(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が可変な第１の磁性層及び磁化方向が不変な第２の磁性層及び前記第１及び第２の磁性層間の非磁性層を含む積層構造を、基板上に形成する工程と、
前記積層構造に、所定の平面形状の第１のマスク層を形成する工程と、
前記第１のマスク層に基づいて、１００ｅＶ以下のエネルギーを有するイオンを１０％以上含み、且つ、前記基板中央における立体角が１０°以上のイオンビームを用いて、前記積層構造を加工し、前記基板表面に対して平行方向における寸法が３０ｎｍ以下の磁気抵抗効果素子を形成する工程と、
を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
前記イオンビームは、プラズマがその内部で発生し前記イオンビームが出射される開口部を有する筒状のプラズマ発生容器と、前記プラズマ発生容器の中心軸上に設置され第１の磁界が発生する磁界発生源と、を含むイオン源を用いて、生成され、
前記イオンビームを生成するための前記プラズマは、前記第１の磁界下で発生され、
前記第１の磁界は、前記イオンビームの出射方向に沿う第１の方向における第１の磁界成分と、前記イオンビームの出射方向に対して直交する第２の方向における第２の磁界成分とを含み、
前記プラズマ発生容器の中心軸上における前記第１の磁界成分は、前記プラズマ発生容器の中心における磁界強度が前記開口部における磁界強度より大きく、
前記プラズマ発生容器の前記開口部における前記第２の磁界成分は、前記開口部の中心における磁界強度が前記開口部の端部における磁界強度より小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオンビームは、前記第１の磁界下のリング状のプラズマによって、生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオンビームは、プラズマから生成され、
前記イオンビームは、前記プラズマが発生する領域側から前記基板側を見て時計回りの向きの第２の磁界下を通過して、前記積層構造に照射される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
前記イオンビームは、１以上のグリッド型イオン源によって生成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
イオン化されたクラスターが、前記イオンビームと同時に又は交互に、前記積層構造に照射される、
ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の磁性層を、前記第２の磁性層上の前記非磁性層上に形成し、
前記第１の磁性層上に、前記第１のマスク層を形成し、
前記第１の磁性層を、前記第１のマスク層に基づいて、エッチングし、
前記エッチングされた第１の磁性層の側面上に、保護膜を形成し、
前記保護膜を形成した後に、前記第１の磁性層の側面上に前記保護膜が残存するように、前記第１の磁性層をマスクに用いて、前記イオンビームを照射して、前記非磁性層及び前記第２の磁性層をエッチングする、
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】
磁気抵抗効果素子を形成するための積層構造が設けられた基板を保持する基板保持部と、
前記積層構造に照射されるイオンビームを生成し、前記基板中央における前記イオンビームの立体角を１０°以上とするイオン源と、
を具備し、
前記イオン源は、１００ｅＶ以下のエネルギーを有するイオンを１０％以上含むように、前記イオンビームを生成する、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項９】
前記イオン源は、プラズマがその内部で発生し前記イオンビームが出射される開口部を有する筒状のプラズマ発生容器と、前記プラズマ発生容器の中心軸上に設置され第１の磁界が発生する磁界発生源と、を含み、
前記イオンビームは、前記第１の磁界下で発生される前記プラズマから、生成され、
前記第１の磁界は、前記イオンビームの出射方向に沿う第１の方向における第１の磁界成分と、前記イオンビームの出射方向に対して直交する第２の方向における第２の磁界成分とを含み、
前記プラズマ発生容器の中心軸上における前記第１の磁界成分は、前記プラズマ発生容器の中心における磁界強度が前記開口部における磁界強度より大きく、
前記プラズマ発生容器の前記開口部における前記第２の磁界成分は、前記開口部の中心における磁界強度が前記開口部の端部における磁界強度より小さい、
ことを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項１０】
前記イオン源と前記基板保持部との間に設けられ、前記イオンビームが通過する第１の構造を、さらに具備する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項１１】
前記第１の構造は、前記イオンビームの出射方向に沿って延在するコイル状の形状を有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項１２】
前記第１の構造は、前記イオンビームの出射方向に沿って延在する筒状の隔壁を有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項１３】
前記第１の構造は、前記イオンビームの出射方向において前記イオン源側から前記基板側を見て時計回りの向きの第２の磁界を発生する磁界発生部を有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【請求項１４】
前記第１の構造は、前記イオン源に隣接するように設けられている、
ことを特徴とする請求項１０乃至１３のうちいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）及び磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive RAM）のように、磁気を利用したメモリデバイスが、開発されている。
【０００３】
ＭＲＡＭに適用される技術の１つとして、磁性体に電流を流すことによって磁性体の磁化の向きを反転させる「スピン注入磁化反転方式（Spin transfer Switching）」が、ＭＲＡＭのデータ書き込み方式の１つとして、研究されている。このスピン注入磁化反転方式は、磁気抵抗効果素子内に書き込み電流を流し、そこで発生するスピン偏極された電子を用いて、磁気抵抗効果素子内の磁性体（磁性層）の磁化の向きを反転させる技術である。  このようなスピン注入磁化反転方式が用いられることによって、ナノスケールの磁性体内の磁化状態を局所的な磁場によって制御しやすくなり、さらに、磁性体の微細化に応じて磁化を反転させるための電流の値も小さくすることができる。
【０００４】
スピン注入磁化反転方式を用いることにより、高記憶密度のＭＲＡＭの開発が推進されている。そのため、メモリ素子としての磁気抵抗効果素子を、３０ｎｍ以下の素子サイズに形成することが、望まれている。
【０００５】
磁気抵抗効果素子に用いられるＣｏやＦｅ等の磁性金属を含む材料は、一般に、ドライエッチング（例えば、ＲＩＥ）が難しいため、Ａｒなど不活性ガスを用いたイオンビームを照射して、物理的にエッチングすることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，８６２，０３２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“Dry-etching damage to magnetic anisotropy of Co-Pt dot arrays characterized using anomalous Hall effect”, T.Shimatsu et al., J.Appl.Phys., 111, 07B908(2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
磁気抵抗効果素子の不良を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁化方向が可変な第１の磁性層及び磁化方向が不変な第２の磁性層及び前記第１及び第２の磁性層間の非磁性層を含む積層構造を、基板上に形成する工程と、前記積層構造に、所定の平面形状の第１のマスク層を形成する工程と、前記第１のマスク層に基づいて、１００ｅＶ以下のエネルギーを有するイオンを１０％以上含み、且つ、前記基板中央における立体角が１０°以上のイオンビームを用いて、前記積層構造を加工し、前記基板表面に対して平行方向における寸法が３０ｎｍ以下の磁気抵抗効果素子を形成する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図２】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図６】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図７】被加工層に対するイオンビームの照射を説明するための図。
【図８】被加工層に対するイオンビームの照射を説明するための図。
【図９】イオンビームの立体角を説明するための図。
【図１０】イオンビームの入射角及び立体角を説明するための図。
【図１１】イオンビームの立体角と素子の不良確率との関係を示す図。
【図１２】イオン源が出力するイオンビームのエネルギーを説明するための図。
【図１３】イオン源が出力するイオンビームのエネルギーを説明するための図。
【図１４】イオンビームの特性と磁性体の磁気特性との関係を示す図。
【図１５】被加工層とイオン源との位置関係及びイオンビームの分布を示す図。
【図１６】イオンビームの特性と磁性体の磁気特性との関係を示す図。
【図１７】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図１８Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図１８Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図１９Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図１９Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２０Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２０Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２１Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２１Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２１Ｃ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２２】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２６】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２７Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２７Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２８Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２８Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２９Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図２９Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３０Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３０Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３１Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３１Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３１Ｃ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３２Ａ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３２Ｂ】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３６】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３７】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３８】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図３９】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図４０】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図４１】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図４２】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図４３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の構成例を示す図。
【図４４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例を示す図。
【図４５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例を示す図。
【図４６】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例を示す図。
【図４７】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例を示す図。
【図４８】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例を示す図。
【図４９】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図５０】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５１】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５２】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５３】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５４】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５５】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図５６】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５７】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５８】実施形態の適用例の磁気メモリの示す図。
【図５９】実施形態の適用例の磁気メモリを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１２】
［Ａ］  第１の実施形態  
図１乃至図４８を参照して、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子の製造装置について、説明する。
【００１３】
（１）  構成例１  
（ａ）  構造  
図１を用いて、本実施形態によって形成される磁気抵抗効果素子の基本的な構造について、説明する。
【００１４】
図１は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置によって形成される、磁気抵抗効果素子１の断面構造を示している。
【００１５】
磁気抵抗効果素子１は、下部電極を含む下地層１７と、上部電極１３と、上部電極１３と下地層１７との間に設けられた２つの磁性層１０，１１と、２つの磁性層１０，１１の間に設けられた非磁性層（トンネルバリア層）１２と、から形成される積層構造を有する。
【００１６】
２つの磁性層１０，１１とそれらに挟まれるトンネルバリア層１２とによって、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction）が形成される。以下では、磁気抵抗効果素子のことを、ＭＴＪ素子ともよぶ。
【００１７】
図１における各磁性層１０，１１内の矢印は、磁性層１０，１１の磁化の方向を示している。
【００１８】
２つの磁性層のうち、一方の磁性層１０の磁化の方向は、可変であり、他方の磁性層１１の磁化の方向は、固定状態（不変）である。磁化の方向が可変な磁性層１０のことを、記憶層（又は、記録層、磁化自由層）とよび、磁化の向きが固定状態の磁性層１１のことを、参照層（又は、固定層、磁化不変層）とよぶ。
【００１９】
記憶層１０の磁化（或いはスピン）の方向は、磁性層１０の膜面に対して垂直方向（磁性層の積層方向）に流れる磁化反転電流が記憶層１０に供給された場合に、その電流によって発生するスピン偏極された電子の角運動量が記憶層１０の磁化（スピン）に伝達されることによって、反転する。すなわち、電流が流れる向きに応じて、記憶層１０の磁化の方向は、可変となる。
【００２０】
これに対して、参照層１１の磁化の方向は、固定状態になっており、不変である。参照層１１の磁化の方向が「不変である」或いは「固定状態である」とは、記憶層１０の磁化の方向を反転させるための磁化反転電流が、参照層１１内を流れた場合に、参照層１１の磁化の方向が変化しないことを意味する。
【００２１】
したがって、磁気抵抗効果素子１において、磁化反転電流の大きな磁性層を参照層として用い、且つ、参照層１１よりも磁化反転電流の小さい磁性層を記憶層１０として用いることによって、磁化の方向が可変の記憶層１０と磁化の方向が不変の参照層１２とを含む磁気抵抗効果素子１が形成される。
【００２２】
スピン偏極された電子により磁化反転を引き起こす場合、その磁化反転電流（磁化反転しきい値）の大きさは、磁性層の減衰定数、異方性磁界及び体積に比例するため、これらの値が適切に調整されることによって、記憶層１０の磁化反転電流と参照層１１との磁化反転電流との間に差を設けることができる。
【００２３】
記憶層の磁化反転電流が磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）に供給された場合に、記憶層の磁化の向きが電流の流れる向きに応じて変化し、記憶層と参照層との相対的な磁化配列が変化する。これによって、磁気抵抗効果素子１は、高抵抗状態（磁化配列が反平行な状態）又は低抵抗状態（磁化配列が平行な状態）のいずれか一方の状態になる。
【００２４】
図１に示されるように、記憶層１０及び参照層１１は、各磁性層１０，１１の膜面に垂直方向（或いは、磁性層の積層方向）の磁気異方性を有する。記憶層１０及び参照層１１の容易磁化方向は、磁性層の膜面に対して垂直である。膜面に対して垂直方向の容易磁化方向（磁気異方性）において、膜面に対して垂直方向を向く磁化のことを、垂直磁化とよぶ。  
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、記憶層１０及び参照層１１の磁化がそれぞれ膜面に対して垂直方向を向く垂直磁化型の磁気抵抗効果素子である。
【００２５】
尚、容易磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定した場合に、外部磁界のない状態で自発磁化がその方向を向くと最も磁性体の内部エネルギーが低くなる方向である。これに対して、困難磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定した場合に、外部磁界のない状態で自発磁化がその方向を向くと最も磁性体の内部エネルギーが大きくなる方向である。
【００２６】
記憶層１０の材料に、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｄ又はＣｏＰｔ等の強磁性材料、Ｃｏ−Ｆｅ系合金、ボロン（Ｂ）が添加されたＣｏ−Ｆｅ系合金等が用いられる。記憶層１０は、磁性材料（例えば、ＮｉＦｅ、Ｆｅ又はＣｏなど）と非磁性材料（Ｃｕ、Ｐｄ又はＰｔなど）とから形成される人工格子でもよい。
【００２７】
参照層１１の材料に、例えば、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｄ、ＣｏＰｔ等のＬ１０構造又はＬ１１構造を持つ強磁性材料、ＣｏＦｅＢなどの軟磁性材料、ＴｂＣｏＦｅ等のフェリ磁性材料が用いられる。また、記憶層１０と同様に、参照層１１に、人工格子が用いられてもよい。
【００２８】
トンネルバリア層１２に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム、あるいは、それらの積層膜等の絶縁材料が用いられる。また、それらの膜に、ボロンが添加されてもよい。
【００２９】
本実施形態のＭＴＪ素子１は、トップピン型のＭＴＪ素子である。すなわち、記憶層１０は、下地層（下部電極）１７上に設けられ、参照層１１は、トンネルバリア層１２を介して、記憶層１０上に積層されている。
【００３０】
下地層１７は、基板８０上に設けられている。下地層１７は、磁性層（ここでは、記憶層）１０を、結晶配向させる。
【００３１】
例えば、下地層１７は、磁気抵抗効果素子の下部電極及び引き出し線を兼ねた１つの層となっている。下地層１７は、下部電極としての厚い金属膜と、平坦な垂直磁化の磁性層を成長させるためのバッファ層とを含む。但し、下地層と下部電極とが互いに別途の膜として、積層膜を形成してもよいし、下地層と下部電極を１つの膜によって形成し、引き出し線を別途に形成してもよい。  
下地層１７の一例としては、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属層が積層された積層構造を有している。
【００３２】
上部電極１３は、参照層１１上に設けられている。上部電極１３は、磁気抵抗効果素子を形成するためのハードマスクとしての機能を兼ねている。上部電極１３には、例えば、Ｔａが用いられる。
【００３３】
ＭＴＪ素子１の側面上に、側壁絶縁膜１８が設けられている。ＭＴＪ素子１は、側壁絶縁膜１８を介して、絶縁膜８１，８２に覆われている。
【００３４】
尚、記憶層１０に対する参照層１１からの磁界（シフト磁界）をゼロに近づけるために、参照層１１の磁化量を減少させるため磁性膜（シフト補正層、バイアス磁界層とよばれる）を参照層１１に隣接するように設けてもよい。シフト補正層の磁化は、固定状態であり、シフト補正層の磁化の向きは、参照層１１の磁化の向きと反対に設定される。
【００３５】
例えば、図１の磁気抵抗効果素子１は、磁気メモリ（例えば、ＭＲＡＭ）のメモリ素子として用いられる。ＭＲＡＭは、少なくとも１個のメモリセルを有している。ＭＲＡＭが複数個のメモリセルを有している場合、複数のメモリセルは、メモリセルアレイ内にマトリクス状に配列される。メモリセルは、メモリ素子として、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）を含む。例えば、ＭＴＪ素子の高抵抗状態及び低抵抗状態に、“１”データ及び“０”データが割り付けられる。
【００３６】
例えば、基板８０が、層間絶縁膜８０である場合、層間絶縁膜８０は、半導体基板上の素子（例えば、ＭＯＳトランジスタ）を覆っている。下部電極１７に接続されるコンタクトプラグ８５が、基板８０としての層間絶縁膜８０内に設けられている。配線（例えば、ビット線）８３が、絶縁膜８１，８２上及びＭＴＪ素子１の上部電極１３上に、設けられている。  
コンタクトプラグ８５は、タングステン（Ｗ）及びモリブデン（Ｍｏ）から形成される。配線８３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）及び銅（Ｃｕ）から形成される。
【００３７】
