド９が位置する状態で、基板ホルダ１０の回転位相を僅かに変化させつつイオンビームエッチングを行ってもよい。例えば、回転角０°、９０°、１８０°、２７０°の近傍の所定の回転角において基板回転を停止した後に、各角度を中心として±１０°の範囲で基板ホルダ１０の回転角度を振動させて基板１１にイオンビームを照射してもよい。このように基板ホルダ１０の微小に変化させながら処理を行うことで、基板面内をより均一に加工することが可能となる。
以上の本発明の各実施形態では、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
上述の各実施形態は、例示した直方体形状のパターンを縦横の両端を揃えてパターン溝が直交するように配列するだけでなく、図１４に示すような、ディスクリートトラック媒体やアスペクト比の大きなラインアンドスペース形状、及び図１５に示すような、基板の処理面が、正弦波形型のみならず、矩形波形型、三角波形型、台形波形型などにも適用可能である。
また、上述の各実施形態は、図２０に示すような、直方体形状のパターンを斜め方向に両端を揃えて配列したものにも適用可能である。この場合、図２０に示すように、パターン溝に沿った方向Ｄ同士も互いに垂直でない所定の角度で斜め方向に交わる。また、直方体形状パターンに限らず、円柱状パターンにおいても上述の実施形態が利用可能である。
本発明の各実施形態は、例示したＭＲＡＭ用のＴＭＲ素子のみならず、ＨＤＤ用磁気ヘッド、ＨＤＤ用磁気記録媒体、磁気センサ、薄膜太陽電池、発行素子、圧電素子、半導体の配線形成など、多方面に利用可能である。

Claims (8)

  1. グリッドによってプラズマ源から引き出されたイオンビームで、基板ホルダに載置された基板を処理する方法であって、
    前記基板を、前記グリッドに対して傾けて位置させ、前記基板を面内方向に回転させながらイオンビームエッチングを行う際に、
    前記基板上に形成されたパターン溝が延在する方向側から入射するイオンビームによるエッチング量が、他の方向側から入射するイオンビームによるエッチング量よりも大きくなるようにイオンビーム処理を行うことを特徴とするイオンビーム処理方法。
  2. 前記基板の回転速度を、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、他の場合よりも遅くすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理方法。
  3. 前記基板の回転は、前記基板の回転及び回転の停止を繰り返し、
    前記基板の回転停止時間を、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、他の場合よりも長くすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理方法。
  4. 前記グリッドに印加する電圧を制御することによって前記イオンビームのエネルギーを、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、他の場合よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理方法。
  5. 前記プラズマ源に印加する電力を制御することによって前記イオンビーム中のイオン密度を、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、他の場合よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理方法。
  6. 前記基板上に形成されたパターン溝が延在する方向側からイオンビームが入射する際の前記グリッドに対する前記基板の傾斜角度が、他の方向側からイオンビームが入射する際の前記グリッドに対する前記基板の傾斜角度よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオンビーム処理方法。
  7. プラズマ源と、
    前記プラズマ源からイオンビームを引き出すためのグリッドと、
    前記グリッドに対して基板を傾けて載置可能であり、且つ前記基板の面内方向に回転可能である基板ホルダを備えたイオンビーム装置であって、
    前記基板ホルダにおける前記基板の回転を制御するための制御部と、
    前記基板の回転位置を検出するための位置検出部を備え、
    前記制御部は前記位置検出部による検出結果に基づいて、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際に、前記基板ホルダの回転速度を他の場合よりも遅くするイオンビーム装置。
  8. 前記制御部は前記位置検出部による検出結果に基づいて、前記基板上に形成されたパターンの溝が延在する方向側に前記グリッドが位置する際の前記グリッドに対する前記基板の傾斜角度を、他の方向側に前記グリッドが位置する際の前記グリッドに対する前記基板の傾斜角度よりも大きくすることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム装置。
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