（ｂ）  製造方法  
図２乃至図６を参照して、実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法について、説明する。図２乃至図６は、実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の各工程を示す断面工程図である。ここでは、図２乃至図６に加えて、図１も適宜用いて、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法について、説明する。
【００３８】
図２に示されるように、基板８０上に、導電層（下地層）１７Ｘ、磁性層（ここでは、記憶層）１０Ｘ、トンネルバリア層１２、磁性層（ここでは、参照層）１１Ｘ及びハードマスク（導電層）１３が、例えば、スパッタ法により、順次成膜される。磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）を形成するための積層構造１Ｘが、基板８０上に、形成される。
【００３９】
下地層１７Ｘは、平坦な膜面を有する垂直磁化膜（記憶層）１０Ｘを成長させるための層であり、Ｔａ、Ｃｕ、Ｒｕ及びＩｒなどを用いて形成される。  
記憶層１０Ｘ及び参照層１１Ｘの材料として、例えば、Ｌ１０構造或いはＬ１１構造を有する強磁性材料、軟磁性材料（例えば、ＣｏＦｅＢ）、フェリ磁性材料（例えば、ＴｂＣｏＦｅ）、人工格子などが用いられる。
【００４０】
トンネルバリア層１２Ｘの材料として、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が用いられる。ハードマスク１３Ｘとしては、例えば、タンタル（Ｔａ）が用いられる。
【００４１】
尚、トンネルバリア層１２Ｘと磁性層１０Ｘ，１１Ｘとの間に、ＣｏＦｅＢ膜を含む界面層が挿入される場合もある。積層構造１Ｘ内に、参照層からの漏洩磁界を打ち消すためのシフト補正層が形成される場合がある。また、下地層１１Ｘが、シフト補正層を含む場合がある。
【００４２】
基板８０が、層間絶縁膜である場合、積層構造１Ｘの下地層１７は、基板８０としての層間絶縁膜内のコンタクトプラグ（図示せず）に接続されるように、層間絶縁膜８０上に形成される。基板８０は、絶縁性基板でもよい。
【００４３】
次に、リソグラフィ及びエッチングを用いて、積層構造１Ｘのエッチングが実行され、独立したＭＴＪ素子が形成される。より具体的には、以下のように、積層構造からＭＴＪ素子が形成される。
【００４４】
ハードマスク１３上に、レジスト膜からなるマスク（図示せず）が、形成される。
【００４５】
形成されたレジストマスクは、所定の素子形状（平面形状）及びサイズに対応するように、例えば、ＲＩＥ又はイオンミリング（イオンビーム加工）を用いて、パターニングされている。
【００４６】
図３に示されるように、レジストマスクのパターンが、ハードマスク１３に転写される。例えば、レジストマスク及びハードマスクの加工は、指向性の高いイオンビームによって、行われる。
【００４７】
そして、図４に示されるように、パターニングされたハードマスク１３をマスクに用いて、参照層１１、トンネルバリア層１２及び記憶層１０が、本実施形態におけるイオンビーム１００を用いて、ハードマスク側から順に加工（エッチング）される。積層構造（ＭＴＪ素子）に照射されるイオンビーム１００は、比較的大きい立体角、例えば、１０°以上の立体角を有するように、イオン源（イオンビーム生成装置）によって、生成される。例えば、磁性層１０，１１を加工するために積層構造１Ｘに照射されるイオンビーム１００の指向性は、レジストマスク（又はハードマスク）の加工に用いられるイオンビームの指向性より低い。
【００４８】
図５に示されるように、下地層１７、記憶層１０、トンネルバリア層１３、参照層１１及びハードマスク（上部電極）１５を含む加工された積層構造１の表面上に、薄い絶縁膜（側壁絶縁膜）１８Ｘが堆積される。
【００４９】
例えば、積層構造を覆う側壁絶縁膜１８Ｘは、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成された、密でコンフォーマルな窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化アルミニウムであることが望ましい。このように、コンフォーマルな膜が積層構造上に形成されることによって、加工された積層構造（ＭＴＪ素子）１と絶縁膜１８Ｘとの間に、隙間が形成されない。絶縁膜１８Ｘが形成された後、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又はＳｉＮからなる層間絶縁層８１が、積層構造１を覆うように、例えば、ＣＶＤ法によって、基板８０上に堆積される。
【００５０】
基板８０上に複数のＭＴＪ素子が形成される場合、隣接する積層構造１を電気的に分離するために、層間絶縁層８１の上面に、例えば、フォトレジストからなるマスク（図示せず）が、形成される。そして、レジストマスクを用いて、層間絶縁膜８１、絶縁膜１８Ｘ、及び、下地層１７Ｘが、異方性エッチング（例えば、ＲＩＥ）を用いて、パターニングされ、下地層１７Ｘが、ＭＴＪ素子毎に、分割される。これによって、基板８０上に、互いに独立な積層構造（ＭＴＪ素子）が、形成される。
【００５１】
その後、図６に示されるように、層間絶縁膜８２が、加工された積層構造１を覆うように、例えば、ＣＶＤ法によって層間絶縁膜８１及び側壁絶縁膜１８上に堆積される。
【００５２】
ＣＭＰにより、層間絶縁層８２の平坦化が、行なれる。ＭＴＪ素子１上のハードマスク１３の上面が露出するように、層間絶縁膜８２、層間絶縁膜８１及び絶縁膜１８が、ＣＭＰによって、ハードマスク１３上から除去される。
【００５３】
図１に示されるように、上部電極１３に電気的に接続されるように、配線８３が、ＭＴＪ素子１上及び層間絶縁膜８１，８２上に、形成される。このようにして、本実施形態の製造方法によって、第１実施形態の磁気抵抗効果素子及びＭＲＡＭのメモリセルが形成される。
【００５４】
本実施形態において、磁気抵抗効果素子を形成するための積層構造の加工に用いられるイオンビーム１００が、大きい立体角を有するように、積層構造に照射される。例えば、基板中央におけるイオンビームの立体角は、１０°以上に設定される。
【００５５】
このような本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によって、磁気抵抗効果素子の不良の発生を抑制でき、磁気抵抗効果素子の素子特性を改善できる。
【００５６】
（２）  立体角を有するイオンビームによる素子の加工  
以下、図７乃至図１６を参照して、本実施形態の磁気抵抗効果素子の形成に用いられるイオンビームについて、説明する。
【００５７】
＜イオンビームの立体角の影響＞  
図７乃至図１１を用いて、本実施形態における、積層構造（磁気抵抗効果素子）の加工時におけるイオンビーム１００の立体角及びその影響について、説明する。  
上述のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造工程において、比較的大きい立体角を有するイオンビーム１００によって、素子が加工される。
【００５８】
図７を用いて、ＭＴＪ素子１を形成するためのエッチングプロセス時（例えば、図４の工程）における、ＭＴＪ素子（積層構造、被加工層）１の側面上における再付着物（残渣）の形成／除去に対するＭＴＪ素子１を加工するためのイオンビームの入射角θの依存性について、説明する。
【００５９】
図７の（ａ）は、ＭＴＪ素子（積層構造、被加工層）に対するイオンビームの入射角θを示している。  
図７の（ａ）に示されるように、ＭＴＪ素子１Ｚに照射されるイオンビーム１００は、基板８０の表面に対して垂直方向に関して所定の方向から入射される。そのため、イオンビーム１００の入射角（以下では、イオンビーム入射角とよぶ）θが、イオンビーム１００の入射方向と基板８０表面に対して垂直方向との間に、形成される。
【００６０】
イオンビーム１００は、イオンビームの指向性（直進性）のばらつきとして、イオンビームが入射される面（基板の面又は加工される積層構造の面）の中心において、立体角（分散角又は入射立体角度ともよばれる）δを含む。イオンビームの立体角は、あらかじめ設定されたイオンビームの入射角を基準（０°）とした角度の大きさに対応する。立体角を有するイオンビームは、全体として、１以上の積層構造が形成された基板に照射されるため、イオンビームの立体角の大きさは、例えば、基板中央における大きさとして扱われてもよい。
【００６１】
ＭＴＪ素子１は、イオンビーム入射角θの大きさに応じて、テーパー状の断面形状を有するように形成され、ＭＴＪ素子１の側面は、基板表面に対して垂直方向に関して傾斜する。この結果として、ＭＴＪ素子１の底面（基板８０の表面）とＭＴＪ素子１の側面との間に、角度（以下では、テーパー角とよぶ）αが形成される。
【００６２】
図７の（ｂ）は、ＭＴＪ素子のテーパー角αをパラメータにして、ＭＴＪ素子の側面上における再付着物の形成／除去とイオンビーム入射角との関係を示している。図７の（ｂ）において、ＭＴＪ素子１のテーパー角αが、６０°、７０°及び９０°の場合におけるイオンビーム入射角θと成膜速度との関係が示されている。図７の（ｂ）の特性線ＰＡ１は、テーパー角αが９０°に設定された場合における成膜速度とイオンビームの入射角との関係を示している。図７の（ｂ）の特性線ＰＡ２は、テーパー角αが７０°に設定された場合における成膜速度とイオンビームとの入射角の関係を示している。図７の（ｂ）の特性線ＰＡ３は、テーパー角αが６０°に設定された場合における成膜速度とイオンビームとの入射角の関係を示している。
【００６３】
図７の（ｂ）のグラフの横軸は、イオンビーム入射角θ（単位［°］）を示している。図７の（ｂ）のグラフの縦軸は、ＭＴＪ素子の側面上における再付着物の成膜速度（任意単位）を示している。＋の値の成膜速度は、再付着物がＭＴＪ素子の側面上に付着する状態（以下では、成膜モードとよぶ）に対応し、−の値の成膜速度は、再付着物がＭＴＪ素子の側面上から除去される状態（以下では、エッチングモードとよぶ）に対応する。
【００６４】
例えば、ＭＴＪ素子のテーパー角αが９０°である場合、ＭＴＪ素子の側面に対するイオンビームの入射角θが４０°程度で、再付着物の形成／除去が、成膜モードからエッチングモードに変わる。  
例えば、ＭＴＪ素子のテーパー角αが７０度である場合、イオンビーム入射角θが約３０度で、成膜モードからエッチングモードに変わる。例えば、ＭＴＪ素子のテーパー角αが、６０°である場合、イオンビーム入射角θが１５°程度で、再付着物の形成／除去状態が、成膜モードからエッチングモードに変わる。
【００６５】
イオンビームの入射角θが小さくなる（イオンビームの入射方向が基板の表面に対して垂直に近くなる）と、成膜速度の大きさが＋側（成膜モード）になり、ＭＴＪ素子の側面上に、再付着物が付着しやすくなる傾向になる。また、ＭＴＪ素子のテーパー角度αが大きいほど、成膜モードにおける＋の成膜速度が大きくなる。
【００６６】
本実施形態において、イオンビームの入射角度の分散（立体角）を、“δ”と示す。素子を加工するための一般的なイオンビームの立体角δは、約５度以内に設定されている。
【００６７】
図７の（ｂ）において、イオンビームエッチングにおけるイオンビーム入射角度を２つの条件Ａ，Ｂに設定した場合について、考慮する。
【００６８】
図７の（ｂ）において、設定された一方の条件Ａにおいて、イオンビーム入射角θが約２．５°（立体角δが５°の場合、０°から５°までの範囲）に設定され、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造（被加工層）が、その深さ方向（各層の積層方向）にエッチングされる。但し、条件Ａのエッチングは、エッチングによってスパッタされた物質の構成原子が、加工された積層構造の側面上に付着（堆積）する。
【００６９】
そして、図７の（ｂ）において、設定された他方の条件Ｂにおいて、イオンビーム入射角θが約５０°（立体角δ＝５°の場合、４７．５°から５２．５°までの範囲）に設定され、加工された積層構造の側面上に堆積された再付着物が、除去される。
【００７０】
ＭＴＪ素子の形成方法の一例としては、以下の方法がある。  
ＭＴＪ素子を所定の形状に加工するために、条件Ａのイオンビーム照射が実行され、条件Ａの加工によって積層構造の側面上に付着した再付着物を除去するために、条件Ｂのイオンビームの照射が実行される。条件Ａ及び条件Ｂのイオンビーム照射が交互に繰り返し実行される（すなわち、条件Ａ→条件Ｂ→条件Ａ→条件Ｂ→・・・）ことによって、所定の形状のＭＴＪ素子が形成される。
【００７１】
図８は、条件Ｂのイオンビームが照射される時におけるＭＴＪ素子の側面の様子をモデル化して示している。
【００７２】
一般な製造方法として、ＭＴＪ素子が所定の形状に加工された後に、条件Ｂのイオンビームの照射が実行される場合、図８の（ａ）に示すように、再付着層（再付着物）９９は、膜状態になっている。
【００７３】
この場合、入射してきたイオンビーム１０９のイオン１９９は、再付着層９９を構成する原子と衝突し、再付着層９９の構成原子は、ある確率に基づいてＭＴＪ素子１の内部方向、又は、ＭＴＪ素子１の外部方向に、スパッタリングによって弾き飛ばされる。外部方向に弾き飛ばされた原子が、ＭＴＪ素子１の側面上から除去される。
【００７４】
しかし、図８の（ａ）のように、再付着層９９が膜状になっている場合、再付着層９９の構成原子が、ＭＴＪ素子１の側面上に残存する又はＭＴＪ素子１内部に再びトラップされる確率が大きくなる。その確率は、膜状の再付着層９９が厚い場合や、イオンビーム１０９が低エネルギーである場合に、大きくなる。
【００７５】
一方、条件Ａのイオンビームの照射期間（加工の時間）が短く、また、その直後に条件Ｂのイオンビームの照射が実行される場合、図８の（ｂ）のように、再付着層９９は、まだ不均一な膜（島状の膜）となっている。その不均一な状態の薄い再付着層９９に、イオンビーム１０９がＭＴＪ素子１に照射された場合、再付着物９９の構成原子は、ほぼ全てＭＴＪ素子１の外部方向に弾き飛ばされ、スパッタリングによって、ほぼ全て除去される。
【００７６】
低エネルギーのイオンビームがＭＴＪ素子１の加工に用いられた場合において、図８の（ｂ）の状態（再付着物が膜状になっていない状態）で、条件Ｂのイオンビームの照射を実行することが、直径３０ｎｍ以下のような微細なＭＴＪ素子を低ダメージで加工するために、望ましい。
【００７７】
しかし、頻繁なイオンビームの入射角の変化（例えば、図７の条件Ａと条件Ｂとの間の切り替え）は、ステージ（積層構造が形成された基板）の角度を機械的に高速に変化させることになるため、物理的に困難である。さらに、ステージの角度の頻繁な切り替えは、機械的な負荷も大きく、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の製造装置のメンテナンスコストや、製造のダウンタイムとして、ＭＴＪ素子又はＭＲＡＭの製造コストに影響を与える可能性がある。
【００７８】
ここで、イオンビームの立体角（被加工層に対するイオンビームの入射角の分散／ばらつきの範囲）が、ＭＴＪ素子を形成すための積層構造（被加工層）に対して及ぼす影響について、説明する。
【００７９】
図９を用いて、本実施形態における、イオンビームの立体角について説明する。
【００８０】
図９の（ａ）に示されるように、ファラデーカップ９０１が、基板９００の表面の中央に相当する場所に、設けられている。イオンビーム９０９は、基板９００の表面に対して垂直方向から、基板９００に向かって照射される。ファラデーカップ９０１内に、イオンが入射されると、イオンの量に応じた電流が、ファラデーカップ９０１内に発生する。
【００８１】
基板９００の表面に対して垂直方向（基板表面の法線）に対するファラデーカップ９０１の開口部の角度φを変化させて、カップの開口部を経由してファラデーカップ９０１内部に入射されたイオンビーム９０９に起因する電流が、測定される。
【００８２】
この測定結果に基づいて、本実施形態におけるイオンビームの立体角を定義する。
【００８３】
図９の（ｂ）は、図９の（ａ）のファラデーカップに対するイオンビームの照射の測定結果を示している。  
図９の（ｂ）は、ファラデーカップと基板とが形成する角度δとファラデーカップ内に入射されたイオンビームの強度との関係を示すグラフである。図９の（ｂ）のグラフの横軸は、基板の表面に対する法線とファラデーカップの開口部とがなす角φを示し、図９の（ｂ）のグラフの縦軸は、ファラデーカップ内に入射されたイオンビームの強度（検出された電流値）を規格化した値を示している。
【００８４】
図９の（ａ）ファラデーカップ９０１に入射されたイオンビーム９０９に起因する電流の強度は、基板９００の表面に対する法線とファラデーカップ９０１の傾きとが形成する角度φが０°である場合に、ピークとなる。そして、角度φがＺ１及び−Ｚ１である場合において、イオンビーム９０９の強度が、ビーム９０９のピーク強度の１０％となる。
【００８５】
本実施形態において、イオンビームの強度がピーク強度の１０％になる角度の範囲（すなわち、２×Ｚ１）を、イオンビームの立体角δとする。例えば、あるイオンビームの入射角においてイオンビームのエネルギーピークを示し、入射角を中心としてそのエネルギーが＋１０％〜−１０％になる角度の範囲が、イオンビームの立体角δとなる。
【００８６】
図１０は、イオンビームの立体角δ（＝２×Ｚ１）が約４５度となる、比較的大きい立体角を有するイオンビームが、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造に照射された場合における、被加工層に対するイオンビームの入射角と成膜速度（再付着物の形成／除去）との関係を示す。
【００８７】
成膜モードにおいて形成される再付着物の量とエッチングモードにおいて再付着物が除去される量とを同じにするには、特性線ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ２のそれぞれにおいて、入射角θの範囲における特性線と縦軸（ある入射角において横軸と直交する線）とで囲まれる面積（積分値）が成膜モード側とエッチングモード側とで等しくなればよい。
【００８８】
それゆえ、イオンビームの立体角δの大きさに応じて、イオンビームの入射角θ（ステージの角度）を変動させない、もしくは、入射角θのわずかに変動させることによって、積層構造（ＭＴＪ素子、磁性層）の側面における成膜速度を、ほぼゼロにできることがわかる。その結果として、図８の（ｂ）に示されるような、再付着物が膜状になる前のエッチング状態を得ることができる。
【００８９】
図１１は、ＭＴＪ素子の不良の確率におけるＭＴＪ素子を形成するためのイオンビームの立体角の依存性を示している。図１１のグラフの横軸は、イオンビームの立体角δ（単位：°）を示し、図１１のグラフの縦軸は、ＭＴＪ素子の不良の発生確率（単位：％）を示している。図１１において、各立体角を有するイオンビームによって形成された３０個のＭＴＪ素子における、ＭＴＪ素子の側面上の付着物に起因したＭＴＪ素子のショートの確率が示されている。
【００９０】
図１１の実験におけるＭＴＪ素子の形成プロセスにおいて、イオンビームによって加工したＭＴＪ素子が大気中に曝露され、ＭＴＪ素子の側面が自然酸化されてから、ＭＴＪ素子の側面上に保護膜（窒化シリコン膜）が形成されている。形成された各ＭＴＪ素子は、２０ｎｍから３０ｎｍの直径を有している。
【００９１】
図１１において、イオンビームの立体角δは、イオン源のグリッドに印加される電圧の条件を制御することで、ある程度は大きくできる。また、イオンビームの立体角δを、さらに大きくする場合には、ＭＴＪ素子が形成される基板の位置を、イオン源のグリッドに近づけることで達成できる。イオンビームの照射時の基板の角度（設定されたイオンビームの入射角）θは、１０°から３０°の範囲で変化されている。
【００９２】
図１１に示されるように、ある入射角に設定されたイオンビームの立体角δの大きさが１０°程度になると、ＭＴＪ素子のショートの確率が減少する傾向が大きくなる。そして、イオンビームの立体角δの大きさが、２０°程度になると、ＭＴＪ素子のショートの確率は２５％程度に減少し、イオンビームの立体角δの大きさが３０°程度になると、ＭＴＪ素子のショートの確率は５％程度に減少する。
【００９３】
このように、イオンビームの立体角δが１０°以上になると、ＭＴＪ素子の側面上の導電性付着物に起因するショートの確率が減少する傾向が、顕著になる。
【００９４】
それゆえ、本実施形態のように、立体角の大きいイオンビームを用いてＭＴＪ素子を加工することによって、ＭＴＪ素子の不良の発生を低減できる。
【００９５】
尚、メモリセルアレイの集積化の観点において、イオンビームの立体角が大きくなると、ＭＴＪ素子に対するイオンビームの入射方向においてＭＴＪ素子の影になる領域が生じるため、ＭＴＪ素子の側壁にイオンビームが当たりにくくなる場合がある。そのため、イオンビームの立体角は、６０°以下、より好ましくは、４５°以下に設定されることが望ましい。
【００９６】
＜イオンエネルギーのエネルギー分散の影響＞  
図１２乃至図１５を参照して、磁気抵抗効果素子を加工するためのイオンビームのエネルギー分散について説明する。
【００９７】
図１２は、グリッド型イオン源及びエンドホール型イオン源が出力するイオンビームのエネルギー分散を示している。  
図１２において、グラフの横軸はイオンエネルギー（単位：ｅＶ）に対応し、グラフの縦軸は検出されたエネルギーの強度（単位：％）に対応している。
【００９８】
図１２において、一点鎖線で示された特性線ＤＧ１，ＤＧ２，ＤＧ３は、グリッド型イオン源が出力するイオンビームのエネルギー分散（エネルギー分布）を示し、実線で示された特性線ＤＥは、エンドホール型イオン源が出力するイオンビームのエネルギー分散（エネルギー分布）を示している。
【００９９】
図１２に示されるように、グリッド型イオン源からのイオンビームに関して、各イオンエネルギーにおける各エネルギー分散ＤＧ１，ＤＧ２，ＤＧ３の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、１０ｅＶ程度である。グリッド型イオン源からのイオンビームは、エネルギーの分散が小さい。
【０１００】
一方、グリッドを有さないエンドホール型イオン源からのイオンビームは、グリッド型に比べて大きなエネルギー分散ＤＥを有する。  
エンドホール型イオン源からのイオンビームは、グリッド型イオン源と同様に、１７５ｅＶ付近で、ピークエネルギーを有する。そして、エンドホール型イオン源からのイオンビームは、１７５ｅＶのピークエネルギーから５０ｅＶ以下まで広がるエネルギー分布を有する。
【０１０１】
図１３は、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子の単位電流当たりの規格化エッチングレートに対するイオンビームのエネルギー依存性を示している。図１３のグラフの横軸はイオンビームのイオンエネルギー（単位：ｅＶ）に対応し、図１３のグラフの縦軸は規格化されたエッチングレート（エッチング速度）（任意単位）に対応している。図１３における規格化エッチングレートは、１７５ｅＶのイオンエネルギーに対して規格化されている。図１３において、グリッド型イオン源からのイオンビームの入射角度が、０°（直角）に設定された場合の結果が示されている。
【０１０２】
図１３に示されるように、グリッド型イオン源のエッチングレート（図１３中、黒丸で表記）において、１７５ｅＶのイオンビームにおける規格化エッチングレートは“１”、１２５ｅＶのイオンビームにおける規格化エッチングレートは“０．５”、７５ｅＶに対する規格化エッチングレートは“０．２”となる。このように、グリッド型イオン源のイオンビームは、エネルギーが下がるにつれて、急激にエッチングレートが低下する傾向を有する。
【０１０３】
例えば、エンドホール型イオン源が出力するイオンビームが、１７５ｅＶ、１２５ｅＶ及び７５ｅＶのエネルギー分散を含むビームで形成されていると想定した場合、図１２のエネルギー強度を考慮すると、単位エッチング深さに対して各エネルギーが占める割合（図１３中の白抜きの三角）は、１７５ｅＶにおけるエッチングレートを“１”として、１２５ｅＶにおいて“０．１７５”、７５ｅＶにおいて“０．０４”である。
【０１０４】
この場合のように、エンドホール型イオン源からのイオンビームのエネルギー分布における１２５ｅＶ及び７５ｅＶのイオン（イオンビーム）がエッチング全体に占めるエネルギーの割合は、約１８％に過ぎない。  
したがって，エンドホール型イオン源から照射されたイオンビームを用いた場合、被加工層（磁性層）に対するエッチングのほとんどが、１７５ｅＶ付近のエネルギーを有するイオンによって、実行されていることが示される。
【０１０５】
図１４は、磁性層としてＣｏ／Ｐｔ人工格子ドットを形成し、その人工格子ドットの異方性磁界から人工格子ドットの磁気異方性エネルギーを測定した結果を示している。尚、人工格子ドットの磁気異方性エネルギーの測定結果は、反磁界の校正を含んでいる。
【０１０６】
図１４のグラフの横軸は、形成されたＣｏ／Ｐｔ人工格子のサイズ（直径）を示し、図１４のグラフの縦軸は、磁気異方性エネルギーＫｕ（×１０７ ｅｒｇ／ｃｃ）を示している。
【０１０７】
図１４の実験において、イオン源及び形成される人工格子ドット間の距離を調整する（距離を大きくする）ことによって、エンドホール型イオン源及びグリッド型イオン源からのイオンビームの入射角の分散（立体角）がほぼ同じ大きさになるように、設定されている。また、エンドホール型及びグリッド型イオン源からのイオンビームによる人工格子のエッチングレートも、イオン源に供給される電流を制御することによって、ほぼ同じ大きさになるように設定されている。  
そして、エンドホール型及びグリッド型イオン源からのイオンビームのエネルギーのピークが約１７５Ｖに設定された状態で、ドット状の人工格子のパターニング（エッチング）が、実行される。
【０１０８】
図１４において、グリッド型イオン源の測定結果は、黒塗りの丸で示され、エンドホール型イオン源の測定結果は、白抜きの三角で示されている。
【０１０９】
人工格子ドットのパターニングの結果、人工格子ドットの直径が３５ｎｍ以上である場合、グリッド型イオン源からのイオンビームで加工された人工格子ドットも、エンドホール型のイオン源のからのイオンビームのどちらで加工された人工格子ドットも、ほぼ同じ磁気異方性エネルギーＫｕを有する。
【０１１０】
人工格子ドットの直径が約２５ｎｍ以下になると、グリッド型イオン源からのイオンビームによって加工された人工格子ドットに比較して、エンドホール型イオン源からのイオンビームによって加工された人工格子ドットは、異方性エネルギーＫｕの低下が小さいことが、示されている。
【０１１１】
前述したように、エンドホール型イオン源からのイオンビームによるエッチングは、主に１７５ｅＶのイオンで行われているので、図１４の実験結果に基づくと、エッチングとしてはほとんど寄与していない低エネルギーのイオンビームの照射の効果は、３０ｎｍ以下の人工格子ドットで、顕著に現れている。
【０１１２】
特に、人工格子ドットのスパッタリング閾値に近づく５０ｅＶ以下の領域のイオンエネルギーは、被加工層である人工格子ドットの格子振動に変換される。ＴＲＩＭ（the Transport of Ions in Matter）を用いたシミュレーション結果において、人工格子ドットに対するイオン注入深さは、５０ｅＶ付近で約１ｎｍ程度と推定される。また、１７５ｅＶのイオン（例えば、Ａｒイオン）の衝突で移動する原子は、１．５ｎｍ程度と見積もられ、５０ｅＶにおけるイオンの衝突による原子の移動量と大差はない。
【０１１３】
したがって、エッチングにほとんど寄与しない数十ｅＶ程度のイオンが有するエネルギーは、人工格子ドット（被加工層）の格子振動に変換され、その格子振動にともなう温度上昇によって、１７５ｅＶのイオンの衝突に起因して形成されたひずみなどの磁性層内の欠陥が、修復されると推定される。  
以上のように、低エネルギーのイオンビームによる加工面からの深さ１ｎｍ程度における膜（磁性体）の修復は、直径３０ｎｍ以下のＭＴＪ素子など、磁性ドットとして扱うことが可能な構造に対して、磁気特性の劣化を防止する効果があると、判断される。
【０１１４】
尚、上記のイオンビームのエネルギー分散（複数のエネルギー値）は、１つのイオン源から出射されるイオンビームに含まれる必要は無く、複数のイオン源からのイオンビームの照射によって総合的に形成されても良い。
【０１１５】
図１５及び図１６を用いて、エッチングにほとんど寄与しない低いエネルギーのイオンが、エッチングに直接的に寄与するイオン（又は、イオンビーム全体）に対してどの程度存在していれば、エッチングによってダメージを受けた層に対する修復効果があるのか、検証した結果について説明する。
【０１１６】
図１５は、低エネルギーのイオン（イオンビーム）による磁性体の修復効果を検証するための実験の構成を示している。
【０１１７】
図１５の（ａ）は、イオン源と被加工層との構成を示している。図１５の（ｂ）は、イオン源が出力するイオンビームのエネルギーを示している。図１５の（ｂ）のグラフの横軸はイオンビームのエネルギーを示し、図１５の（ｂ）のグラフの縦軸はイオンビームの規格化電流値を示している。
【０１１８】
図１５の（ａ）に示されるように、２つのイオン源ＩＳ１，ＩＳ２から被加工層（磁性体）１Ｚにイオンビームが照射される。
【０１１９】
被加工層１Ｚの膜面に対する垂直方向（法線）に対してイオン源ＩＳ１，ＩＳ２をそれぞれ１０°傾けた状態で、イオンビームＥ１，Ｅ２が被加工層１Ｚに同時に照射されている。２つのイオン源ＩＳ１，ＩＳ２からのイオンビームＥ１，Ｅ２が形成する角度θは、２０°である。
【０１２０】
例えば、図１５の（ｂ）に示されるように、イオン源ＩＳ１から１７５ｅＶの中心エネルギーを有するイオンビームＥ１が、“１”の大きさの規格化電流密度で照射される。別のイオン源ＩＳ２から５０ｅＶの中心エネルギーを有するイオンビームＥ２が、“０．２５”の規格化電流密度で、イオン源ＩＳ１からのイオンビームと同時に、被加工層１Ｚに照射される。
【０１２１】
図１５の構成による実験は、図１４の実験と同様に、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子ドットの形成により、そのドットの異方性エネルギーＫｕの値を評価することによって、人工格子ドットに対するダメージ及び修復効果が評価される。
【０１２２】
図１６は、図１５の構成を用いた実験結果を示している。図１６のグラフの横軸は、イオン源ＩＳ１に対するイオン源ＩＳ２の電流比を示し、図１６のグラフの縦軸は、形成された人工格子ドットの磁気異方性エネルギーＫｕ（×１０７ ［ｅｒｇ／ｃｃ］）を示している。図１６において、イオン源ＩＳ１のイオンビームのエネルギーは、１７５ｅＶに一定に設定され、イオン源ＩＳ２のイオンビームのエネルギー及び電流密度が、変化されている。イオンビームの入射角θは、２０°に設定されている。  
以上のイオンビームの入射方向及びイオンビームのエネルギーの条件に基づいて、２５ｎｍの直径を有する人工格子ドットがそれぞれ形成され、形成された磁性ドットの磁気特性が評価されている。
【０１２３】
尚、図１６のグラフの縦軸上の三角印のプロットは、イオン源ＩＳ２からのイオンビームのみで、人工格子ドットを形成した場合における人工格子ドットの磁気異方性エネルギーを、示している。
【０１２４】
図１６に示されるように、形成された人工格子ドットの異方性エネルギーＫｕにおけるイオン源ＩＳ１，ＩＳ２の電流密度比率の依存性に関して、イオン源ＩＳ２からのＡｒイオンのエネルギーが２５ｅＶ、５０ｅＶ及び７５ｅＶにそれぞれ設定された場合、いずれのエネルギーが用いられた場合であっても、また、電流密度比が１０％程度であっても、人工格子ドットの磁気異方性エネルギーが上昇する。電流密度比が３０％〜４０％程度になると、低エネルギーのイオンビームの照射による磁性層のひずみの回復効果は、ほぼ飽和する。
【０１２５】
この結果に基づくと、低エネルギーのイオンビームの照射による磁性層のひずみの回復効果を得る場合、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造（被加工層）に照射されるイオンビーム全体において、低エネルギー（例えば、１００ｅＶ以下）のイオンビームは１０％以上であることが好ましい。  
但し、低エネルギーのイオンビームによる過大な温度上昇を抑制するために、２つのイオン源の電流密度比は、８０％以下に設定されることが望ましい。
【０１２６】
＜基板バイアスによるイオンエネルギーの調整＞  
エンドホール型イオン源のような、ホール型イオン源が有する特徴的な広い範囲のエネルギー分布を活用した状態で、被加工層（ＭＴＪ素子を形成するための積層構造）が形成される基板にマイナス又はプラス電位を印加すること（基板バイアス）によって、イオンビームのエネルギー分布を変化させることなく、イオンビームの全体のエネルギーを増加又は減少させることが可能となる。
【０１２７】
イオンビームによってエッチングされる各磁性層に対して最適なエネルギー分布となるように基板バイアスを変化させることは、イオンビームを安定な放電状態で素早く最適なエネルギー分布状態に調整できる。この結果として、磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果素子を含む磁気メモリのスループットの増加をもたらし、製造コストを低減できる。
【０１２８】
＜反応性ガスのイオンビームの照射＞  
エンドホール型イオン源が出射するイオンビームは、反応性ガスを用いて、形成されてもよい。エンドホール型イオン源から反応性ガスのイオンビーム（反応性イオンビーム）の被加工層への照射は、低エネルギーの反応性イオンを被加工層に衝突させることができ、加工による被加工層のダメージを低減できる。
【０１２９】
ＲＩＥ及びグリッド型イオン源によるＲＩＢＥ（Reactive Ion Beam Etching）は、イオンビームの指向性を高めるために、低いガス圧力でガスが放電される。また、ＲＩＥ及びグリッド型イオン源によるＲＩＢＥは、グリッドからイオンを引き出す時におけるグリッドの損傷を抑制するために、一般に２００ｅＶから３００ｅＶ以上のエネルギーで加速したイオン（分子／原子）を被加工層に衝突させる。
【０１３０】
ＲＩＥ及びＲＩＢＥの場合、衝突する活性イオン（反応性イオン）の反応確率を上げるために、被加工層が形成された基板の温度を高くすることが好ましい。基板の温度の上昇が十分でない場合、ＲＩＥ及びＲＩＢＥのイオンが基板及び被加工層内に打ち込まれる確率が上昇し、パターニング後の腐食の原因となる。一方、基板の加熱が高温すぎると、磁性層が多層構造である場合、膜間における構成元素の相互拡散が発生し、磁性層の磁気特性が劣化する可能性がある。
【０１３１】
エンドホール型イオン源などのように、１００ｅＶ以下のイオンビームを比較的容易に形成できる場合、イオンが打ち込まれる深さを小さくできるため、被加工層に対する加工のダメージを低減できる。
【０１３２】
さらに、ＲＩＥに比較して、エンドホール型イオン源による反応性ガスのイオンビームは、被加工層に対する入射角の自由度があるため、素子の加工形状を制御しやすくなる。それゆえ、形成されるＭＴＪ素子の側面が基板表面に対して垂直に近い形状を有するように加工しやすくなる。その結果として、磁気メモリの記録/再生電流（ＭＴＪ素子の書き込み電流／読み出し電流）の低減によるメモリの省電力化が可能となる。
【０１３３】
また、グリッド型イオン源のＲＩＢＥに比較して、エンドホール型イオン源による反応性ガスのイオンビームは、大電流を用いたイオンビームの生成が可能で、且つ、低エネルギーのイオンビームの照射が可能となる。そのため、エンドホール型イオン源による反応性ガスのイオンビームによって、被加工層の加工の速度を向上でき、磁性層に対するダメージの小さい加工を実行できる。
【０１３４】
例えば、反応性イオンとしてメタノールイオンが、エンドホール型イオン源から被加工層（磁性層）に照射され、被加工層のマスク（上部電極）にＴａが用いられる場合、磁性層の構成元素とマスクの構成元素（Ｔａ）とのエッチング選択比を大きくとることができる。
【０１３５】
尚、反応性ガスのイオンビームのピークエネルギーが約１５０ｅＶ以下（さらに望ましくは１００Ｖ以下）に設定されることが、３０ｎｍ以下の素子サイズ（直径）のＭＴＪ素子の加工に望ましい。
【０１３６】
複数の反応性ガスを用いて、複数のエンドホール型イオン源から各反応性ガスのイオンビームを別々に照射する場合、反応性ガス毎のイオンビームのエネルギー及び電流値の制御が可能で、被加工層に対するイオンビームの入射角の調節が可能である。この結果として、反応性ガスのイオンビームを用いた加工は、ＲＩＥに比較して、プロセス制御がしやすくなる。
【０１３７】
例えば、一酸化炭素（ＣＯ）とアンモニア（ＮＨ３）とが反応性ガスとしてそれぞれ供給されるイオン源から、各反応性ガスのイオンビームを、独立に照射できる。  
一方、ＲＩＥは、装置内で一酸化炭素とアンモニアとの分圧（流量）を制御できるが、各ガスのイオンエネルギーは独立に制御できない。
【０１３８】
このように、供給されるガスが異なるイオン源が複数設けられる場合、ガスの分圧／流量だけでなく、各ガスのイオン化のためのエネルギーも独立に制御でき、被加工層に対するイオンビームの入射角度の依存性に対する効果も、付加できる。この結果として、互いに異なる反応性ガスを用いたイオンビームがイオン源毎に形成されることによって、ＲＩＥによる加工に比較して、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリのプロセスウインドウが広がる。
【０１３９】
尚、イオンビームを形成するための反応性ガスは、上記以外に、ハロゲン含有ガス、ＣＯ２、Ｎ２、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＨ３ＯＣＨ３（メチルエーテル）、ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）などがある。これらのガスと希ガスとの混合ガスが用いられた場合においても、反応性イオンを形成するガスと同様の効果が得られる。  
例えば、ハロゲン含有ガスとして、Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＣｌＦ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣｌＦ３、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＣＣｌＦ３、ＣＨＣｌ３、ＣＢｒＦ３、Ｂｒ２が用いられる。希ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅが、用いられる。
【０１４０】
（３）  具体例  
以下、図１７乃至図４３を参照して、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の具体例について、説明する。
【０１４１】
例えば、図１に示される構造を有する磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１において、ＣｏＦｅＢからなる記憶層、ＭｇＯからなるトンネルバリア層及びＴｂＣｏＦｅからなる参照層を含むトップピン型のＭＴＪ素子が、上述のように、１０°以上の立体角を有するイオンビームを用いたエッチングによって、加工される。ＭＴＪ素子は、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜）及び参照層（ＴｂＣｏＦｅ膜）と境界近傍領域内に、界面層（図示せず）が設けられている。界面層は、トンネルバリア層側のＣｏＦｅＢ膜と、参照層側のＣｏＦｅＢ膜と、２つのＣｏＦｅＢ膜間に挟まれたＴａ膜を含む積層構造（以下では、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜と表記する）を有している。記憶層としてのＣｏＦｅＢ膜に対する下地層（下部電極）として、Ｔａ膜が用いられている。参照層としてのＴｂＣｏＦｅ膜上に、Ｒｕ膜上にＴａ膜が積層されたハードマスク（上部電極）が設けられている。
【０１４２】
上部電極（ハードマスク）のＴａ膜は、５０ｎｍの高さ（膜厚）を有するように形成され、直径２５ｎｍの円形状の平面形状を有するようにパターニングされる。
【０１４３】
上記の構成のＭＴＪ素子（積層構造）を形成するために、図４に示される工程において、積層構造に照射される分散角を有するイオンビーム１００は、例えば、以下の構成のイオン源によって、生成される。
【０１４４】
（ａ）  イオン源の構成  
図１７乃至図３１を参照して、本実施形態における、磁気抵抗効果素子に照射されるイオンビームを出力するイオン源の構成について説明する。
【０１４５】
＜エンドホール型イオン源＞  
磁気抵抗効果素子を形成するための積層構造（又は、磁性層）は、モノマーガスから形成されるイオンビーム（以下では、モノマーイオンビームともよぶ）を用いて、所定の素子形状に加工される。モノマーガスのイオンビームは、例えば、エンドホール型イオン源を用いて、生成される。
【０１４６】
図１７は、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置としてのエンドホール型イオン源の構造の一例を示している。図１７の（ａ）は、イオンビームの出射口側におけるエンドホール型イオン源の上面図を模式的に示している。図１７の（ｂ）は、エンドホール型イオン源の断面構造を模式的に示している。
【０１４７】
エンドホール型イオン源２Ａは、イオン生成部及びイオン照射部として機能するアノード２２とカソード２１とを含んでいる。エンドホール型イオン源２Ａにおいて、アノード２２は、ガスが通過する開口と、イオンビームを出射させるための開口を有し、イオンビームの出射口２９９からガスの供給口へ向かう貫通孔が形成されている。イオンビームを出射させる側の開口２９９の寸法が、ガスが通過する開口より大きく、アノード２２の内壁は傾斜している。アノード２２には、電源（図示せず）から電位が印加される。
【０１４８】
エンドホール型イオン源２Ａは、筒状のプラズマ発生容器（プラズマ室、プラズマ発生領域又は放電領域ともよぶ）を有している。アノード２２の内壁で囲まれた領域（例えば、円錐台状の空洞領域）が、放電領域となり、アノード２２が、実質的にプラズマ発生容器として機能する。例えば、効率よくプラズマ（イオン）を発生させるために、プラズマ発生容器（イオン源、イオンビーム生成装置）の内部は、真空ポンプ（図示せず）によって真空状態にされている。
【０１４９】
ガス導入孔２８からガス圧力室２７内に供給されたガス（ここでは、Ａｒ又はＸｅなどのモノマーガス）ＧＳは、ガス分配器２３を経由して、ガス圧力室２７からアノード２２側の放電領域へ供給される。カソード２１から供給される電子によって、モノマーガスの放電が開始される。これによって、アノード２２の放電領域（例えば、アノード２２の中心領域）に供給されたモノマーガスがイオン化し、イオンビームが形成される。
【０１５０】
アノード２２の放電領域へガスを供給するための開口の付近、例えば、ガス分配器２３を挟んでアノード２２の開口の反対側に、磁性体（例えば、永久磁石）２４が設置される。図１７において、磁石２４内の矢印の向きは、磁石２４の磁化の向きを示している。磁石２４によって、磁界ＭＦが、アノード２２の放電領域内に形成される。永久磁石２４の代わりに、電磁石が設けられてもよい。
【０１５１】
例えば、アノード２２を取り囲むように、ヨーク（強磁性体）２９０，２９１が、設けられている。アノード２２のイオンビームの出射口側に設けられたヨーク２９０は、円盤状の平面形状を有している。アノード２２の出射口に対応する位置に、イオンビームの出射口となる開口２９９が、円盤状（リング状）のヨーク２９０内に形成される。
【０１５２】
また、アノード２２の側部及び底部を覆うように、筒状のヨーク２９１が設けられている。ガス分配板２３及び永久磁石２４は、アノード２２とともに、筒状のヨーク２９１内に設けられている。永久磁石２４は、筒状のプラズマ発生容器の中心軸上に設けられていることが好ましい。永久磁石２４は、例えば、筒状のヨーク２９１に接触する。アノード２２及びヨーク２９０，２９１を全体として、プラズマ発生容器とよぶ場合もある。
【０１５３】
永久磁石２４から発生する磁束（磁界）ＭＦは、アノード２２の貫通孔及びヨーク２９０，２９１内を経由して、永久磁石２４に戻る。
【０１５４】
磁界ＭＦは、イオン源側から基板側に向かうイオンビームの出射方向に沿う第１の磁界成分（イオンビーム平行成分）と、イオンビームの出射方向に直交する方向の第２の磁界成分（イオンビーム直交成分）を有している。ここで、立体角を有するイオンビームの出射方向は、そのイオンビームを形成するイオンの出射される方向を平均化した方向とする。
【０１５５】
イオンビームの出射方向に沿う第１の磁界成分は、プラズマ発生容器（アノード、放電領域）の中心軸上で磁界強度がもっとも大きくなる。第１の磁界成分の磁界強度は、イオンビームの出射方向においてアノードに囲まれた領域（プラズマ発生領域の中心）からイオンビームの出射口側（プラズマ発生領域の外周部）になるにつれて減少する。  
イオンビームの出射方向に沿う第１の磁界成分の分布において、イオン源２Ａのイオンビームの出射口側での第１の磁界成分の磁界強度は、アノード２２に囲まれた領域（プラズマ発生容器の内部）での第１の磁界成分の磁界強度よりも小さくなる。
【０１５６】
イオンビームの出射方向に直交する方向（例えば、イオンビームの出射口の平面方向、開口の径方向）に沿う第２の磁界成分は、プラズマ発生容器の中心軸上で磁界強度が小さくなる（例えば、最小値になる）。第２の磁界成分の磁界強度は、イオンビームの出射口２９９の開口部上において、イオンビームの出射方向に直交する方向においてプラズマ発生容器の開口部の中心から端部側（プラズマ発生領域の外周）になるにつれて増加する。  
イオンビームの出射方向に直交する方向における第２の磁界成分の分布において、プラズマ発生容器のイオンビームの出射方向に直交する方向における端部側での第２の磁界成分の磁界強度は、プラズマ発生容器（放電領域）の開口部２９９の中心での第２の磁界成分の磁界強度よりも大きく。
【０１５７】
カソード２１から供給される電子は、アノード２２及びヨーク２９０の開口部２９９近傍で、ローレンツ力により軌道が曲げられ、カソード２１からアノード２２に到達するまでの電子の移動距離が増大する。電子の移動距離の増大に伴い、電子とガスとの衝突断面積が増える。この結果として、密度が高いプラズマが、アノード２２の開口部付近及び貫通孔内に、形成される。
【０１５８】
形成された高密度のプラズマからイオンが、カソード（例えば、ホローカソード）２１によって引き出され、引き出されたイオン流が、イオンビームとして、アノード２２の出射口２９９から放出される。
【０１５９】
ここで、好ましいイオンビームの立体角δ（例えば、４５°以下）を形成するために、イオンビームが基板に向かって進行する領域のガス圧力を下げることが望ましい。ガス圧力を低減することによって、ガスと加速されたイオンとの衝突によるイオンの散乱を抑制できる。ガス圧力を下げるために、アノード２２の貫通孔（放電領域）内における磁界ＭＦの強度を大きくすることが望ましい。
【０１６０】
ただし、ヨーク２９０の磁化ＭＺの状態は、図１７の（ａ）に模式的に示されるように、イオンビームの出射口２９９近傍において、反磁界により磁化状態に乱れが生じやすい。ヨーク２９０の磁化状態の乱れのため、イオンビームの出射口２９９で磁界ＭＦの強度が、低下する可能性がある。その結果として、電子とガスとの衝突断面積が減少し、動作時（イオンビームの生成時）のガス圧が高くなる可能性がある。
【０１６１】
尚、イオンビームによるＭＴＪ素子の形成時、積層構造（ＭＴＪ素子）が形成される基板は、イオン源２Ａが接続された真空チャンバー内、又は、イオン源２Ａと共通の真空チャンバー内に設けられている。積層構造（ＭＴＪ素子）が形成される基板は、イオン源２Ａを含む装置内の基板保持部（図示せず）上に搭載される。
【０１６２】
図１８Ａは、図１７とは異なるイオン源の構成を示す模式図である。  
図１８Ａの（ａ）は、イオンビームの出射口側におけるエンドホール型イオン源の上面図を模式的に示している。図１８Ａの（ｂ）は、エンドホール型イオン源の断面構造を模式的に示している。図１８Ａにおいて、磁石２５内の矢印の向きは、磁石２５の磁化の向きを示している。
【０１６３】
例えば、ホローカソード型ニュートラライザ（電子線エミッター）２１Ｚが、エンドホール型イオン源２Ｚのカソードとして用いられてもよい。ニュートラライザ２１Ｚは、電子線の照射時に、カソードとして機能する。ニュートラライザ２１Ｚからの電子の出射方向が、イオン源２Ｚのイオンビームの出射口２９９側に傾くように、ニュートラライザ２１Ｚが、設けられてもよい。
【０１６４】
図１８Ａの（ａ）及び（ｂ）に示されるように、イオンビームの出射口２９９側に設けられたヨーク（強磁性体）２９０上に、円環状又は棒状の永久磁石２５が、直接設けられている。永久磁石２５は、例えば、ヨーク２９０に接する。永久磁石２５とヨーク２９０との間に、非磁性体を設けてもよい。
【０１６５】
図１７を用いて説明したのと同様に、図１８Ａのイオン源２Ｚにおいて、イオンを形成するためのモノマーガスは、ガス分配器２３を経由して、アノード２２の中心領域（放電領域）に供給される。アノード２２に送られたモノマーガスは、ニュートラライザ（ホローカソード）２１Ｚから供給された電子により放電する。図１８Ａのイオン源２Ｚにおいて、ニュートラライザ２１Ｚからの電子が、磁石２４，２５からの磁束（磁界）ＭＦにトラップされて、電子の密度が高くなり、ガスの放電が開始される。これによって、比較的効率的に、モノマーガスがイオン化される。  
尚、ジュール熱によって発生する熱電子を放出するフィラメントをカソードとして用いてもよい。
【０１６６】
ヨーク２９０上の永久磁石２５の極性は、アノード２２側から見た永久磁石２５の面に現れる極性と逆向きになるように、イオンビームの出射口２９９側を向いている。
【０１６７】
そのため、図１８Ａのように、ヨーク２９０上に磁石２５が設けられることによって、反磁界により磁化の乱れが生じやすいイオンビームの出射口２９９の近傍において、ヨーク２９０の磁化ＭＺａの状態は、安定に保持される。この結果として、大きな強度の磁界ＭＦを、イオンビームの出射口２９９の内部に形成できる。これによって、イオンビームの出射口２９９近傍（及び放電領域内）において、プラズマ（イオン／ガス）の密度を向上でき、イオンビームの出射口から基板までのイオンビームの進行経路において、ガスの密度を低減できる。したがって、図１８のイオン源２Ｚは、イオンビームの生成時のガス圧力を低減でき、イオンビームの分散を好ましい値に減少させることができる。
【０１６８】
イオン（プラズマ）を励起するための磁石２４，２５は、Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウム−コバルト）のように、エネルギー積の大きなものが望ましい。
【０１６９】
図１８Ａのイオン源２Ｚは、２個の永久磁石２５が、ヨーク２９０上に配置されている。但し、３個以上の永久磁石２５が、ヨーク２９０上に設けられてもよい。
【０１７０】
図１８Ｂは、イオンビームの出射口側におけるエンドホール型イオン源の上面図を模式的に示している。図１８Ｂのように、複数の永久磁石２５が、イオンビームの出力口２９９側のヨーク２９０上に、設けられてもよい。複数の永久磁石２５は、イオンビームの出射口２９９の形状に沿って配列され、イオンビームの出射口２９９を中心に放射状に配置されている。イオンビームの出射口２９９側から見て、永久磁石２５の磁化の向きは、出射口２９９側の反対側（外縁側）を向いている。
【０１７１】
ヨーク２９０上の磁石２５は、プラズマの熱で高温になる可能性があるため、反磁界が小さくなるように、棒状の磁石２５を円周方向にそって並べることが望ましい。
【０１７２】
図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて、エンドホール型イオン源の変形例について説明する。
【０１７３】
図１９Ａは、エンドホール型イオン源の変形例の原理図を説明するための模式図である。図１９Ａの（ａ）は、変形例に係るエンドホール型イオン源の原理を説明するための鳥瞰図を示し、図１９の（ｂ）は、変形例に係るエンドホール型イオン源の原理を説明するための断面図を示している。
【０１７４】
例えば、図１９Ａ（ａ）及び（ｂ）に示されるように、強磁性体のヨーク２９上に、例えば、四角柱の筒状（四角筒状）の永久磁石２５Ｚが設けられている。永久磁石２５Ｚは、例えば、四角形状の貫通孔２５０を有している。筒状の永久磁石は、筒の内部の磁界の強度が、筒の外部の磁界強度よりも大きい。
【０１７５】
筒状の永久磁石２５Ｚがヨーク２９上に設けられた場合、永久磁石２５Ｚの内部（貫通孔２５０内）において、永久磁石２５Ｚが発生する磁束密度（磁界強度）ＭＦｂは、最大値となる。
【０１７６】
図１９Ｂは、図１９Ａの原理を用いたエンドホール型イオン源の構造を示す断面図である。尚、図１９Ｂのエンドホール型イオン源の上面から構造は、図１８Ａの（ａ）と実質的に同じであるので、ここでの時事は省略する。  
図１９Ｂに示されるイオン源２Ｙは、貫通孔を有するアノード２２Ｙ内に、永久磁石が組み込まれている。例えば、アノード２２Ｙが、筒状の磁性体を用いて形成されている。
【０１７７】
アノード２２Ｙの磁石（以下では、アノード磁石とよぶ）の極性は、ガス圧力室２７内の永久磁石２４の極性と反対方向を向いている。アノード２２Ｙの極性（磁化）は、ガス圧力室２７側（出射口２９９側の反対側）を向いている。
【０１７８】
このように、ヨーク２９０，２９１内の磁石２２Ｙ，２４が互いに反対の向きの極性を有することによって、磁性を有するアノード２２Ｙからの磁束とイオンビームの出射口側とは反対側に設けられた永久磁石２４からの磁束とによって、アノード２２Ｙの貫通孔の内部（放電領域）における磁界ＭＦの強度が、大きくなる。その結果として、さらに低いガス圧力で、放電（プラズマの形成）が可能となる。
【０１７９】
以上のように、図１７乃至図１９Ｂに示される各エンドホール型イオン源２，２Ｚ，２Ｙは、筒状のプラズマ発生容器２２，２９０，２９１とその中心軸上に設置された磁界発生源２４を有している。
【０１８０】
そして、イオン源２，２Ｚ，２Ｙが有する磁界発生源２２Ｙ，２４からの磁界ＭＦは、イオンビームの出射方向に沿う磁界成分とその出射方向に直交する方向に沿う磁界成分とを有している。イオン源２，２Ｚ，２Ｙが有する磁界発生源２４からの磁界ＭＦにおいて、イオンビームの出射方向に沿う磁界成分に関して筒（円）の中心における磁界ＭＦの強度は、筒の端部（開口部側）の磁界ＭＦの強度より大きい。また、イオンビームの出射方向と直交する方向に沿う磁界成分に関して筒の中心よりも筒の端部において磁界ＭＦの強度が大きくなる。
【０１８１】
このような分布の磁界が形成された状態で、図１７乃至図１９Ｂの各エンドホール型イオン源２，２Ｚ，２Ｙによって、モノマーガスが放電され、イオン化される。これによって、各エンドホール型イオン源２，２Ｚ，２Ｙからイオンビームが生成される。
【０１８２】
尚、ＭＴＪ素子を形成するためのイオンビームを出力するエンドホール型イオン源の構成は、図１７乃至図１９Ｂに示される例に限定されない。
【０１８３】
複数のエンドホール型イオン源からのイオンビームを、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造に照射して、積層構造を加工してもよい。  
図２０Ａ乃至図２１Ｃを参照して、複数のエンドホール型イオン源から形成された１つのイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）の構成例について、説明する。
【０１８４】
図２０Ａは、被加工層が形成された基板１Ｚ及びエンドホール型イオン源２の幾何学的な配置を模式的に示す鳥瞰図である。図２０Ｂは、イオン源のアノード間の距離Ｄについて説明するための模式的断面図である。
【０１８５】
図２０Ａ及び図２０Ｂに示されるように、複数のエンドホール型イオン源２が、１つの設置ステージ９上に設けられ、１つのイオンビーム生成装置が構成されている。
【０１８６】
１つのイオンビーム生成装置を形成する複数のイオン源のアノード間の距離を“Ｄ”と表記し、被加工層が形成された基板中央（Ｃ）とイオン源２の中央との距離を“Ｌ”と表記する。
【０１８７】
図２０Ａ及び図２０Ｂに示されるように、複数のイオン源からの出力によって、被加工層に照射されるイオンビームが形成される場合、互いに隣りあうイオン源２間においてイオンビームの重なりが生じるので、アノード間の距離が最も長くなる距離を“Ｄ”で示している。例えば、同一直線上に並ぶリング状のアノードの開口の端部間の距離が、“Ｄ”となるように定義されている。
【０１８８】
複数のイオン源からのイオンビームが被加工層に照射される場合、イオンビーム立体角δと各距離Ｄ，Ｌとの関係は、“ｔａｎδ＝０．５×Ｄ／Ｌ”と示すことができる。
【０１８９】
図１１を用いて説明したように、イオンビームの立体角（分散）δが、１０°以上になると、ＭＴＪ素子の側面上の残渣によるショートの確率が小さくなりはじめる。そのため、複数のイオン源２から形成されるイオンビーム（各イオン源から出射されるイオンビームの集合）の立体角δが、１０°以上になるように、２つの間隔Ｄ，Ｌを調整して、装置内におけるイオン源の配置、及び、基板（積層構造、被加工層）に対するイオン源の位置が設定されることが、好ましい。
【０１９０】
図２１Ａは、複数のエンドホール型イオン源から形成されるイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）の構成例を示している。
【０１９１】
図２１Ａの（ａ）は、フィラメントをカソードとして用いたエンドホール型イオン源を複数個用いたイオンビーム生成装置２００Ａの構成例を示している。
【０１９２】
熱電子を放出するフィラメント２１Ｂをカソードとして用いたエンドホール型イオン源２Ｂが、複数個（例えば、７個）設けられることによって、１つのイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置、エッチングガン）２００Ａが形成されている。この場合において、図２０Ａ及び図２０Ｂを用いて説明したように、同一直線上に並ぶ複数のイオン源２Ａの開口（イオンビームの出射口）の端部の間の最大間隔が、イオンビームの立体角δを設定するための“Ｄ”とされている。
【０１９３】
図２１Ａの（ｂ）は、ニュートラライザ２１Ｚをカソードとして用いたエンドホール型イオン源を複数個用いたイオンビーム生成装置２００Ｂの構成例を示している。例えば、カソードとしてのニュートラライザ２１Ｚは、ホローカソード型の電子線エミッターである。図２１Ａの（ｂ）に示されるように、イオンビーム生成装置２００Ｂにおけるニュートラライザ２１Ｚは、隣接するイオン源２Ｚの中間の位置に、電子の出射方向がイオン源が設けられるステージの表面に対して垂直になるように、設けられる。但し、複数個のイオン源からのイオンビームが被加工層に照射される場合であっても、図１８に示されるように、ニュートラライザ２１Ｚからの電子の出射方向が、イオン源２Ｚのイオンビームの出射口側に傾くように、ニュートラライザ２１Ｚが、設けられてもよい。
【０１９４】
図２１Ａの（ｃ）は、図２１Ａの（ａ）及び（ｂ）とは異なるイオンビーム生成装置２００Ｃの構成例を示している。  
１つのイオンビーム生成装置２００Ｃ内に設けられた複数のイオン源２，２Ｃのうち、ステージ９の外周側のイオン源２Ｃの出射口がステージ９の中心軸側に傾くように、イオン源が設置されている。
【０１９５】
エンドホール型イオン源は、イオンビームの立体角δが大きいため、イオンビームが、エッチング装置のチャンバーの内壁（又は、イオン源の内壁）に照射され、イオンビームの照射によってチャンバーの内壁の形成物又は内壁上の付着物がスパッタされる可能性がある。チャンバーの内壁の形成物又は内壁上の付着物のスパッタ量が多くなると、スパッタされた内壁の形成物及び内壁上の付着物が、加工中のＭＴＪ素子内に不純物として取り込まれ、ＭＴＪ素子の特性及び動作に悪影響を及ぼす可能性もある。
【０１９６】
そのため、図２１Ａの（ｃ）に示されるように、ステージ９の外周側のイオン源２Ｃがステージ９の中心軸側に傾けられてステージ９上に設置されることで、装置のチャンバーの内壁に対するイオンビームの照射を低減でき、チャンバーの壁面に対するエッチングを減少できる。
【０１９７】
図２１Ｂは、図２１Ａと異なる構造のエンドホール型イオン源を用いたイオンビーム生成装置の構成例を示している。  
図２１Ｂにおいて、回転対称ではない出射口を有するエンドホール型イオン源２Ｄが、１つのイオンビーム生成装置２００Ｄ内に設けられている。例えば、イオン源２Ｄは、楕円形状の開口を有するアノード２２Ｄ及び楕円形状の加工を有する磁石２９０Ｄを含む。各イオン源２Ｄの出射口は、楕円形状の平面形状を有している。
【０１９８】
イオンビームの出射口を半径方向に伸ばすことで、被加工層が形成された基板を回転させた状態でイオンビームが照射される場合、イオンビームの照射の均一性を、上昇させることができる。
【０１９９】
図２１Ｃは、複数の筒状（四角筒状）の磁石からなるアノード（アノード磁石）２５Ｚを用いて形成されたイオンビーム生成装置の構成例を示している。  
図２１Ｃの（ａ）は、複数のアノード磁石２５Ｚを含むイオン源２００Ｅの構成例を示す鳥瞰図であり、図２１Ｃの（ｂ）は、複数のアノード磁石２５Ｚを含むイオン源２００Ｅの構成例を示す断面図である。
【０２００】
図２１Ｃの（ａ）及び（ｂ）のイオンビーム生成装置２００Ｅは、複数の筒状の磁石からなるアノード（アノード磁石）２５Ｚが、共通のアノード板２２Ｄ上に設けられている。アノード板２２Ｄは、強磁性体から形成される。  
可変直流電源２２０からの正電位が、アノード板２２Ｄに印加される。例えば、アノード板２２Ｄを経由して、複数の磁石２５Ｚに、電位が印加される。
【０２０１】
筒状のアノード磁石２５Ｚの内部において、最も磁界強度が強くなり、カソード２１Ｚから供給される電子は、アノード磁石２５Ｚの内部において、ガス供給室２７からのガスに対する衝突断面積が増える。その結果として、アノード磁石２５Ｚの内部で、密度の高いプラズマが、形成される。
【０２０２】
アノード２２Ｄ，２５Ｚとカソード２１Ｚとの電位差により、アノード磁石２５Ｚの内部からカソード２１Ｚに向かってイオン流が放出される。
【０２０３】
これによって、イオンビーム生成装置２００Ｅからイオンビームが、出力される。
【０２０４】
複数の小さなアノード磁石２５Ｚが、アノード板２２Ｅ上に配置されることによって、加工される面に対して面状の分布に近いイオンビームを照射できるイオン源を形成することができ、加工された積層構造におけるエッチングの加工面内の均一性を向上できる。
【０２０５】
図２１Ｃの（ｃ）は、図２１Ｃの（ｂ）のイオンビーム生成装置の変形例を示している。
【０２０６】
例えば、図２１Ｃの（ｃ）に示されるように、アノード板２２Ｄ及び複数のアノード磁石２５Ｚを覆うように、筐体２６０が、イオンビーム生成装置２００ＥＸに設けられてもよい。アノード磁石２５Ｚに対応する位置に、イオンビームの出射口が筐体２６０内に設けられている。また、筐体２６０内に、ガス導入孔２８が接続されている。
【０２０７】
例えば、筐体２６０は、イオンビームによるエッチングが生じにくい材料によって形成されることが好ましい。
【０２０８】
このように、複数のアノード磁石２５を覆う筐体２６０が設けられることによって、プラズマの漏れを防ぎ、イオンビーム生成装置２００Ｅの構成部材に対する不要なエッチングを防ぐことができる。
【０２０９】
図２０Ａ乃至図２１Ｃに示されるように、複数のエンドホール型イオン源からのイオンビームを、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造に照射した場合、面分布（面光源）に近似したイオンビームを形成でき、イオンビームを収束した状態で、積層構造に照射できる。
【０２１０】
尚、複数のエンドホール型イオン源を用いてイオンビームエッチング装置が形成される場合、複数のイオン源間において、イオンビームのエネルギーのピークに分布を持たせ、被加工層を加工するためのエネルギーの大きいイオンビームに加えて、１００Ｖ以下のイオンビームの量を増加させることによって、ひずみ等の磁性層の欠陥の回復に効果がある。
【０２１１】
以上のように、１以上のエンドホール型イオン源を用いて、被加工層が設けられた基板の中央（又は、被加工面）に対して、比較的大きい立体角のイオンビーム、例えば、１０°以上の立体角のイオンビームを生成できる。
【０２１２】
＜シリンドリカル型イオン源＞  
図２２乃至図２５を用いて、エンドホール型イオン源以外のイオン源を用いて、大きい立体角（例えば、１０°以上の立体角）を有するイオンビームを、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造（被加工層）に照射する例について、説明する。
【０２１３】
例えば、シリンドリカル型イオン源（マグネティックレイヤー型又はアノードレイヤー型イオン源ともよばれる）が、エンドホール型イオン源の代わりに、ＭＴＪ素子を形成するためのイオンビームを生成するために、用いられてもよい。  
シリンドリカル型イオン源は、エンドホール型イオン源と同様に、グリッドを有さない。シリンドリカル型イオン源が出力するイオンビームは、比較的大きい立体角（分散）を有する。それゆえ、エンドホール型イオン源の代わりに、シリンドリカル型イオン源を用いて、立体角を有するイオンビームによるＭＴＪ素子を形成するためのエッチングを実行してもよい。
【０２１４】
図２２は、シリンドリカル型イオン源の構造例を示している。図２２の（ａ）は、シリンドリカル型イオン源の平面図を示している。図２２の（ｂ）は、シリンドリカル型イオン源の鳥瞰断面図を示している。
【０２１５】
図２２に示されるように、シリンドリカル型イオン源３Ａは、筒状（シリンダー構造）のプラズマ発生容器３４を有している。
【０２１６】
筒状のプラズマ発生容器３４の一端側（ガス供給側）に、アノード３２が設けられている。アノード３２はリング状の平面形状を有している。アノードとしての金属板３２に、ガス室３９内のガスを導入するための貫通孔（ガス導入孔）３８が、設けられている。
【０２１７】
アノード３２に形成されたガス導入孔３８を介して、Ａｒなどのイオンビームを形成可能なガスが、ガス圧力室３９からプラズマ発生容器３４内に導入される。ガス圧力室３９には、ガス導入孔３９０を介して、イオンビームを形成するためのガスが供給される。
【０２１８】
プラズマ発生容器の中心に円柱３３が設けられ、その円柱３３上に磁石３５が設けられている。これによって、放電室の中心軸上に、磁界発生源が形成される。
【０２１９】
筒状のプラズマ発生容器３４の他端側（イオンビームの出射口側）において、容器３４上に、磁石３６が設けられている。イオンビームの生成時、磁石３５，３６からの磁界によって、リング状のプラズマが形成される。
【０２２０】
円柱３３及びプラズマ発生容器３４のイオンビーム出射口付近に設けられた磁石３５，３６によって、シリンダーの半径方向に延在する磁力線が、発生する。その磁力線が、カソードとしてのホローカソード電子源３１から放出される電子を、円周方向に沿ってトラップする。これによって、プラズマ発生容器（放電領域）３４内における電子密度が、上昇し、イオン化したガスによって、プラズマが発生する。発生したプラズマが、アノード３２からの電界によって加速され、イオンビームとして、外部（例えば、被加工層が形成された基板側）に向かって放出される。
【０２２１】
カソード３１及びアノード３２には、直流電源３７が接続されている。
【０２２２】
例えば、図２２のシリンドリカル型イオン源３Ａにおいて、放電が発生する場所は、プラズマ発生容器３４の壁と容器３４内の中心の円柱３３とによって、リング形状を有しているため、放電領域が、容器３４の中心軸上の磁石３５により狭められる。
【０２２３】
シリンドリカル型イオン源３Ａが出力するイオンビームは、エンドホール型イオン源と同様に、イオンビームの指向性が小さく、比較的大きな立体角（分散角）を有する。
【０２２４】
図２３を用いて、本実施形態における、シリンドリカル型イオン源の変形例について、説明する。  
図２３の（ａ）及び（ｂ）は、シリンドリカルイオン源の断面構造を示している。
【０２２５】
図２３の（ａ）に示されるシリンドリカル型イオン源３Ｚにおいて、シリンダー型のプラズマ発生容器３４内の中心に設けられた円柱３３及び磁石３５の高さ（筒の軸方向の寸法）が、プラズマ発生容器３４の外壁上の磁石３６の高さよりの低い。筒の軸方向に関して、円柱３３上の磁石３５の位置が、プラズマ発生容器３４の外壁上の磁石３６の位置より、アノード３２側に設定されている。  
これによって、プラズマ発生容器３４内の放電領域が増加する。
【０２２６】
図２３の（ａ）に示されるイオン源３Ｚのように、例えば、プラズマ発生容器３４内における、円柱３３の側面、壁３４の内面及び磁石３５，３６の側面は、窒化ボロンやアルミナなどの難エッチング材料から形成された保護プレート３７によって、覆われている。これによって、プラズマ発生容器３４の内部がイオンビームによってエッチングされることに起因する不純物の発生を、防止できる。この結果として、イオン源３Ｚの構成物質が、ＭＴＪ素子１に付着する又は混入するのを防止できる。
【０２２７】
図２３の（ｂ）に示されるシリンドリカル型イオン源３Ｙにおいて、放電領域の面積を増やすために、プラズマ発生容器３４の内側（中心側）の磁石（磁性ブロック）３５Ｙの側面に、テーパーが形成され、円柱３３上の磁石（磁性ブロック）３５Ｙが台形状になっている。プラズマ発生容器の円柱３３及び磁石３５Ｙ内部は、磁石３５Ｙのイオンビーム出射口側の面が、狭められた断面形状になる。この結果として、筒（プラズマ発生容器）の半径方向における円柱３３上の磁石３５Ｙとプラズマ発生容器３４の外壁上の磁石３６Ｙとの間隔が大きくなり、放電領域が大きくなる。
【０２２８】
但し、容器３４の中心の磁石３５Ｙと容器の外部側の磁石３６Ｙとの間隔の大きさに依存して、プラズマ発生容器３４内の磁界強度が低下する可能性がある。例えば、円柱３３上及び外壁３４上に設けられた複数の磁石３５１，３５２，３６１，３６２のうち、中心側と外側との間隔が大きい磁石３５２，３６２は、中心側と外側との間隔が小さい磁石３５１，３６１に比較して、大きな磁界が発生するように、磁石３５２，３６２に工夫がなされている。  
具体的な一例としては、飽和磁束密度が大きい材料を用いて、磁石３５２，３６２を形成したり、放電領域側に対向する磁石の面積（磁石の側面の面積）を増加させたりしている。
【０２２９】
例えば、ホローカソード型のニュートラライザが、シリンドリカル型イオン源のカソード３１Ｚとして設けられてもよい。ホローカソード型ニュートラライザから放出される電子流がカソード３１Ｚとなり、アノード３２に設けられたガス導入口からプラズマ発生容器３４内に供給されたＡｒガスやＸｅガスがイオン化され、プラズマが形成される。  
シリンドリカル型イオン源３Ａ，３Ｚ，３Ｙにおいて、立体角δを設定するための“Ｄ”の値は、リング状のアノードの直径（プラズマ発生容器３４の内壁側の直径）とする。
【０２３０】
尚、シリンドリカル型イオン源３（及びエンドホール型イオン源２）におけるプラズマを形成するための放電は、直流放電を用いてもよいし、ＥＣＲ放電を用いてもよい。直流放電は、図２２の（ｂ）に示されるように、直流電源３７を用いればよく、発振機が不要で簡便な構成であるため、コスト性に優れる。ＥＣＲ放電は、放電条件の広さに特徴がある。また、ＥＣＲ放電は、プラズマ発生容器３４内を真空状態にするための排気ポンプの容量を低減でき、それに伴って、製造コスト及びメンテナンスコストを低減できる。
【０２３１】
エンドホール型イオン源と同様に、複数のシリンドリカル型イオン源を用いて、１つのイオンビームエッチング装置を形成してもよい。  
図２４及び図２５は、複数のシリンドリカル型イオン源によって構成されたイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）の構成例を示している。
【０２３２】
図２４の（ａ）は、複数個のシリンドリカル型イオン源を用いて形成されたイオンビーム生成装置の構成例の上面図を示している。図２４の（ｂ）は、複数のシリンドリカル型イオン源を含むイオンビームエッチング装置の一部を抽出した鳥瞰断面図を示し、図２４の（ｃ）は、複数のシリンドリカル型イオン源を含むイオンビームエッチング装置の一部を抽出した上面図を示している。
【０２３３】
図２４の（ａ）は、４個のシリンドリカル型イオン源が、１つのイオンビームエッチング装置を形成している例を示している。  
例えば、カソードとしてのニュートラライザ３１は、各イオン源３にそれぞれに取り付けてもよいし、装置３００内で隣り合うイオン源３によって共有されるように、イオン源３間に設けられてよい。
【０２３４】
複数のシリンドリカル型イオン源３を用いてイオンビームエッチング装置が形成された場合、立体角δを設定するための“Ｄ”は、図２４の（ａ）〜（ｃ）に示されるように、同一直線上に並ぶシリンドリカル型イオン源３のリング状のアノード３２間の最大距離に対応する。
【０２３５】
例えば、“Ｄ”の値を決定するためのシリンドリカル型イオン源３のリング状のアノード３２間の最大距離は、同一直線上に並ぶイオン源３における配列方向に沿うアノード３２の外側の端部間の距離に、設定されている。
【０２３６】
図２５の（ａ）には、２個のシリンドリカル型イオン源３が、１つのイオンビーム生成装置３００内に設けられた例が示され、図２５の（ｂ）には、３個のシリンドリカル型イオン源３が１つのイオンビーム生成装置３００内に設けられた例が示されている。
【０２３７】
２個又は３個のシリンドリカル型イオン源３によってイオンビームエッチング装置３００が形成される場合においても、図２４に示される例と同様に、同一直線上に並ぶイオン源３のうち、アノードの外側（他のアノードと隣り合わない側）の端部間の距離が最大になる値が、立体角を決定するための“Ｄ”の値として設定される。
【０２３８】
また、図２５の（ｃ）に示されるように、１つのシリンドリカル型イオン源３に対して、複数のカソード（例えば、ニュートラライザ）３１が設けられてもよい。
【０２３９】
以上のように、１以上のシリンドリカル型イオン源を用いて、大きい立体角（例えば、１０°以上の立体角）のイオンビームを生成できる。
【０２４０】
尚、エンドホール型イオン源とシリンドリカル型イオン源とが１つのイオンビーム生成装置を形成してもよい。シリンドリカル型イオン源は、エンドホール型イオン源に比較して、高いエネルギー及び高い指向性のイオンビームを出力し易い。そのため、積層構造の加工の初期段階のエッチングを、シリンドリカル型イオン源からのイオンビームの照射によって行い、最終的な加工された積層構造のダメージの修復処理を、エンドホール型イオン源からのイオンビーム照射によって行ってもよい。
【０２４１】
＜イオンビームの制御＞  
図２６乃至図３２Ｂを参照して、イオン源から出力されるイオンビームの制御について説明する。
【０２４２】
図２６は、イオンビームの制御のための構成を含むイオン源の構造を示している。図２６の（ａ）は、エンドホール型イオン源の断面構造を示し、図２６の（ｂ）は、シリンドリカル型イオン源の断面構造を示している。
【０２４３】
図２６の（ａ）及び（ｂ）において、各イオン源２，３は、イオンビームの収束用のリングが設けられている。  
図２６の（ａ）に示されるように、エンドホール型イオン源２において、イオンビームが通過する貫通孔（開口）を有する収束用リング７０が、イオンビームの出射口側の磁石２５上に設けられている。図２６の（ｂ）に示されるように、シリンドリカル型イオン源３において、収束用リング７０が、イオンビームの出射口側の磁石３５，３６上に設けられている。
【０２４４】
高密度のプラズマを形成するための磁石２５，３５，３６上に、イオンビームの収束用リング（コリメーター）７０を設置することによって、イオンビームの発散角度を制御でき、例えば、イオンビームの発散を抑制できる。収束用リング７０は、イオンビームの出射方向（例えば、イオンビームの出射方向）に対して平行な隔壁を有している。
【０２４５】
イオンビームを形成するイオンは、イオン源から出射される方向にばらつきを含んで、イオン源側から基板側へ向かう。本実施形態では、イオンの出射される方向を平均化した方向を、立体角を有するイオンビームの出射方向とする。例えば、イオンビームの出射方向（イオンビーム平均出射方向）は、イオン源のイオンビームの出射口２９９の中心と基板８０の中心とをつなぐ直線に沿う方向に対応する。
【０２４６】
例えば、窒化ボロン（ＢＮ）またはアルミナのセラミクス、又は、カーボンのような難エッチング材を用いて収束リング７０を形成することによって、収束リング７０を分散するイオンビームに対する物理的な抑止カバーとしても用いることができる。
【０２４７】
例えば、収束用のリング７０をカーボンや金属などの導電体を用いて形成し、導電体からなるリング７０をフローティング状態にすることによって、静電的にイオンビームを収束できる。尚、導電体のリング７０に、電圧を印加して、イオンビームの収束を制御してもよい。
【０２４８】
図２７Ａは、図２６とは異なる構成のイオンビームの制御可能なイオン源の構造例を示している。図２７Ａの（ａ）は、イオン源（ここでは、エンドホール型イオン源）の断面構造を示している。
【０２４９】
図２７Ａの（ａ）に示されるように、イオン源２のイオンビームの出射口に、コリメーター７５が設けられてもよい。コリメーター７５は、収束用リング７０と同様に、イオンビームが通過する少なくとも１つの貫通孔を有し、イオンビームの出射方向に対して平行な隔壁を有している。
【０２５０】
コリメーター７５は、イオンビームの制御性の向上のために、例えば、イオン源２と積層構造が形成された基板との間の中間の位置よりイオン源２側に設けられていることが好ましい。コリメーター７５は、例えば、イオンビームの立体角が、６０°以下、さらには、４５°以下になるように、イオンビームを調整する。
【０２５１】
イオンビーム収束用のコリメーター７５として、リング形状以外にも、イオンビーム出射方向（イオン源から被加工層に向かう方向）と交差する方向に延在する壁（板、格子）をリング内に設けることによって、イオンビームの調整を行うことができる。図２７Ａの（ａ）において、複数の壁（格子）７５１がリング７５０内に挿入されている。
【０２５２】
図２７Ａの（ｂ）は、コリメーターの平面形状の一例を示している。図２７Ａの（ｂ）のコリメーター７５は、格子状（メッシュ状）の平面形状を有している。
【０２５３】
コリメーター７５において、リング７５０の内側に壁（格子）７５１が設けられている。複数の壁７５１は、Ｘ方向及びＹ方向に交差するように、リング７５０内に設けられている。挿入された壁７５１によって、リング７５０の内側が、格子状になる。壁７５１で囲まれた部分が矩形状の空隙７５９となっている。
【０２５４】
図２７Ａの（ａ）及び（ｂ）で示されるように、コリメーター７５において、リング７５０の内径が“Ｌ１”で示されている。空隙７５９間の壁（格子）７５１の線幅（コリメーターの表面に対して平行方向の寸法）が“Ｗ１”で示される。矩形状の空隙７５９の一辺の寸法（壁７５１間の間隔）が“Ｌ２”で示される。壁７５１の厚さ（高さ、イオンビームの出射方向に沿う寸法）を“Ｔ１”で示される。
【０２５５】
エンドホール型イオン源２のアノードの開口寸法（直径）が“Ｌ３”で示される場合、寸法（リング７５０の直径）Ｌ１が寸法Ｌ３より大きい（Ｌ１＞Ｌ３）ことが好ましい。
【０２５６】
さらに、イオン源２に起因する不純物の混入を抑制するために、イオンビームの発散角（立体角）を、４５°以下に設定することが好ましい。そのため、寸法（壁７５１の厚さ）Ｔ１が寸法（壁７５１間の間隔）Ｌ２以上である（Ｔ１≧Ｌ２）であることが望ましい。
【０２５７】
コリメーター７５の壁７５０の線幅Ｗ１が小さくされることによって、コリメーター７５の構成部材がイオンビームによってエッチングされるのを抑制できる。その結果として、イオンビームによってエッチングされたコリメーター７５の構成部材が不純物としてアノード２２（又は、ＭＴＪ素子）に付着するのを、防止できる。そのため、空隙７５９の寸法Ｌ２が、壁７５１の寸法Ｗ１の１０倍以上の大きさである（Ｌ２≧１０×Ｗ１）ことが好ましい。
【０２５８】
例えば、コリメーター７５が含む各構成の寸法の一例は、Ｌ１＝５０ｍｍ、Ｌ２＝１２ｍｍ、Ｌ３＝４０ｍｍ、Ｗ１＝１ｍｍ、Ｔ１＝１２ｍｍである。
【０２５９】
例えば、イオンビームの出射時、コリメーター７５は、電位的にフロート状態にされる。コリメーター７５の壁７５１及びリング７５０の材料は、例えば、カーボンを用いて、形成される。
【０２６０】
イオンビームのエネルギーが１００ｅＶ以下に設定された場合における被加工層（ＭＴＪ素子）の加工時において、コリメーター７５の空隙７５９を通過するイオンによってコリメーター７５の壁７５１がエッチングされる量（浅いイオンビーム入射角度におけるスパッタリング率）が、イオンビームのエネルギーが１００ｅＶより大きく設定された場合に比較して、減少する。
【０２６１】
図２７Ｂは、Ｍｏからなる部材にＸｅのイオンビームを照射した場合における、Ｍｏに対するスパッタリングが発生しなくなるイオンビームのエネルギーとイオンエネルギーの入射角度との関係を示している。図２７Ｂのグラフの横軸は、イオンビームのエネルギー（単位：ｅＶ）をｌｏｇスケールで示し、図２７Ｂのグラフの縦軸は、部材のスパッタ率が０になる場合における部材に対するイオンビームの入射角度（単位：°）を、示している。尚、図２７Ｂにおけるイオンビームの入射角は、部材が形成された基板の表面の法線とイオンビームの入射方向が形成する角度である。
【０２６２】
図２７Ｂに示されるように、イオンビームのエネルギーが２００ｅＶ以下になると、スパッタリング率が０になるイオンビームの入射角度の減少が、急峻になる。
【０２６３】
そして、イオンビームのエネルギーが１００ｅＶ以下になると、基板の法線に対して６５°、換言すると、イオンビームが基板の表面を基準（０°）として２５°の角度から照射されても、基板上のＭｏのエッチング（スパッタリング）は、生じなくなる。
【０２６４】
これは、１００ｅＶ以下の低いエネルギーのイオンビームであれば、イオンビームの立体角が５０°（＋２５°〜−２５°）であったとしても、原理的には、Ｍｏ材で形成されたコリメーターはエッチングされないことを示している。
【０２６５】
すなわち、１００ｅＶ以下の低いエネルギーのイオンビームであれば、コリメーターに起因する不純物が被加工層に混入するのを抑制できる。  
したがって、１００ｅＶ以下のイオンビームの照射によって、コリメーターを形成する部材のエッチングを抑制できる。
【０２６６】
以上のように、１００ｅＶ以下のイオンエネルギーによるエッチングに用いられる場合において、上述の空隙７５９を有するコリメーター７５は、コリメーター７５の構成成分が被加工層（ＭＴＪ素子）の加工時に基板側に打ち出され、その構成成分が被加工層に混入するのを抑制できる。
【０２６７】
尚、コリメーター７０を形成するための材料は、カーボンのような導電体以外に、窒化ボロン（ＢＮ）又はアルミナのような絶縁体でもよい。コリメーター７５内の空隙７５９の形状は、矩形状（格子状）に限らず、円形状、楕円形状、又は、多角形状でもよい。
【０２６８】
図２７Ａに示される例では、コリメーター７５は、イオン源２のカソード２１Ｚとアノード２２との間に設けられている。カソード２１Ｚからの電子流は、コリメーター７５に対してアノード側とは反対側の領域に、供給される
図２８Ａは、図２７Ａのコリメーターを有するイオン源の変形例を示している。
【０２６９】
図２８Ａに示されるように、コリメーター７５は、カソード２１Ｚよりも外側（被加工層側）に設けられてもよい。カソード２１Ｚからの電子流は、イオンビームの出射方向に対して、コリメーター７５とアノード２２との間の領域に、供給される。  
１つのイオン源に対して複数のコリメーターを設けてもよい。
【０２７０】
図２８Ｂに示されるように、筒状の磁性体からなるアノード（アノード磁石）を用いたイオンビーム生成装置（イオン源）に、コリメーターが設けられてもよい。
【０２７１】
図２８Ｂは、コリメーターを含むアノード磁石を用いたイオンビーム生成装置の構成例を示す断面図である。
【０２７２】
図２８Ｂに示されるように、筒状のアノード磁石２５Ｚのそれぞれに、コリメーター７０１が設けられている。例えば、コリメーター７０１の電位をフロート状態に設定することによって、イオンビームの立体角を好ましい角度に制御することができる。
【０２７３】
複数のアノード磁石２５Ｚで共有されるように、１つのコリメーターが複数のアノード磁石に対して設けられてもよい。  
尚、シリンドリカル型イオン源に、上述のコリメーターが設けられてもよい。
【０２７４】
図２９Ａ及び図２９Ｂは、イオン源からのイオンビームを複数のコリメーターを用いて制御する場合の構成例を示している。
【０２７５】
例えば、図２９Ａに示されるように、壁の向き（格子の延在方向）が異なる複数のコリメーター７５Ａ，７５Ｂを、イオンビームの出射方向に対して重なるように、イオン源２，３に対して配置してもよい。
【０２７６】
また、図２９Ｂに示されるように、複数のコリメーター７５Ａ，７５Ｂが１つのイオン源２に対して設けられた場合、コリメーター７５Ａ，７５Ｂに電位を印加してもよい。  
例えば、図２９Ｂにおいて、イオン源２側のコリメーター７５Ａがフロート状態に設定される。そのコリメーター７５Ａの外側（被加工層側）に設けられたコリメーター７５Ｂは、電源（可変直流電源）７８に接続されている。コリメーター７５Ｂに、所定の電位が印加される。このように、電位状態が異なる複数のコリメーター７５Ａ，７５Ｂが、１つのイオン源２に設けられることによって、イオンビームの発散角度（立体角）の制御性を向上できる。
【０２７７】
図３０Ａ及び図３０Ｂは、イオン源に対して設けられるコリメーターの変形例を示している。
【０２７８】
図３０Ａに示されるように、コリメーター７６Ａは、コイル状の構造を有していてもよい。
【０２７９】
コイル状のコリメーター７６Ａが、イオン源２のイオンビーム出射口２９９付近に、設置される。尚、上述のように、ホローカソード２１Ｚは、基板とコリメーター７６Ａとの間（コリメータを挟んでアノードの反対側）に設けられてもよいし、イオン源２とコリメーター７６Ａとの間に設けられてもよい。
【０２８０】
コイル状のコリメーター７６Ａによって、コリメーター７６Ａに印加された電位の状態がイオンビーム１００を形成するためのプラズマ（イオン）に伝播され、イオン源２の放電領域（イオンビームの通過領域）を制限できる。
【０２８１】
コイル状のコリメーター７６Ａは、線（例えば、金属線）７６０を用いて形成できるため、イオンビーム１００が、コリメーター７６Ａに当たる面積が小さい。そのため、イオンビーム１００によってコリメーター７６Ａの構成部材７６０がエッチングされた場合でも、コリメーター７６Ａに起因する不純物の混入が小さく抑えられる。
【０２８２】
例えば、図３０Ａにおいて、イオンビームの広がりを考慮して、イオン源２側から基板側に向かって、コイルの直径が徐々に大きくなる形状を有するように、コイル状のコリメーター７６Ａが形成される。コリメーター７６Ａにおけるイオン源２側の開口寸法（コイルの直径）ＤＡは、コリメーター７６Ａにおける基板側の開口寸法ＤＢより小さい。
【０２８３】
尚、図３０Ｂの（ａ）に示されるように、コリメーター７６Ｂは、イオン源側から基板側へ延在する円筒状の隔壁７６１から形成されてもよい。イオンビームが通過する開口部は、リング状になっている。コリメーター７６Ｂにおけるイオンビーム１００を基板に出射するための開口部は、円形状でもよいし、多角形状（例えば、六角形）でもよい。例えば、円筒状のコリメーター７６Ｂにおけるイオン源側の開口部の寸法ＤＡは、コリメーター７６Ｂにおける基板側の開口部の寸法ＤＢより小さい。
【０２８４】
また、図３０Ｂの（ｂ）に示されるように、コリメーター７６Ｃの隔壁７６２が、格子状（網状）になっていてもよい。図３０Ｂの（ｂ）において、矩形状（四角形状）の空隙（貫通孔）７６９が、隔壁７６２内に形成されている。  
但し、隔壁７６２が、複数の六角形状の空隙７６９からなるハニカム構造を有する場合のように、多角形状の空隙７６９が、隔壁７６２内に、形成されてもよい。また、コリメーターにおける格子状の隔壁７６２に形成される空隙７６９の開口形状は、円形状でもよい。
【０２８５】
図３０Ａ及び図３０Ｂのコリメーター７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃが、イオン源２，３に対して設けられることによって、プラズマを形成するための放電状態が安定し、イオンビームの条件の拡大や低いガス圧力での放電が可能となる。
【０２８６】
以上のように、イオン源と磁気抵抗効果素子を形成するための部材が形成された基板との間に、コリメーターや収束リングなどの構造物を設け、コリメーター（又は収束リング）の形状を工夫することによって、イオンビームの過剰な分散を抑制できるともに、磁気抵抗効果素子及びそれを含むデバイスのプロセスウインドウを拡大できる。
【０２８７】
コリメーターに磁界発生機構を設けることによって、イオン源からのイオンビームの立体角を調整してもよい。  
図３１Ａ乃至図３１Ｃは、磁界発生機構を有するコリメーターの構成例を示している。
【０２８８】
図３１Ａの（ａ）は、磁界発生機構を有するコリメーターを基板側（被加工層側）から見た平面図を示している。図３１Ａの（ｂ）は、磁界発生機構を有するコリメーターを有するイオン源２の断面構造を示している。
【０２８９】
図３１Ａの（ｂ）に示されるように、イオン源からのイオンビームは、図面奥行き側から図面手前側に向かって出射される。
【０２９０】
図３１Ａの（ａ）及び（ｂ）において、セラミックスなどの非磁性体を用いて形成されたコリメーター（又は、収束リング）内に、磁石（例えば、永久磁石）７２５Ｚが埋め込まれている。円形状の開口部（出射口）２９９を有するコリメーター７９Ａにおいて、その開口部２９９の円周方向に沿って、磁界の極性が生じるように、磁石７２５Ｚが、設けられている。
【０２９１】
磁石７２５ＺのＮ極の向きが、イオン源側から基板側へ向かうイオンビームの進行方向（出射方向）において左回転方向（イオン源側から見て反時計回り）になるように、磁石７２５Ｚが設けられる。磁石７２５Ｚによってコリメーター７９Ａの開口部２９９内に発生する磁界（磁束）ＭＦは、磁石７２５ＺのＮ極と反対のイオンビームの進行方向（出射方向）において右回転方向（イオン源側から見て時計回り）となる。この磁界ＭＦの強度（磁束密度）は、コリメーター７９Ａに近づくにつれ急激に大きくなる。このように、円環状の磁界ＭＦが、コリメーター７９Ａによって形成される。
【０２９２】
正イオンの電流とコリメーター７９Ａの磁界ＭＦとの相互作用により、コリメーター７９Ａ側に向かうイオンのベクトル成分は、ビーム出射方向（開口部２９９の中心側）に曲げられる。
【０２９３】
この結果として、大きく分散した状態でプラズマ発生領域（アノード）から出射された正のイオンビームは、コリメーター７９Ａに近づくにつれて、イオンビームの軌道をコリメーター７９Ａ側から出射口２９９の中心側に向けられる。それゆえ、イオンビーム１００が、コリメーター７９Ａをエッチングすることを防止でき、コリメーター７９Ａの構成成分が、基板及び被加工層に付着するのを抑制できる。
【０２９４】
ホローカソード２１Ｚから出力される電子線は、イオンビームとは逆方向から、円環状の磁界ＭＦを有するコリメーター７９Ａへ流れ込む。電子線も磁界ＭＦのローレンツ力によって、コリメーター７９Ａの中心に向かって偏向する。コリメーター７９Ａの中心に向かって収束された電子線に向かって、イオンは収束する。そのため、円環状の磁界ＭＦを発生するコリメーター７９Ａに、イオンの進行方向と逆方向から電子線が供給される場合、イオンのみが供給される場合に比較して、イオンビームの収束性が向上する。
【０２９５】
図３１Ｂは、磁界発生機構を有するコリメーターを含むイオン源の変形例を示している。  
図３１Ｂに示されるように、磁界発生機構を有するコリメーター７９Ａは、シリンドリカル型イオン源３に用いられてもよい。
【０２９６】
図３１Ｃは、図３１Ａ及び図３１Ｂとは異なる構成の磁界発生機構を有するコリメーターを含むイオン源の一例を示している。  
図３１Ｃの（ａ）は、磁界発生機構を有するコリメーターを基板側（積層構造／被加工層側）から見た平面図を示し、図３１Ｃの（ｂ）は、磁界発生機構を有するコリメーターを含むイオン源の断面図を示している。
【０２９７】
図３１Ｃに示されるように、複数のコリメーター７９Ａ，７９Ｂが、イオンビームの進行方向（出射方向）に対して積層されてもよい。
【０２９８】
複数のコリメーター７９Ａ，７９Ｂが設けられた場合、複数のコリメーター７９Ａ，７９Ｂのうち、基板８０側（アノードの反対側）のコリメーター７９Ｂの直径（開口寸法）ＤＤ２が、イオン源２側（アノード側）のコリメーター７９Ａの直径ＤＤ１より大きく設定されている。
【０２９９】
このように、複数のコリメーター７９Ａ，７９Ｂが、イオン源２と基板との間に設けられていることによって、イオンビーム１００の分散（立体角）が過剰である場合に、その過剰な分散を効率的に抑制できる。
【０３００】
図３１Ａ乃至図３１Ｃに示されるように、磁界発生機構７２５Ｚがコリメーターに設けられることによって、コリメーター７９Ａ，７９Ｂの開口寸法を、イオン源２の開口寸法に近い大きさに制限せずと良くなる。例えば、コリメーター７９Ａ，７９Ｂの開口寸法が、イオン源２を囲んでいる真空チャンバー（図示せず）の開口寸法に近くても、真空チャンバーの内壁が、イオンビームによってスパッタされるのを抑制できる。
【０３０１】
コリメーターの配置位置は、イオン源に隣接するように設置されるだけでなく、イオン源と基板との中間の位置や、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造が形成された基板の近傍に、設置されてもよい。カソード２１Ｚとイオン源２との間の領域に、コリメーター７９Ａ，７９Ｂが設けられてもよい。また、カソード２１Ｚは、２つのコリメーター７９Ａ，７９Ｂの間に設けられてもよい。さらには、複数のイオン源２，３からのイオンビームが、１つのコリメーターを通過するように、複数のイオン源に対して、１つのコリメーターが設けられてもよい。
【０３０２】
以上のように、コリメーター７５によって、イオンビームの過剰な立体角を抑制でき、イオンビームの立体角を、６０°以下、より好ましくは、４５°以下になるように、調整できる。
【０３０３】
尚、イオンビームの立体角を調整するために設けられたコリメーター（及び収束リング）を、イオンビームの照射部／生成部（イオンビーム生成装置）の一部とみなしてもよい。
【０３０４】
カソードから放出される電子線の分布を制御して、イオンビームの分散を制御してもよい。  
図３２Ａは、カソードからの電子線の分布の制御によって、イオンビームの分散を制御するイオン源（イオンビーム生成装置）の原理を模式的に示している。
【０３０５】
図３２Ａに示されるように、基板保持部（基板固定ステージ）８００上の基板８０とエンドホール型イオン源２（又はシリンドリカル型イオン源３）との間に、カソード２１Ｚ（３１Ｚ）が設けられている。基板８０上には、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造（被加工層）８０が、形成されている。
【０３０６】
イオンビーム１００は、カソード（例えば、ホローカソード）２１Ｚから放出される電子線ＥＦの分布に沿う形状で、イオン源２から基板８０へ向かって出射される。
【０３０７】
したがって、電子線ＥＦが、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造が設けられた基板８０の近傍からイオン源２のアノードに向かって放出されることによって、イオンビーム１００は、電子線ＥＦの分布に沿ってイオン源２から基板８０側に向かって絞られる形状で、被加工層１Ｚが形成された基板８０に照射される。カソード２１Ｚからの電子線ＥＦの一部は、設置ステージ８００上の基板８０に到達し、中性化される。
【０３０８】
それゆえ、電子線の分布によってイオンビームを制御する場合、電子線ＥＦを供給するカソード２１Ｚが、イオン源２と基板８０との中間地点よりも基板側に配置されることが望ましい。
【０３０９】
このように、カソード２１Ｚからの電子線ＥＦの分布を考慮して、カソードからアノードに電子を供給することによって、イオンビーム１００の過剰な分散を抑制できる。
【０３１０】
尚、イオン源２のアノードに対して電子を供給するために、アース電位に設定された真空チャンバー（図示せず）に対して、カソード２１Ｚの電位が正電位に設定されることが望ましい。
【０３１１】
図３２Ｂは、イオン源から被加工層が形成された基板までの間に、コリメーターが設けられた例が示されている。  
図３２Ｂに示されるように、イオン源２から基板８０までのイオンビーム１００の進行経路のうち半分以上を、コリメーター７００で覆ってもよい。コリメーター７００は、イオンビームの出射方向に平行な方向に延在する隔壁を有している。
【０３１２】
例えば、複数のホール型イオン源２から出力されるイオンビーム１００の進行経路のうち、窒化ボロンから形成された筒状のコリメーター７００によって、イオン源２から基板８０までの距離の半分以上の経路が覆われている。コリメーター７００の内部（貫通孔）を、イオンビーム１００が通過する。
【０３１３】
カソード２１Ｚは、コリメーター７００と基板８０との間に設けられている。
【０３１４】
図２７Ａ及び図２７Ｂを用いて説明したように、１００ｅＶ以下のイオンビームが照射される場合、コリメーター７００を形成する材料（例えば、Ｍｏ）のエッチングが大きく抑制される。そのため、イオン源２から基板８０までのイオンビームの進行経路の半分以上をコリメーターで覆うことによって、コリメーター７５０の構成元素によって基板上の被加工層が汚染されること無しに、イオンビームの過剰な分散を制御できる。
【０３１５】
＜ガスクラスターイオンビーム＞  
上述において、モノマーガスを用いてイオンビームを形成する場合について述べた。但し、イオン化されたガスクラスターによってイオンビームが形成されてもよい。イオンビームがガスクラスターによって形成される場合であっても、分散（立体角）を有するイオンビームを出力できる。
【０３１６】
図３３乃至図３７を参照して、立体角を有するガスクラスターのイオンビームを出力するイオン源の構成について説明する。
【０３１７】
図３３は、ガスクラスターによるイオンビーム（ＧＣＩＢ：Gas Cluster Ion Beam）を出力するイオン源の断面構造及び平面構造を示している。図３４は、イオン源に供給されたガスが、クラスター化するまでの過程を説明するための図である。
【０３１８】
図３３に示される例では、上述のシリンドリカル型イオン源によって、ガスクラスターによるイオンビームが形成される。エンドホール型イオン源によって、ガスクラスターのイオンビームが形成されてもよい。
【０３１９】
図３３及び図３４に示されるように、イオンビームをガスクラスターによって形成する場合、ガス導入孔（ガス供給管、ノズル）４８の内壁（管の延在方向に沿う断面形状）が双曲線状に加工されている。
【０３２０】
ＧＣＩＢを形成するためのガスは、モノマーガスＧＡとして、ガス圧力室４９内に供給される。そして、ガス（原子）ＧＡが、ノズル４８を経由してガス圧力室側から放電領域側へ移動する際に、ガス圧力室側と放電領域側とにおいてノズル４８の断面形状に応じた圧力が、ガスを構成する原子ＧＡに印加される。ガス圧力室４９側から放電領域側に出力されたガスが、断熱膨張を起こし、ガス（原子）がクラスター化する。  
形成されたガスクラスターＧＣは、イオン源４の内壁４３及び外壁４４上の磁石４５，４６付近における高電子密度領域を通過するときに、イオン化され、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）として加速される。この複数の原子（イオン）ＧＣからなるガスクラスターイオンビームが、積層構造が形成された基板に照射される。ガスクラスターイオンビームがシリンドリカル型イオン源（または、エンドホール型イオン源）によって形成されることによって、ガスクラスターイオンビームは、比較的大きな立体角（例えば、１０°）を有する。
【０３２１】
このように、立体角（分散）を含むイオンビームが、ガスクラスターイオンビームから形成される場合、ガスクラスターイオンビーム特有の多体衝突効果を、基板上の被加工層（積層構造）のエッチング時に、エッチングされる積層構造に付加することができる。
【０３２２】
例えば、積層構造におけるガスクラスターイオンビームの照射部分の温度が、瞬間的及び局所的に高温に上昇するため、被加工層のエッチング面に発生した欠陥をガスクラスターの衝突により発生した熱によって、修復できる。
【０３２３】
尚、ガスクラスターを形成するためのノズルは、例えば、図３４に示される工程によって、形成される。  
図３５の（ａ）乃至（ｄ）は、ガスクラスターを形成するためのノズルの各形成工程を示す断面工程図である。図３５に示されるように、ガスクラスターを形成するためにガス圧力室側から放電室側へガスを放出させるノズル４８は、薄膜によるパターニング工程を用いて形成できる。これによって、ガス導入孔としての多数の小孔を、ミクロンオーダーのサイズで形成できる。
【０３２４】
図３５の（ａ）に示されるように、例えば、Ｓｉ（００１）面基板４９０の裏面上に貼りあわせのためのＡｕ膜４９１がコーティングされる。そのＳｉ（００１）面基板４９０の表面（Ａｕ膜４９１が形成された面に対向する面）上に、レジスト膜４９９が塗布される。フォトリソグラフィによって、レジスト膜４９９内に、矩形状の開口部が形成されるように、レジスト膜４９９がパターニングされる。レジスト膜４９９の開口部を介して、そのＳｉ（００１）面基板４９０の表面が、露出する。
【０３２５】
図３５の（ｂ）に示されるように、ＨＦ（フッ酸）とＨ2Ｏ2（過酸化水素水）との混合液によって、エッチピットがＳｉ（００１）面基板４９０の表面側に形成される。ウェットエッチングによる等方性エッチングによって、エッチピットを中心にＳｉ（００１）面基板４９０の表面側から裏面側へ向かって、Ｓｉ（００１）面基板４９０がエッチングされる。これによって、ピラミッド型の断面形状の貫通孔４１０が、Ｓｉ（００１）面基板４９０内に、形成される。Ｓｉ（００１）面基板４９０の表面側（レジスト膜側）における貫通孔４１０の開口寸法（口径）は、Ｓｉ（００１）面基板４９０の裏面側（Ａｕ膜側）における貫通孔４１０の開口寸法（口径）より大きい。
【０３２６】
また、Ｓｉ（００１）面基板４９０の表面側からのイオンビームエッチングによって、Ｓｉ（００１）面基板４９０の裏面側の孔に対応する位置において、Ａｕ膜４９１が除去される。これによって、Ａｕ膜４０１内に貫通孔４１１が形成される。  
尚、ＨＦとＨ２Ｏ２との混合溶液を用いたウェットエッチングに、ＳＦ６（６フッ化硫黄
）やＣＦ４（４フッ化メタン）等のＲＩＥ、又は、プラズマ照射を、組み合わせてもよい。また、Ａｕ膜４９１上にレジスト膜を形成し、Ａｕ膜４９１をコーティングしてもよい。
【０３２７】
上述の工程によって、ピラミッド状の貫通孔４１０を有するＳｉ（００１）面基板４９０が、複数個用意される。また、１つのＳｉ（００１）面基板４９０内に、複数の貫通孔２１０が形成されてもよい。
【０３２８】
図３５の（ｃ）に示されるように、ピラミッド状の貫通孔がＳｉ（００１）面基板４９０内に形成された後、レジスト膜は除去される。
【０３２９】
図３５の（ｄ）に示されるように、Ｓｉ（００１）面基板４９０の裏面側の貫通孔の位置に基づいて、２つのＳｉ（００１）面基板４９０のアライメントが行われ、各Ｓｉ（００１）面基板２００におけるＡｕ膜４９１が、互いに貼り合わせられる。Ｓｉ（００１）面基板４９０の２つのピラミッド状の貫通孔４１０が接続される。
【０３３０】
これによって、双曲線状の断面形状の貫通孔を有するノズル４８が形成される。
【０３３１】
図３５に示されるように、薄膜工程によってガスクラスターを形成するためのノズル４８が、形成されることによって、ノズル４８の貫通孔の内部の最も絞り込んだ部分を、数ミクロンオーダーのサイズに設定できる。
【０３３２】
このように、ノズルの貫通孔の内部の口径を、ガス流体の粘性が顕著になる程度のサイズに制限することによって、双曲線状の貫通孔の絞り込みサイズが数十ミクロン以上の場合に比較して、形成されるガスクラスターのサイズの分散（ばらつき）を、小さくすることができる。ガスクラスターのサイズの分散は、原子あたりのエネルギー分散を小さくすることにつながる。すなわち、ガスクラスターのサイズを均一化することによって、イオンビームの照射による効果のゆらぎを小さくすることができる。この結果として、ＭＴＪ素子の形成の歩留まりを向上できる。
【０３３３】
図３６は、ガスクラスターイオンビームを出力するイオン源の変形例を示している。
【０３３４】
図３６に示されるように、プラズマ発生容器４４内の放電領域の内壁上に、側壁（防護プレート）４７が、設けられてもよい。
【０３３５】
防護プレート４７は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）のセラミックスのような、エッチングされにくい材料からなる。放電領域の内壁が防護プレート４７によって覆われることによって、ＧＣＩＢを出力するイオン源４Ｚの耐久性を向上できたり、イオン源４Ｚに起因する不純物がＭＴＪ素子１に混入するのを防止できたりする。
【０３３６】
モノマーガスによるイオンビームを出力するイオン源と同様に、ＧＣＩＢを出力する複数のイオン源４によって、イオンビームエッチング装置が形成されてもよい。  
図３７は、ＧＣＩＢを出力する複数のイオン源を含むエッチング装置の構成例を示している。
【０３３７】
図３７の（ａ）のイオンビームエッチング装置は、ＧＣＩＢを出力するイオン源４を、４つ用いて、１つのイオンビームエッチング装置が形成されている。
【０３３８】
図３７の（ｂ）に示されるように、１つのイオンビームエッチング装置がＧＣＩＢのイオン源４及びモノマーガスのイオンビームのイオン源の両方を含むように、ＧＣＩＢのイオン源４とモノマーイオンビームのイオン源とを組み合わせて、イオンビームエッチング装置が構成されてもよい。
【０３３９】
図３７の（ｂ）に示される例では、１つのイオンビームエッチング装置４００Ｂ内に、モノマーイオンビームのシリンドリカル型イオン源３とＧＣＩＢのイオン源４とを、２個ずつ並置した例が示されている。１つのイオンビームエッチング装置４００Ｂ内において、モノマーイオンビームのイオン源３の個数とガスクラスターイオンビームのイオン源４の個数は異なってもよい。尚、エンドホール型イオン源とＧＣＩＢイオン源とによって、エッチング装置が形成されてもよい。
【０３４０】
モノマーガスのイオンビームの照射とＧＣＩＢの照射とは別々のタイミングで行ってもよいし、同時に行ってもよい。モノマーガスのイオンビームによるエッチングによって、高エネルギー且つ速い速度で、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造（被加工層）を加工した後に、ＧＣＩＢの照射によって、加工のダメージを修復してもよい。また、モノマーイオンビーム及びＧＣＩＢを同時に積層構造に照射して、積層構造のエッチングと修復とを並行して行ってもよい。モノマーガスのイオンビームとＧＣＩＢとが同時に積層構造に照射される場合、ＭＴＪ素子及び磁気メモリを形成するための時間を短縮でき、製造コストの低減に貢献できる。
【０３４１】
ＧＣＩＢ照射によるアニール効果を用いた被加工層（磁性層）のダメージの回復は、保護膜（例えば、窒化シリコン膜又は酸化アルミニウム膜）が、ＭＴＪ素子の側壁上に形成された後に実行されてもよい。この場合、ＭＴＪ素子の磁性層の膜質だけでなく、ＭＴＪ素子を覆う保護膜の膜質も向上できる。  
この結果として、磁性層及び保護膜に対するＧＣＩＢの照射後において、アニールにより発生した酸素や水分が、ＭＴＪ素子の構成部材の内部へ拡散するのを抑制できる。それゆえ、ＭＴＪ素子の特性劣化を抑制でき、ＭＴＪ素子の歩留まりを向上できる。
【０３４２】
以上のように、ＧＣＩＢを用いたＭＴＪ素子を形成するための積層構造の加工及びＧＣＩＢの照射によるＭＴＪ素子の構成部材の改善によって、ＭＴＪ素子の特性を向上できる。
【０３４３】
＜ＧＣＩＢの化学反応の利用＞  
ホール型イオン源によってイオン化されたガスクラスターをイオンビームとして照射する場合、ガスクラスターによる化学的な反応が、ＭＴＪ素子の特性の改善に寄与する。
【０３４４】
例えば、比較的容易に放電する２００Ｖから３００Ｖの領域以下の加速電圧によって、１００個程度の原子数からなる１個のガスクラスターが、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造に照射された場合、１原子あたり２ｅＶから３ｅＶ以下の活性化元素を、積層構造が形成された基板に供給できる。
【０３４５】
ガスクラスターが含む原子あたりのエネルギーが同じ場合、サイズが小さいガスクラスターほど、被加工層（ガスクラスターが供給された領域）に与えるダメージが小さいことが知られている。  
さらに、ＲＩＥやモノマーガスでは形成することが不可能な数ｅＶのエネルギーのイオンを、ガスクラスターによって、ガスクラスター特有の等価的な高温及び高圧下で形成でき、ＧＣＩＢとして被加工層に照射できる。
【０３４６】
そのため、ＧＣＩＢの照射によって、モノマーガスのイオンビームの照射に比較してダメージの低い化学反応性の加工を、ＭＴＪ素子の加工に用いることが可能となる。
【０３４７】
尚、図３７の（ｂ）に示されるようなＧＣＩＢのイオン源４とモノマーイオンビームのイオン源３とを含むイオンビームエッチング装置４００Ｂにおいて、モノマーイオンビームのイオン源３の加速電圧をスパッタリング（イオン化）の閾値電圧（例えば、２０Ｖ〜３０Ｖ）以下に設定し、第１の反応性ガスをモノマーイオンビームのイオン源３から基板（被加工層）に供給した状態で、第２の反応性ガスのＧＣＩＢを、ＧＣＩＢのイオン源４から基板（被加工層）に供給することもできる。尚、イオンの加速電圧が０Ｖの場合、熱エネルギーによるガスの照射となる。
【０３４８】
例えば、モノマーの酢酸イオン（又は酢酸ガス）が、数十Ｖ以下のエネルギー（又は温度エネルギー）を有するように、モノマーイオンビームのイオン源３から基板に供給される。それと同時に又は交互に、ＧＣＩＢのイオン源４から酸素のＧＣＩＢが、基板に照射される。基板上の被加工層としてのＣｏＦｅ系磁性膜において、酢酸と酸化物との反応によって、ＣｏＦｅ系磁性膜上の酸化物が除去される。
【０３４９】
この際、スパッタリング（エッチング）の閾値電圧以下のエネルギー（一般には、２０Ｖから３０Ｖ程度）において、酢酸イオンへの指向性（被加工層に対する入射角）の付与によって、被加工層のエッチングしたい部分に優先的に、イオンを供給できる。すなわち、被加工層の底部側をエッチングする場合、被加工層が形成された基板の表面に対して垂直に、酢酸のイオンビームを入射させる。被加工層の側面をエッチングする場合、イオン源に対して基板を傾斜させる、例えば、イオン源から出射されたイオンビームの出射方向に対して基板を４５°に傾け、酢酸のイオンビームを被加工層に照射する。
【０３５０】
また、酢酸のモノマーイオンビームの照射と同時に又は交互に、酸素のＧＣＩＢを照射することによって、被加工層のエッチングの異方性を高めることができる。
【０３５１】
例えば、ハロゲン含有ガス、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、Ｏ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＣＨ３ＯＣＨ３、及び希ガスのうち少なくとも１つを含んだガスが、ＧＣＩＢとして照射される。  
ガスクラスターを形成するためのハロゲン含有ガスは、Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＣｌＦ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣｌＦ３、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＣＣｌＦ３、ＣＨＣｌ３、ＣＢｒＦ３、Ｂｒ２等である。また、ガスクラスターを形成するための希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等である。
【０３５２】
ＧＣＩＢの照射時、ハロゲン含有ガス、ＨＮＯ３（硝酸）、Ｈ３ＰＯ４（リン酸）、Ｈ２ＳＯ４（硫酸）、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）、ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）、ＣＯ２（二酸化炭素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｎ２（窒素）、Ｏ２（酸素）、ＮＨ３（アンモニア）、Ｎ２Ｏ（亜酸化窒素）、ＣＨ３ＯＣＨ３（メチルエタノール）の少なくとも１つが、イオン化されて、基板（被加工層）に供給されてもよい。  
ＧＣＩＢの照射時に基板に供給されるハロゲン含有ガスは、Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨＣｌＦ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣｌＦ３、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＣｌＦ３、ＣＨＣｌ３、ＣＢｒＦ３、Ｂｒ２等である。
【０３５３】
このように、反応性ガスのスパッタリング（放電）の閾値電圧以下のイオンビームを、イオン源（イオンビームの出射方向）に対する基板の角度（傾斜角）を変化させて、供給することによって、イオンビームの供給量の分布を、基板上の被加工層の底部側と側面との間に、形成できる。これによって、より異方性の高いイオンビームエッチングによって、ＭＴＪ素子を加工できる。
【０３５４】
＜グリッド型イオン源を用いた立体角を有するイオンビームの形成＞  
前述の例では、グリッドを有さないイオン源（グリッドレス型イオン源又はホール型イオン源）を用いて、大きい立体角のイオンビームを生成し、そのイオンビームを被加工層に照射する例について述べた。  
但し、グリッドを有するイオン源を用いて、大きな立体角（例えば、１０°以上の立体角）を有するイオンビームを出力することも、可能である。  
以下では、図３８乃至図４３を参照して、大きい立体角を有するイオンビームを出力するグリッド型イオン源の構成について、説明する。
【０３５５】
図３８は、グリッドを有するイオン源の構成例を示す断面図である。
【０３５６】
例えば、イオン源５には、ホットフィラメントからなるカソードを用いた一般的なカウフマン型イオン源が、用いられる。
【０３５７】
図３８に示されるように、カソードとなるフィラメント５１と、アノード５２とが、プラズマ発生容器５４内に設けられている。フィラメント５１は、直流電源５７Ａに接続され、アノード５２は、直流電源５７Ｂに接続されている。アノード５２は、例えば、筒状になっている。ガス導入管（ノズル）を経由して、プラズマ発生容器５４内に、イオンビームを形成するためのガスが、供給される。プラズマを収束させるための磁界を発生するコイル５５が、プラズマ発生容器５４を囲むように、プラズマ発生容器５４の外部に設けられている。
【０３５８】
例えば、図３８のグリッド型イオン源５のプラズマ発生容器５４のイオンビーム出射側に、３つのグリッド電極５０１，５０２，５０３を含むグリッド５０が設けられている。スクリーングリッド電極５０１、加速グリッド電極５０２及び減速グリッド５０３が、プラズマ発生容器側から被加工層（基板）側に向かう順に、設けられている。グリッド（グリッド電極）の電位を制御することによって、イオンビームの指向性が制御できる。
【０３５９】
スクリーングリッド電極５０１、加速グリッド電極５０２及び減速グリッド電極５０３の孔の径（開口寸法）を、スクリーングリッド電極５０１、加速グリッド電極５０２、減速グリッド電極５０３の順に、大きくすることで、分散（立体角）を含むイオンビーム１００を形成できる。尚、図３８において、図示の明確化のため、各グリッド電極５０１，５０２，５０３に１つの開口が形成された例が模式的に示されているが、各グリッド５０１，５０２，５０３内に、複数の開口がアレイ状に配置されている。各グリッド５０１，５０２，５０３の開口については、後述する。
【０３６０】
図３９を用いて、グリッド型イオン源５におけるイオンビームの立体角について説明する。  
図３９は、グリッド型イオン源５のイオンビームの立体角δと、立体角δを設定するための値Ｄ及び値Ｌの関係を示している。
【０３６１】
グリッドレス型イオン源と実質的に同様に、被加工層（積層構造）１Ｚが形成された基板８０の中心Ｃからイオン源５のグリッド５０までの距離を、“Ｌ”とする。
【０３６２】
図３９に示されるように、グリッド５０は、複数の開口（孔）を有する。グリッド型イオン源５における値Ｄは、グリッド５０の複数の孔５０９の分布（複数の孔の形成領域）の最大寸法である。
【０３６３】
このように、グリッド型イオン源５において、イオンビームの立体角δを、ｔａｎδ＝０．５×Ｄ／Ｌの関係によって、示すことができる。グリッド型イオン源５からのイオンビームの立体角δは、グリッドレス型イオン源（ホール型イオン源）と同様に、１０°以上、６０°以下（より好ましくは、４５°以下）に設定されることが、ＭＴＪ素子の加工のために好ましい。
【０３６４】
３つのグリッド電極５０１，５０２，５０３を設けずに、スクリーングリッド電極５０１及び加速グリッド電極５０２のみを用いて、イオン源５のグリッド５０を形成してもよい。
【０３６５】
ここで、イオンビームの出射方向に積層された２枚のグリッド電極が用いられたグリッド型イオン源（カウフマン型イオン源）から出力されるイオンビームについて、説明する。
【０３６６】
２枚のグリッド電極は、イオンビームの出射方向に積層されている。２つのグリッド電極のうち、内側（プラズマ発生容器側）のスクリーングリッド電極に、浮動電位が印加され、外側（被加工層側）の加速グリッド電極に引き出し電位が印加される。
【０３６７】
メッシュ状のグリッド電極は、湾曲構造を適用せずに、それぞれ平坦な円状の板で形成されている。各グリッド電極の直径は、例えば、３００ｍｍである。  
メッシュ状のグリッド電極内において、一辺の長さが１ｃｍ程度の正方形状の孔（空隙）が、１．２ｃｍピッチで並んでいる。
【０３６８】
グリッド電極の中心部付近における開口率（電極の単位面積に対する孔の面積の比率）は、（１ｃｍ×１ｃｍ）／(１．２ｃｍ×１．２ｃｍ)から、約６９％である。
【０３６９】
グリッド型イオン源において、イオンビームの立体角（分散角、発散角度）の大きいイオンビームを得るために、開口率が５０％以上のグリッドを適用することが好ましい。尚、上述のグリッドを有さないエンドホール型イオン源及びシリンドリカル型イオン源の開口率は、１００％である。
【０３７０】
このような開口率を有する２つのグリッド電極を用いたグリッド型イオン源を用いて、Ｘｅのイオンビームが生成される場合、アノード５２とアース（グランド）との間の電圧（ビーム電圧）は、２００Ｖ程度に設定され、加速グリッド電極５０２に対する印加電圧（引き出し電位）は、−５０Ｖ程度に設定されている。この時、プラズマ発生容器５４内の真空度は、４×１０−２Ｐａ程度に設定される。
【０３７１】
２つのメッシュ状のグリッド電極５０１，５０２を含むグリッド型イオン源５によって生成されたＸｅのイオンビームは、２０°程度の立体角δを有する。
【０３７２】
このように、グリッド型イオン源５を用いて、大きい立体角を有するイオンビームを形成できる。
【０３７３】
尚、減速グリッド電極５０３のみを用いてグリッド型イオン源５を形成することによって、さらに安価に、比較的大きな立体角を有するイオンビームを生成可能なイオン源５を提供できる。グリッド電極の個数が少なくなると、グリッド型イオン源５のメンテナンスのコストは安くなり、イオンビームの立体角（分散）も生じやすくなる。
【０３７４】
図４０を用いて、グリッド型イオン源に用いられるグリッド（グリッド電極）の構造について、説明する。  
図４０は、グリッドの構造例を示す上面図である。
【０３７５】
例えば、図４０の（ａ）に示されるように、グリッド５０Ａは、平板５０１内に形成された孔５１０を有する形状でもよい。グリッド５０Ａ内に、５ｍｍの直径の円形状の孔が、形成されている。例えば、グリッド５０Ａの平板は、安価なステンレスで形成してもよい。
【０３７６】
図４０の（ｂ）に示されるように、グリッド５０Ｂは、平板５０１内に異なる大きさの孔を有する構造でもよい。例えば、図４０の（ｂ）のグリッド５０Ｂにおいて、平板５０１の中心に、直径が２ｃｍの円形状の孔５１１が形成され、その周囲を取り囲むように、直径が１．５ｃｍの円形状の孔５１２が、形成されている。
【０３７７】
図４０の（ｃ）に示されるように、矩形状の孔が形成されたグリッド５０Ｃが、グリッド型イオン源５に用いられてもよい。例えば、１ｃｍ×１ｃｍの矩形状の孔５１３が、１．２ｃｍピッチでならんでいる。グリッド５０Ｃは、格子状（メッシュ状）の平面形状を有する。  
矩形状の孔５１３は、ステンレスの平板５０１を、パンチで抜くことによって、形成される。尚、複数の直線状の平板が互いに交差するように、複数の直線状の平板がリング状の平板に取り付けられることによって、矩形状の孔を有するグリッド５０Ｃが、形成されてもよい。
【０３７８】
図４０の（ｄ）に示されるように、リング状の板５０１に、ワイヤーや直線状の平板５１５を取り付けて、格子状のグリッド５０Ｄが形成されてもよい。  
例えば、図４０の（ｄ）において、直径が０．５ｍｍ程度のタングステンワイヤーが、リング状の板５０１に取り付けられている。
【０３７９】
以上のように、低いコストでグリッド５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄを形成できる。そして、安価なグリッド（グリッド電極）を用いたイオン源５によって、比較的大きい立体角を有するイオンビームを形成できる。
【０３８０】
尚、図３８乃至図４０のようなグリッドを用いることによって、イオンビームの立体角（被加工層に対する入射角の分散）だけでなく、イオンビームのエネルギーを分散も増加できる。  
それゆえ、安価な（簡易な構造の）グリッドを用いたグリッド型イオン源によれば、ＭＴＪ素子及びＭＴＪ素子を含む磁気メモリを製造するためのコスト（例えば、メンテナンスコスト）を低減できるだけでなく、ＭＴＪ素子の性能も向上できる。
【０３８１】
上述のエンドホール型イオン源やシリンドリカル型イオン源と同様に、複数のグリッド型イオン源を用いて、立体角の大きいイオンビームを出力するイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）を、安価に提供できる。
【０３８２】
図４１は、複数のグリッド型イオン源を用いて形成されるイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）の構成例を示している。
【０３８３】
図４１の（ａ）は、２個のグリッド型イオン源５Ａ，５Ｂによって構成されるイオンビーム生成装置５００を示している。
【０３８４】
図４１の（ｂ）は、３個のグリッド型イオン源５によって構成されたイオンビーム生成装置５００を示している。
【０３８５】
図４１の（ｃ）は、７個のグリッド型イオン源５が用いられたイオンビーム生成装置５００を示している。図４１の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、イオン源のプラズマ発生容器５４の外部に、例えば、ニュートラライザが設けられてもよい。
【０３８６】
図４１の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、複数のグリッド型イオン源５を用いて、１つのイオンビーム生成装置５００が形成される場合、複数のホール型イオン源を用いて１つのイオンビーム生成装置が形成される場合と同様に、被加工層１Ｚに対する立体角δを設定するための値Ｄは、ステージ９上において同一直線上に並ぶ複数のグリッド型イオン源５におけるグリッド５０の孔の最端部間の距離に設定される。
【０３８７】
面積の大きいグリッドを有するグリッド型イオン源は、価格が高くなる。一方、グリッド型イオン源５は、サイズが小さくなるにつれ、グリッドの価格は急激に低下する。  
それゆえ、１つのグリッド型イオン源を用いてイオンビーム生成装置が構成される場合に比較して、図４１に示されるように、同じ占有面積（装置サイズ）に対してサイズの小さい複数のグリッド型イオン源５を用いてイオンビーム生成装置が構成された場合、そのイオンビーム生成装置は安価になり、そのメンテナンスのためのコストも低減できる。
【０３８８】
図３９乃至図４１において、グリッド型イオン源のグリッド（グリッド電極）の構成を工夫し、イオンビームの指向性を調整して、イオンビームの分散（立体角）を大きくする例について、説明した。
【０３８９】
但し、以下の図４２及び図４３を用いて説明するように、指向性が良いイオンビームを出力するグリッド型イオン源を複数個用いて、イオンビームの立体角の等価的に大きくすることができる。
【０３９０】
図４２及び図４３は、被加工層（基板）１Ｚと複数（例えば、２個）のグリッド型イオン源５との位置関係を模式的に示す図である。
【０３９１】
図４２及び図４３に示されるように、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、被加工層１Ｚの表面に対して異なる方向からイオンビームＩ１，Ｉ２を照射する。
【０３９２】
図４２の（ａ）に示されるように、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙのうち、一方のグリッド型イオン源５Ｘは、被加工層（基板）１Ｚ（８０）の表面に対して垂直方向からイオンビームＩ１を被加工層１Ｚに照射する。グリッド型イオン源５Ｘは、被加工層１Ｚの表面の法線上に設置されている。
【０３９３】
これに対して、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙのうち、他方のイオン源５Ｙは、一方のイオン源５ＸのイオンビームＩ１の出射方向に対して角度γに傾いた方向からイオンビームＩ２を被加工層１Ｚに照射する。他方のイオン源５ＹからのイオンビームＩ２は、被加工層１Ｚの表面に対して９０°−γの角度で傾いた方向から、被加工層１Ｚに照射されている。
【０３９４】
図４２の（ｂ）は、図４２の（ａ）のグリッド型イオン源が出力するイオンビームにおける入射角とビーム強度との関係の一例を示している。図４２の（ｂ）において、グラフの横軸は被加工層（基板）の表面の法線を基準（０°）としたイオンビームの入射角度を示し、グラフの縦軸はイオンビームのビーム強度（任意単位）を示している。
【０３９５】
図４２の（ｂ）に示されるように、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、同じ強度のイオンビームを出力する。グリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙが出力するイオンビームＩ１，Ｉ２のそれぞれは、例えば、５°程度の分散（立体角）を有する。
【０３９６】
イオン源５Ｘは、被加工層の表面の法線に対して０°の入射角において、イオンビームＩ１のピークエネルギーを有し、イオン源５Ｙは、被加工層の表面の法線に対して角度γの入射角において、イオンビームＩ２のピークエネルギーを有している。
【０３９７】
２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５ＹからのイオンビームＩ１，Ｉ２によって形成される立体角δは、それぞれの分布の外側のテール（互いに隣り合わない側のテール）間の大きさに対応する。
【０３９８】
このように、複数のグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙを用いて、指向性の良いイオンビームを互いに異なる方向から被加工層に照射することによって、等価的に大きい立体角δを有するイオンビームを形成することができる。
【０３９９】
複数のグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙを用いることによって、複数（ここでは、２個）のイオン源５Ｘ，５Ｙのビーム電流及びエネルギーを、イオン源５Ｘ，５Ｙ毎に独立に制御できる。  
例えば、被加工層の表面に対して垂直方向からイオンビームを照射するイオン源５Ｘは、被加工層のエッチング速度を大きくするために、２５０Ｖのビーム電圧及び３００ｍＡのビーム電流のイオンビームを出力するように駆動され、被加工層の表面の法線に対して３０°（＝γ）傾いた方向からイオンビームを照射するイオン源５Ｙは、被加工層の側面に形成された再付着物（残渣）を弱いエネルギーで除去するために、１５０Ｖのビーム電圧と４００ｍＡのビーム電流のイオンビームを出力するように駆動される。
【０４００】
図４３の（ａ）に示されるグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、図４２とは異なる方向から、イオンビームを、被加工層１Ｚに照射する。  
グリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、被加工層１Ｚの表面に対する法線から同じ大きさの角度γ／２で傾いて配置され、その角γ／２で傾いた方向からイオンビームＩ１，Ｉ２を被加工層１Ｚに照射する。
【０４０１】
図４３の（ｂ）は、図４３の（ａ）のグリッド型イオン源が出力するイオンビームにおける入射角とビーム強度との関係の一例を示している。図４３の（ｂ）のグラフの横軸は、被加工層の表面の法線を基準（０°）としたイオンビームの入射角度を示し、図４３の（ｂ）のグラフの縦軸は、イオンビームのビーム強度を示している。
【０４０２】
図４３の（ｂ）に示されるように、図４２のイオン源と同様に、グリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、同じ強度のイオンビームを出力し、５°程度の分散（発散角）を有する。
【０４０３】
図４３の（ｂ）に示されるように、２つのイオン源５Ｘ，５ＹからのイオンビームＩ１，Ｉ２の分布は、被加工層１００の表面に対する法線を基準に正／負対称にずれた位置に存在する。イオンビームＩ１，Ｉ２は、被加工層１００の中心Ｃから正／負対称にずれた位置から、被加工層１Ｚに照射される。
【０４０４】
図４３に示される例においても、図４２に示される例と同様に、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５ＹからのイオンビームＩ１，Ｉ２によって形成される立体角δは、それぞれのイオンビームの分布の外側（互いに隣り合わない側）のテール間の大きさに対応する。
【０４０５】
図４３のように、２つのイオン源５Ｘ，５ＹからのイオンビームＩ１，Ｉ２が、被加工層１Ｚの表面に対して垂直方向から傾いた方向から照射される場合、イオンビームＩ１，Ｉ２内に含まれるイオンが、被加工層の側面に衝突し続けることになる。そのため、図４３のイオン源５Ｘ，５Ｙの構成は、被加工層１Ｚに対するスパッタされた物質の再付着が生じないように、制御できる。
【０４０６】
図４２又は図４３の２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙにおいて、各イオン源５Ｘ，５Ｙを独立に制御するためのパラメータとして、パワー（電圧及び電流）に加えて、各イオン源５Ｘ，５Ｙに対して、異なるガス種（例えば、希ガス及び反応性ガス）を用いてもよい。
【０４０７】
例えば、図４２において、イオン源５ＸからのイオンビームＩ１によって、被加工層１Ｚを深く且つラフ（高速）に加工するために、比較的安価なＡｒガスがイオン源５Ｘに供給される。被加工層１Ｚの側面に照射されるイオン源５ＹのイオンビームＩ２によって、被加工層１Ｚをソフトに削るために、比較的高いＸｅガスがイオン源５Ｙに供給される。
【０４０８】
尚、各イオン源５Ｘ，５ＹのイオンビームＩ１，Ｉ２の出射口に、シャッターを設けてもよい。例えば、１秒以下のスピードで、各イオン源５Ｘ，５Ｙに設けられたシャッターを交互に開閉する。これによって、複数のイオン源５Ｘ，５Ｙ間において、例えば、イオンビームＩ１，Ｉ２を照射するイオン源５Ｘ，５Ｙを、早い速度で交互に切り替えることができ、２つのイオン源５Ｘ，５Ｙからのイオンビームが、交互に被加工層に照射される。
【０４０９】
これによって、図８の（ｂ）に示される被加工層の側面の状態で、例えば、反応性ガスのイオンビームの照射による被加工層の加工面上における反応物の形成と希ガスのイオンビームの照射による反応物の除去とを、速いスピードで交互に行うことができる。
【０４１０】
尚、図４１乃至図４３に示されるように、複数のグリッド型イオン源からのイオンビームを被加工層に照射する場合、すべてイオン源を同じ電圧で動作させず、ひずみ等の磁性層の欠陥の修復のために、複数のイオン源のうち１つを、１００ｅＶ以下の低いエネルギーのイオンビームを照射するように、動作されることは、３０ｎｍ以下の素子サイズのＭＴＪ素子の加工に、有効である。
【０４１１】
尚、図４２及び図４３に示されるように、２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙを用いた場合、グリッド型イオン源のメンテナンスの頻度は、約半分となる。それゆえ、図４１を用いて説明したのと同様に、図４２及び４３に示される例においても、イオン源のメンテナンスコストを低減できる。
【０４１２】
（４）  応用例  
図４４乃至図４８を参照して、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置の応用例について説明する。  
図４４乃至図４８に示されるように、１以上のイオン源によって大きい立体角のイオンビームを出力するイオンビーム生成装置を含む半導体製造モジュール（半導体製造システム）が構成されてもよい。
【０４１３】
図４４に示される半導体製造モジュールは、１つのイオンビーム生成装置（イオンビームエッチング装置）２００と１つの膜堆積装置９６とを含む。本実施形態のイオンビームエッチング装置２００は、エッチングチャンバー９１内に設けられている。エッチング装置２００及びエッチングチャンバー９１は、真空状態（所定の真空度）を確保できる搬送路（搬送機構）を介して、膜堆積装置（堆積チャンバー）９６に接続されている。エッチング装置９１及び膜堆積装置９６間において、搬送路を経由して、被加工層（ＭＴＪ素子を形成するための積層構造）が形成された基板が、移動される。
【０４１４】
膜堆積装置９６を用いて、磁性層、トンネルバリア層、金属膜、及び絶縁膜が、所定の順序で堆積されることによって、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造が、基板上に堆積される。
【０４１５】
積層構造が形成された基板が、膜堆積装置９６からエッチングチャンバー９１に搬送される。エッチングチャンバー９１内で、イオンビーム生成装置２００が生成する上述の立体角が大きいイオンビーム（１０°以上の立体角のイオンビーム）１００によって、被加工層が加工される。
【０４１６】
イオンビームエッチング装置（エッチングチャンバー）９１及び膜堆積装置（堆積チャンバー）９６間において基板の搬送が行われ、膜の加工及び膜の堆積が、ＭＴＪ素子及びＭＴＪ素子を含む磁気メモリが形成されるまで繰り返し行われる。
【０４１７】
形成されたＭＴＪ素子（又は磁気メモリ）は、ロードロックチャンバー９９からモジュール外部（大気中）へ取り出される。
【０４１８】
図４５に示されるように、１つの半導体製造モジュール内に、異なる特性のイオンビームを出力するイオン源２，５を用いたイオンビームエッチング装置が、それぞれ設けられてもよい。各イオン源２，５は、互い異なるチャンバー９１，９２内に設けられ、搬送路を介して接続されている。
【０４１９】
図４６に示されるように、１つのエッチングチャンバー９１内に、２以上のイオン源２，５が設けられてもよい。  
図４６に示される例では、大きい立体角を有するイオンビーム１００を出力するイオン源（例えば、エンドホール型イオン源）２と、グリッド型イオン源５が、１つのチャンバー９１内に設けられ、１つのイオンビームエッチング装置を形成している。イオンビームエッチング装置の同じチャンバー９１内に、エンドホール型及びグリッド型イオン源２，５の両方が設けられていることによって、特性の異なるイオン源２，５間の切り替えを早くできる。
【０４２０】
例えば、薄い膜厚の膜（磁性層）を加工するための時間は短いため、薄い膜の加工にグリッド型イオン源を用いたとしても、グリッドの消耗は小さい。
【０４２１】
図４７に示されるように、１つのイオンビームエッチング装置９１において、図４２に示された２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙを同一のチャンバー９１内に設けてもよい。２つのグリッド型イオン源５Ｘ，５Ｙは、被加工層１Ｚに対して異なる入射角のイオンビームを、被加工層１Ｚに照射する。互いに異なるエネルギー及び角度を有する指向性の良いイオンビームを照射することで、エネルギーの分散及び角度の分散が大きいイオンビーム１００によるエッチングが、等価的に実行できる。
【０４２２】
図４８に示されるように、ＧＣＩＢのイオンビーム装置４００が、半導体製造モジュールのチャンバー９３内に、設けられてもよい。これにより、磁性層のエッチングが終了した後、ＧＣＩＢの照射によって、加工された磁性層のダメージを回復できる。
【０４２３】
尚、ＧＣＩＢのイオン源４は、エンドホール型イオン源２と同じチャンバー内に設けられてもよい。エンドホール型イオン源２とＧＣＩＢのイオン源４が同じチャンバー内に設けられた場合、ＧＣＩＢは、エンドホール型イオン源２から出力されるイオンビームと同時に又は交互に、被加工層に照射できる。
【０４２４】
尚、図４８に示されるように、半導体製造モジュール内に、イオンビームエッチング装置とともに、ＲＩＥ装置９４を設けてもよい。
【０４２５】
以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子（又は磁気メモリ）の製造方法を実行することが可能な半導体製造モジュールを提供できる。
【０４２６】
（５）  まとめ  
上述のように、本実施形態において、大きい立体角（例えば、１０°以上の立体角）を有するイオンビームを用いて、磁気抵抗効果素子が加工される。
【０４２７】
磁気抵抗効果素子をメモリ素子として用いてギガビットクラスの高記憶密度のＳＴＴ（Spin Transfer Torque）−ＭＲＡＭを形成する場合、磁気抵抗効果素子を、３０ｎｍ以下のサイズに形成することが望ましい。
【０４２８】
磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）に用いられるＣｏやＦｅ等の磁性金属を含む材料は、一般に、ドライエッチングで加工することが難しく、Ａｒなど不活性ガスを用いたイオンビームを照射して、物理的にエッチングすることが多い。  
この理由は、磁性層（参照層／記憶層）が構成元素の異なるナノメートルオーダーの複数の膜で構成されていることが多いことや、一般的に磁性材料（金属）が半導体材料よりも腐食しやすいため、半導体集積回路（シリコンデバイス）の製造プロセスで用いられるＲＩＥが適用しにくいためである。
【０４２９】
また、磁気抵抗効果素子は、薄いトンネルバリア層を挟んで記憶層と参照層とが積層された構造を有しているため、記憶層と参照層との間隔が小さい。  
このため、磁気抵抗効果素子を形成するための積層構造を加工する際に、トンネルバリア層とともに磁性金属を含む記憶層／参照層を削るため、一般的なＡｒなどの不活性ガスを用いたイオンビームエッチングによる加工において、磁性層に起因した導電性の再付着物（残渣）が、積層構造の側面上においてトンネルバリア層をまたがって記憶層／参照層に付着する可能性がある。この場合、記憶層と参照層とにまたがる再付着物によって、リーク電流のパスが生じるため、記憶層と参照層とがショートし、磁気抵抗効果素子が不良となってしまう。この結果として、磁気抵抗効果素子の歩留まりが低下する。
【０４３０】
この歩留まりの低下を防止するため、積層構造の深さ方向（積層方向）に対してエッチングを行うために、積層構造が形成された基板の表面に対して垂直方向に近い角度でイオンビームエッチングが行われる工程の後、垂直方向のエッチングによって積層構造の側面上に付着した導電性付着物を除去するために、基板に対して浅い角度（基板表面の平行方向に近い角度）でイオンビームエッチングが行われる工程が、連続して実行される。或いは、積層構造を加工するための垂直方向のエッチング工程と再付着物を除去するための浅い角度のエッチング工程とが、交互に繰り返し行われる。
【０４３１】
この場合、図８を用いて説明したように、積層構造の側面上の再付着物（その構成原子）が、イオンビームの照射により、磁気抵抗効果素子の内部に打ち込まれる現象が生じる可能性がある。打ち込まれた付着物の原子は、磁性層の磁気特性及びトンネルバリア層（例えば、ＭｇＯ）の電気的特性に悪影響を引き起こす可能性がある。  
特に、ギガビット級ＭＲＡＭのように、ＭＴＪ素子の素子サイズ（膜面に対して平行方向の寸法）が３０ｎｍ程度以下になると、付着物の構成原子がＭＴＪ素子内部へ打ち込まれた場合の悪影響は、大きくなる。
【０４３２】
例えば、イオンビームによって加工されたＣｏＰｔ磁性ドットは、その直径が３０ｎｍ付近以下になると、その磁性ドットの一軸磁気異方性エネルギーが劣化する。積層構造の側面上の再付着物に起因する不純物が、イオンとの衝突により、磁性体内部へ打ち込まれることが、磁性ドットの磁気特性の劣化の原因の一因と考えられている。
【０４３３】
イオンビームによる再付着物の打ち込み現象の抑制のために、イオンビーム自身のエネルギーを数十ボルト台にまで下げた場合、スパッタリング率が低下する。そのため、磁気抵抗効果素子及びそれを用いたメモリの製造のスループットを考慮すると、電圧を低下させたのを補うように、イオンエネルギーの電流を大きくすることが好ましい。
【０４３４】
但し、グリッド型イオン源は、グリッドを経由して、プラズマからイオンビームを引き出すことによって、被加工層にイオンビームを照射する。一般に、グリッド型イオン源において、数十ボルトの電圧で、大きな電流を取り出すのは困難である。そして、低電圧で駆動される場合には、グリッドに流れ込む電流が増加し、孔が形成されているグリッドが、孔を通過するイオンによってエッチングされる。このため、グリッドの寿命が短くなり、グリッドを定期的に交換する必要がある。また、素子が形成されるウェハ（基板）の口径が大きくなると、グリッドの直径も大きくなる。グリッドの直径が大きくなると、グリッドの価格は、増大する。
【０４３５】
この結果として、磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果素子を用いたメモリの製造コストが上昇する。
【０４３６】
一方、エンドホール型イオン源のようなグリッドを有さないイオン源は、およそ６０°におよぶ大きなビームの立体角（分散角）やエネルギー分散、数百ボルト以上のエネルギーを作り出しにくいなどの理由で、シリコンデバイスのエッチングに適用されることはなかった。
【０４３７】
本実施形態で述べたように、エンドホール型イオン源などから形成される大きい立体角のイオンビーム、例えば、１０°以上の立体角を有するイオンビームを用いて、磁気抵抗効果素子を形成するための積層構造を加工することによって、加工された積層構造の再付着物を効果的に除去できる。或いは、１０°以上の立体角を有するイオンビームの照射によって、スパッタされた物質の構成原子が、積層構造に付着するのを防止できる。  
例えば、大きい立体角のイオンビームを用いて、積層構造を加工することによって、イオンビームによりスパッタされた物質が、積層構造の加工面（側面）上に付着するのと実質的に同時に除去できる。
【０４３８】
それゆえ、再付着物に起因する磁性層間のショートや、磁性層及びトンネルバリア層の特性の劣化を抑制できる。
【０４３９】
また、ホール型（グリッドレス型）イオン源を用いることによって、低いエネルギーのイオンビームをＭＴＪ素子を形成するための積層構造に照射でき、積層構造の加工面に生じたイオンビームに起因する欠陥を修復できる。これによって、ＭＴＪ素子を構成する各層の特性を改善でき、ＭＴＪ素子の特性を向上できる。
【０４４０】
グリッドを用いないイオン源（例えば、エンドホール型イオン源）は、グリッドの消耗がなく、グリッドの交換も無い。そのため、グリッドを有さないイオン源は、グリッド型イオン源に比較して、メンテナンスコストを低減できる。その結果として、本実施形態の製造方法及び製造装置によって形成された磁気抵抗効果素子及びその磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリは、製造コストを低減できる。
【０４４１】
例えば、低エネルギーで、立体角が大きいイオンビームが得られやすいエンドホール型イオン源やシリンドリカル型（アノードレイヤー型／マグネティックレイヤー型）イオン源が、本実施形態の磁気抵抗効果素子を形成するためのイオンビーム生成装置に用いられることが好ましい。
【０４４２】
また、上述のように、１以上のグリッド型イオン源を用いて、立体角が大きいイオンビームを得ることもできる。グリッド型イオン源を用いて、１０°以上の立体角を有するイオンビームを形成する場合、発散角度の大きなイオンビームを得るために、開口率が５０％以上のグリッドが用いられる。また、複数のグリッド型イオン源を用いて、立体角の大きいイオンビームを等価的に生成できる。
【０４４３】
以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法及び製造装置によれば、磁気抵抗効果素子の不良を低減でき、信頼性の高い磁気デバイス（磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ）を提供できる。
【０４４４】
［Ｂ］  第２の実施形態  
図４９乃至図５７を参照して、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法について、説明する。尚、本実施形態において、第１の実施形態と共通する部材、機能及び製造工程に関して、重複する説明は省略し、必要に応じて詳細に説明する。
【０４４５】
（１）  具体例１  
図４９乃至図５４を参照して、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法の一例について説明する。
【０４４６】
図４９は、第２の実施形態の具体例１の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図である。
【０４４７】
図４９に示されるように、本実施形態の製造方法によって形成される磁気抵抗効果素子は、ボトムピン型の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）である。
【０４４８】
すなわち、図４９の磁気抵抗効果素子において、参照層としてのＴｂＣｏＦｅ膜１１が、下部電極（下地層）１７側に設けられ、記憶層としてＣｏＦｅＢ膜１０が、上部電極（ハードマスク）側に設けられている。
【０４４９】
参照層１１と下部電極１７との間に、シフト補正層１５としてのＴｂＣｏＦｅ膜が設けられている。シフト補正層１５は、固定状態の磁化を有し、シフト補正層１５の磁化は、参照層１１の磁化の向きに対して反対の方向を向いている。参照層１１とシフト補正層１５との間に、金属膜（ここでは、Ｒｕ膜）１９が設けられている。Ｒｕ膜１９は、参照層１１とシフト補正層１５との反平行結合を増加させるために、参照層１１とシフト補正層１５との間に設けられている。
【０４５０】
トンネルバリア層１２としてのＭｇＯ膜と参照層としてのＴｂＣｏＦｅ膜１１との境界領域内に、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ積層膜（図示せず）が設けられている。ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ積層膜は、参照層１１とトンネルバリア層１２との間の界面層として機能する。界面層は、参照層及び記憶層の一部とみなされる場合もある。
【０４５１】
下部電極１７は、Ｔａ膜から形成される。上部電極１３は、Ｔａ／Ｒｕ膜から形成される。Ｔａ膜１３２が、Ｒｕ膜１３１上に積層されている。
【０４５２】
図４９の磁気抵抗効果素子は、以下のように形成される。
【０４５３】
図５０乃至図５４を参照して、図４９の磁気抵抗効果素子の製造方法について、説明する。図５０乃至図５４は、第２の実施形態の具体例１の磁気抵抗効果素子の製造方法の各工程の断面工程図を示している。ここでは、図５０乃至図５４に加えて、図４９も適宜用いて、本具体例の製造方法について説明する。
【０４５４】
図５０に示されるように、磁気抵抗効果素子を形成するための各層が、基板８０上に順次堆積され、磁性層１０Ｘ，１１Ｘ及びトンネルバリア層１２Ｘを含む積層構造１Ｘが、基板８０上に形成される。マスク層８９が、積層構造のハードマスク１３Ｘ上に、形成される。マスク層８９は、ＳｉＯ２から形成される。
【０４５５】
ＭＴＪ素子を形成するため積層構造は、例えば、図４４に示される半導体製造モジュール内の堆積チャンバー９６内で、各層が堆積されることによって、形成される。
【０４５６】
図５１に示されるように、ＳｉＯ２からなるマスク層８９は、フォトリソグラフィによって形成されたレジストマスク（図示せず）のパターンに基づいて、ＣＨＦ３のようなフレオン系ガスによるＲＩＥによって、エッチングされる。
【０４５７】
酸素のアッシングによってレジストマスクが除去された後、パターニングされたＳｉＯ２をマスクに用いて、塩素系ガスによるＲＩＥによって、Ｔａ／Ｒｕ膜からなるハードマスクが、エッチングされる。
【０４５８】
塩素系ガスによるエッチングによって、Ｔａ膜１３２が選択的にエッチングされ、Ｒｕ膜１３１が塩素系ガスのエッチングのストッパとして機能する。エッチングがＲｕ膜１３１の上面でストップするのが検出された後、水素ガスの放電によって、チャンバー内及び基板（積層構造）近傍の塩素が、除去される。
【０４５９】
図５２に示されるように、例えば、図４４に示される複数のエンドホール型イオン源２を含むイオンビーム生成装置（エッチング装置、エッチングガン）２００からのイオンビーム１００Ａが、パターニングされたＴａ膜１３２を含む積層構造１Ｘに照射される。イオンビーム１００Ａは、例えば、１０°以上の立体角を含む。
【０４６０】
これによって、Ｒｕ膜１３１及びその下方の磁性層（ここでは、ＣｏＦｅＢからなる記憶層）１０が、イオンビーム１００Ａによってエッチングされる。記憶層１０の加工のためのイオンビーム１００Ａのエネルギーのメインピークは、例えば、９０Ｖに設定される。
【０４６１】
磁性層１０に比較してエッチングレートが遅いＭｇＯ膜１２Ｘが、ストッパとして用いられる。例えば、ＭｇＯ膜におけるエッチングレートの低下を、エンドポイントディテクターによって検出することによって、イオンビーム１００Ａによるエッチングが停止される。
【０４６２】
例えば、イオンビームによる磁性層１０のエッチングは、図４４に示される半導体製造モジュール内のエッチングチャンバー９１内で、実行される。
【０４６３】
次に、図５３に示されるように、図４４の堆積チャンバー９６内に、基板８０が移され、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって、側壁絶縁膜としてのアルミナ膜１８Ｘが、加工された磁性層１０及びＴａ／Ｒｕ膜１３上に堆積される。ＡＬＤによって、密な膜１８が、磁性層１０及びＴａ／Ｒｕ膜１３の上面及び側面上に、コンフォーマルに形成される。
【０４６４】
再び、基板８０が、堆積チャンバー９６からエッチングチャンバー９１に移動された後、図５４に示されるように、アルミナ膜１８が磁性層１０及びＭｇＯ膜１２Ｘを覆った状態で、イオンビーム１００Ｂが照射される。
【０４６５】
イオンビーム１００Ｂによって、アルミナ膜１８がエッチングされるとともに、参照層としてのＴｂＦｅＣｏ層１１及びその下方のシフト補正層としてのＴｂＣｏＦｅ層１５が、エッチングされる。例えば、下部電極１７も、ＴｂＣｏＦｅ層１１，１５と共通のイオンビーム１００Ｂによって加工される。これによって、所定の形状のＭＴＪ素子が、基板８０上に形成される。尚、参照層１１及びシフト補正層１５は、テーパー状になってもよい。
【０４６６】
イオンビーム１００Ｂは、例えば、１０°以上の立体角を含む。参照層１１及びシフト補正層１５の加工時において、イオンビーム１００Ｂのエネルギーのメインピークは、１７５Ｖに設定されている。
【０４６７】
記憶層を形成するための磁性層（ＣｅＦｅＢ膜）１０の側面は、アルミナ膜１８で覆われている。このアルミナ膜１８は除去されずに、磁性層１０の側面上に残存し、ＭＴＪ素子の保護膜として機能する。記憶層としての磁性層１０がアルミナ膜１８で覆われているため、比較的高いエネルギーのイオンビーム１００Ｂを用いて、参照層１１及びシフト補正層１５としての磁性層を加工するためのエッチングが実行されたとしても、大きいエネルギーのイオンビーム１００Ｂに起因した記憶層１０の特性劣化を防ぐことができる。
【０４６８】
１０°以上の立体角を含むイオンビームによる磁性層１０，１５の加工によって、スパッタされた導電物が加工された積層構造に付着するのを抑制できる、又、イオンビームの入射角（基板の角度）を変えずに、積層構造に付着した導電性の物質を、除去できる。
【０４６９】
ＭＴＪ素子が形成された後、図４４の堆積チャンバー９６内に基板８０が移動される。そして、図４９に示されるように、第１の実施形態の製造工程と実質的に同様に、ＡＬＤによって、参照層１１及びシフト補正層１５の側面上に、保護膜としてのアルミナ膜８１が堆積される。そして、層間絶縁膜８２が、基板８０上に堆積される。また、上部電極１３上のマスク層が除去された後、上部電極１３に接続される配線８３が形成される。
【０４７０】
この後、ロードロックチャンバー９９内に、ＭＴＪ素子１形成された基板８０が移動され、大気中に取り出される。
【０４７１】
以上の製造工程によって、本実施形態のＭＴＪ素子又はＭＴＪ素子を含む磁気メモリ（ＭＲＡＭ）が、製造される。
【０４７２】
図４９乃至図５４に示される製造工程において、エンドホール型イオン源による大きな立体角（例えば、１０°以上）を有するイオンビームを利用したエッチングによって、ＭＴＪ素子を形成するためのエッチングが行われる。但し、エンドホール型イオン源からの大きい立体角を有するイオンビームとグリッド型イオン源が出力する指向性の良いイオンビームと併用して、ＭＴＪ素子を加工してもよい。
【０４７３】
例えば、図４５の半導体製造モジュールにおいて、指向性の良好なイオンビームを出力するグリッド型イオン源５を含むエッチング装置によって、図５１の工程における記憶層１０のエッチングを、実行してもよい。記憶層１０は、膜厚が小さいため、記憶層１０の加工のための時間は短い。そのため、記憶層１０の加工にグリッド型イオン源を用いたとしても、グリッドの消耗は小さい。  
そして、図４５に示されるエッチング装置９２のエンドホール型イオン源を含むエッチング装置によって、図５４の工程において、トンネルバリア層１２、参照層１１及びシフト補正層１５が加工される。参照層１１及びシフト補正層１５の膜厚は大きいため、参照層及びシフト補正層のエッチングを、グリッドの消耗が無いグリッドレスのイオン源によって実行することは、製造コストの低減に対するメリットが、大きい。
【０４７４】
例えば、ＭＴＪ素子を加工するために、ホール型イオン源（グリッドレス型イオン源）とグリッド型イオン源が併用される場合、イオン源の切り替えの円滑化による製造時間の短縮及び製造コストの低減のために、図４６に示されるエンドホール型イオン源２とグリッド型イオン源５とが同じ装置（エッチングチャンバー）９１内に設けられた半導体製造モジュールを用いてもよい。
【０４７５】
図４７に示されるように、異なるエネルギー及び異なる入射角度（照射角）のイオンビームを出力する２つのグリッド型イオン源５Ａ，５Ｂによって、等価的にエネルギーの分散及び立体角の大きいイオンビームを形成し、図５２及び図５４の工程において、被加工層としての積層構造をエッチングしてもよい。
【０４７６】
また、図４８に示される半導体製造モジュールを用いて、磁気抵抗効果素子が形成される場合、図５２及び図５４に示される工程において、磁性層１０，１１，１５のエッチングが終了した後、ＧＣＩＢ照射装置９３によるＧＣＩＢの照射によって、エッチングに起因する磁性層１０，１１，１５のダメージを、修復できる。同一のチャンバー内に、ＧＣＩＢのイオン源とホール型（グリッドレス型）イオン源が設けられている場合、ＧＣＩＢは、モノマーイオンビームと同時に又は交互に照射できる。ＧＣＩＢの加速エネルギーを上昇させて、原子１個当たりのエネルギーを５ｅＶ以上にし、ガスクラスターをエッチング粒子として用いてもよい．
図４９乃至５５に示される素子構造及び製造工程において、加工された記憶層１０の側面上に保護膜１８を形成した後、加工された記憶層１０をマスクにして、参照層１１及びシフト補正層１５を、セルフアライメントでエッチングできる。これによって、参照層１１及びシフト補正層１５の加工時において、記憶層１０の側面に生じるダメージを抑制できる。それゆえ、３０ｎｍ以下のＭＴＪ素子を加工した際に、ＭＴＪ素子の磁性層の磁気特性が劣化するのを抑制できる。
【０４７７】
以上のように、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果素子の不良を低減でき、信頼性の高い磁気デバイス（磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ）を提供できる。
【０４７８】
（２）  具体例２  
図５５乃至図５７を参照して、本実施形態の磁気抵抗効果素子及びその製造方法の一例について説明する。
【０４７９】
図５５は、第２の実施形態の具体例２の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図である。  図５５の磁気抵抗効果素子は、トップピン型の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）である。
【０４８０】
記憶層１０は、ＣｏＦｅＢ膜からなり、下地層としてのＲｕ／Ｔａ膜上に、積層されている。トンネルバリア層１２としてのＭｇＯ膜が、記憶層１０上に設けられている。参照層１１は、ＴｂＣｏＦｅ膜からなり、ＭｇＯ膜１２上に設けられている。例えば、ＭｇＯ膜１２とＴｂＣｏＦｅ膜１１との境界領域内に、界面層としてのＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ積層膜（図示せず）が設けられている。
【０４８１】
参照層としてのＴｂＣｏＦｅ膜１１上に、シフト補正層１５が設けられている。シフト補正層１５は、ＴｂＣｏＦｅ膜からなる。参照層１１とシフト補正層１５との間に、金属膜（例えば、Ｒｕ膜）１９が設けられている。
【０４８２】
シフト補正層１５上に、上部電極及びハードマスクとしてのＴａ／Ｒｕ膜１３が設けられている。Ｒｕ膜１３１がシフト補正層１５上に積層され、Ｔａ膜１３２がＲｕ膜１３１上に積層されている。
【０４８３】
図５６及び図５７を用いて、図５５に示されるＭＴＪ素子の製造方法について、説明する。図５６及び図５７は、第２の実施形態の具体例２の磁気抵抗効果素子の製造方法の各工程の断面工程図を示している。ここでは、図５６及び図５７に加えて、図５５も適宜用いて、本具体例の製造方法について説明する。
【０４８４】
図５６に示されるように、図５５のＭＴＪ素子を形成するための各膜が、基板（層間絶縁膜）８０上に順次積層される。最上層のＴａ／Ｒｕ膜１３Ｙ上に、ＳｉＯ２膜８９が堆積される。ＳｉＯ２膜８９上に、レジスト膜（図示せず）が塗布される。レジスト膜は、フォトリソグラフィにより、所定の形状にパターニングされる。
【０４８５】
パターニングされたレジスト膜をマスクに用いて、ＳｉＯ２膜８９が、フレオン系ガス（例えば、ＣＨＦ３）によって、エッチングされる。
【０４８６】
酸素を用いたアッシングによりレジスト膜が除去された後、パターニングされたＳｉＯ２膜８９をマスクに用いて、ハードマスク１３ＹのＴａ膜１３２に対して、塩素系ガスを用いたＲＩＥが実行される。  
Ｔａ膜１３２に対するＲＩＥ時、Ｒｕ膜１３１ＸがＲＩＥに対するストッパとして機能し、Ｒｕ膜１３１Ｘの上面で塩素系ガスによるエッチングが止まる。これによって、Ｔａ膜１３２が選択的にエッチングされる。
【０４８７】
Ｈ放電中で塩素を除去した後、図５７に示されるように、複数のエンドホール型イオン源から形成されるエッチングガン（例えば、図２１参照）によって、Ｒｕ膜１３１から下地層１７までの各層１５，１９，１１，１２，１０が、１０°以上の立体角を有するイオンビーム１００Ｃによってエッチングされる。例えば、イオンビーム１００Ｃのエネルギーのメインピークは、１７５Ｖに設定されている。
【０４８８】
１０°以上の立体角を有するイオンビーム１００Ｃによって、ＭＴＪ素子が形成される。これによって、スパッタされた導電性物質が積層構造に付着するのを抑制できる、又は、積層構造に付着した導電性物質を比較的容易に除去できる。
【０４８９】
本実施形態のイオンビームの照射によって所定の形状のＭＴＪ素子が形成された後、図５５に示されるように、第１の実施形態と実質的に同様に、保護膜１８、層間絶縁膜８２及び配線８３が順次形成される。
【０４９０】
以上の製造工程によって、本実施形態のＭＴＪ素子又はＭＴＪ素子を含む磁気メモリ（ＭＲＡＭ）が、製造される。
【０４９１】
尚、積層構造の加工に、ＲＩＥを用いてもよい。但し、ＲＩＥによる積層構造の加工後に、立体角の大きいイオンビームを用いた残渣の除去が実行される。例えば、図４８に示される半導体製造モジュールにおいて、磁性層１０，１１，１５のエッチングが、メタノールガスによるＲＩＥによって実行され、ＭｇＯ膜（トンネルバリア層）のエッチングはＡｒガスのイオンビームの照射による物理エッチングで、実行される。
【０４９２】
ＭＴＪ素子の各層がエッチングされた後、基板８０は、イオンビームエッチングのためのチャンバー９２に移され、ホール型イオン源２からの立体角の大きいイオンビームの照射によって、ＭＴＪ素子１の側面上の残渣（導電性の再付着物）が除去される。
【０４９３】
さらには、最終的に５０ｅＶ程度の極めて低いイオンエネルギーで酸素のイオンビームを照射することによって、加工された積層構造（ＭＴＪ素子）の側面上の残渣を酸化し、残渣の導電性を抑制してもよい。極めて低いエネルギーのイオンビームを大量に出力しやすいホール型イオン源を用いることによって、積層構造が含む磁性体の内部にダメージを与えずに、磁性体の表面（露出面、加工面）のみを酸化できる。
【０４９４】
例えば、ハロゲン系ガスを用いたＲＩＥが実行された後に、被加工層の加工された表面上に残留するハロゲン成分を除去するために、水素又は希ガスのイオンビームをホール型イオン源から被加工層に照射する場合において、この極めて低いエネルギーのイオンビームの照射は、適用できる。
【０４９５】
また、一般的なＲＩＥ又はグリッド型イオン源によるイオンビームを用いたエッチングの後に、上述のホール型イオン源を用いて、極めて低いエネルギーのイオンビームを照射した場合においても、磁性体に対するダメージを低減した処理を行うことができる。
【０４９６】
例えば、図４８の製造モジュールでＭＴＪ素子が形成される場合、ＭＴＪ素子が形成された基板８０を、エッチングチャンバー９２からＧＣＩＢチャンバー９３に搬送し、ＧＣＩＢを加工されたＭＴＪ素子１の側面に照射することによって、ＲＩＥによる加工及び残渣物の除去により生じた磁性層のひずみを改善してもよい。
【０４９７】
このように、立体角の大きいイオンビームを用いたＭＴＪ素子の側面上の残渣の除去によって、再付着物に起因するＭＴＪ素子の不良を低減できるとともに、ＲＩＥを用いたケミカルエッチングによる高速な加工を実行できる。
【０４９８】
また、図４１乃至図４３及び図４７における１以上のグリッド型イオン源５を用いたイオンビーム照射においても、ＭＴＪ素子の導電性の付着物によるショートを抑制でき、且つ、ＭＴＪ素子の特性を改善できる。
【０４９９】
本実施形態の具体例１及び具体例２を用いて、説明したように、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造以外の磁気抵抗効果素子に対しても、大きい立体角（１０°〜６０°の立体角）を有するイオンビームを用いて、磁気抵抗効果素子を形成できる。
【０５００】
第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法において、第１の実施形態と同様に、立体角及びエネルギー分散が大きいイオンビームによってＭＴＪ素子のエッチングが実行される。そのため、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、高い指向性を有するグリッド型イオン源からのイオンビームによってエッチングされる場合に比べて、ＭＴＪ素子の側面上の導電性の付着物に起因するショートが抑制され、ＭＴＪ素子の磁気特性が改善される。また、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリの製造コストを低減できる。
【０５０１】
以上のように、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、磁気抵抗効果素子の不良を低減でき、信頼性の高い磁気デバイス（磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ）を提供できる。
【０５０２】
［Ｃ］  適用例  
図５８及び図５９を参照して、実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例について、説明する。尚、上述の実施形態で述べた構成と実質的に同じ構成に関しては、同じ符号を付し、その構成の説明は、必要に応じて行う。
【０５０３】
（１）構成  
上述の実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁気メモリ、例えば、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のメモリ素子として、用いられる。本適用例において、ＳＴＴ型ＭＲＡＭ（Spin-torque transfer MRAM）が例示される。
【０５０４】
図５８は、本適用例のＭＲＡＭのメモリセルアレイ及びその近傍の回路構成を示す図である。
【０５０５】
図５８に示されるように、メモリセルアレイ１００９は、複数のメモリセルＭＣを含む。
【０５０６】
複数のメモリセルＭＣは、メモリセルアレイ１００９内にアレイ状に配置される。メモリセルアレイ１００９内には、複数のビット線ＢＬ，ｂＢＬ及び複数のワード線ＷＬが設けられている。ビット線ＢＬ，ｂＢＬはカラム方向に延在し、ワード線ＷＬはロウ方向に延在する。２本のビット線ＢＬ，ｂＢＬは、１組のビット線対を形成している。
【０５０７】
メモリセルＭＣは、ビット線ＢＬ，ｂＢＬ及びワード線ＷＬに接続されている。
【０５０８】
カラム方向に配列されている複数のメモリセルＭＣは、共通のビット線対ＢＬ，ｂＢＬに接続されている。ロウ方向に配列されている複数のメモリセルＭＣは、共通のワード線ＷＬに接続されている。
【０５０９】
メモリセルＭＣは、例えば、メモリ素子としての１つの磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１と、１つの選択スイッチ１００２とを含む。メモリセルＭＣ内のＭＴＪ素子１には、第１又は第２の実施形態で述べられた磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１が用いられている。
【０５１０】
選択スイッチ１００２は、例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor）である。以下では、選択スイッチ１００２としての電界効果トランジスタのことを、選択トランジスタ１００２とよぶ。
【０５１１】
ＭＴＪ素子１の一端は、ビット線ＢＬに接続され、ＭＴＪ素子１の他端は、選択トランジスタ１００２の電流経路の一端（ソース／ドレイン）に接続されている。選択トランジスタ１００２の電流経路の他端（ドレイン／ソース）は、ビット線ｂＢＬに接続されている。選択トランジスタ１００２の制御端子（ゲート）は、ワード線ＷＬに接続されている。
【０５１２】
ワード線ＷＬの一端は、ロウ制御回路１００４に接続される。ロウ制御回路１００４は、外部からのアドレス信号に基づいて、ワード線の活性化／非活性化を制御する。
【０５１３】
ビット線ＢＬ，ｂＢＬの一端及び他端には、カラム制御回路１００３Ａ，１００３Ｂが接続される。カラム制御回路１００３Ａ，１００３Ｂは、外部からのアドレス信号に基づいて、ビット線ＢＬ，ｂＢＬの活性化／非活性化を制御する。
【０５１４】
書き込み回路１００５Ａ，１００５Ｂは、カラム制御回路１００３Ａ，１００３Ｂを介して、ビット線ＢＬ，ｂＢＬの一端及び他端に接続される。書き込み回路１００５Ａ，１００５Ｂは、書き込み電流を生成するための電流源や電圧源などのソース回路、書き込み電流を吸収するためのシンク回路を、それぞれ有する。
【０５１５】
ＳＴＴ型ＭＲＡＭにおいて、書き込み回路１００５Ａ，１００５Ｂは、データの書き込み時、外部から選択されたメモリセル（以下、選択セル）に対して、書き込み電流ＩＷＲを供給する。
【０５１６】
書き込み回路１００５Ａ，１００５Ｂは、ＭＴＪ素子１に対するデータの書き込み時、選択セルに書き込まれるデータに応じて、書き込み電流をメモリセルＭＣ内のＭＴＪ素子１に双方向に流す。即ち、ＭＴＪ素子１に書き込むデータに応じて、ビット線ＢＬからビット線ｂＢＬに向かう書き込み電流、或いは、ビット線ｂＢＬからビット線ＢＬに向かう書き込み電流が、書き込み回路１００５Ａ，１００５Ｂから出力される。
【０５１７】
読み出し回路１００６は、カラム制御回路３Ａを介して、ビット線ＢＬ，ｂＢＬの一端に接続される。読み出し回路１００６は、読み出し電流を発生する電圧源又は電流源や、読み出し信号の検知及び増幅を行うセンスアンプ、データを一時的に保持するラッチ回路などを含んでいる。読み出し回路１００６は、ＭＴＪ素子１に対するデータの読み出し時、選択セルに対して、読み出し電流を供給する。読み出し電流の電流値は、読み出し電流によって記録層の磁化が反転しないように、書き込み電流の電流値（磁化反転しきい値）より小さい。
【０５１８】
読み出し電流が供給されたＭＴＪ素子１の抵抗値の大きさに応じて、読み出しノードにおける電流値又は電位が異なる。この抵抗値の大きさに応じた変動量（読み出し信号、読み出し出力）に基づいて、ＭＴＪ素子１が記憶するデータが判別される。
【０５１９】
尚、図５８に示される例において、読み出し回路１００６は、メモリセルアレイ１００９のカラム方向の一端側に設けられているが、２つの読み出し回路が、カラム方向の一端及び他端にそれぞれ設けられてもよい。
【０５２０】
例えば、メモリセルアレイ１００９と同じチップ内に、ロウ／カラム制御回路、書き込み回路及び読み出し回路以外の回路（以下、周辺回路とよぶ）が、設けられている。例えば、バッファ回路、ステートマシン（制御回路）、又は、ＥＣＣ（Error Checking and Correcting）回路などが、周辺回路としてチップ内に設けられてもよい。
【０５２１】
図５９は、本適用例のＭＲＡＭのメモリセルアレイ９内に設けられるメモリセルＭＣの構造の一例を示す断面図である。
【０５２２】
メモリセルＭＣは、半導体基板１０００のアクティブ領域ＡＡ内に形成される。アクティブ領域ＡＡは、半導体基板１０００の素子分離領域に埋め込まれた絶縁膜８９によって、区画されている。半導体基板１０００上に、層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃが設けられている。ＭＴＪ素子１は、層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂ上に設けられている。ＭＴＪ素子１は、保護膜（図示せず）を介して、層間絶縁膜８０Ｃに覆われている。
【０５２３】
ＭＴＪ素子１の上端は、上部電極１９Ｂを介してビット線８３（ＢＬ）に接続される。ビット線８２は、ＭＴＪ素子１を覆っている層間絶縁膜８０Ｃ上に設けられている。また、ＭＴＪ素子１の下端は、下部電極１９Ａ、層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂ内のコンタクトプラグ８５Ａを介して、選択トランジスタ１００２のソース／ドレイン拡散層６４に接続される。選択トランジスタ１００２のソース／ドレイン拡散層６３は、層間絶縁膜８０Ａ内のコンタクトプラグ８５Ｂを介してビット線８２（ｂＢＬ）に接続される。
【０５２４】
ソース／ドレイン拡散層６４及びソース／ドレイン拡散層６３間のアクティブ領域ＡＡ表面上には、ゲート絶縁膜６１を介して、ゲート電極６２が形成される。ゲート電極６２は、ロウ方向に延在し、ワード線ＷＬとして用いられる。
【０５２５】
尚、ＭＴＪ素子１は、プラグ８５Ａ直上に設けられているが、中間配線層を用いて、コンタクトプラグ直上からずれた位置（例えば、選択トランジスタのゲート電極上方）に配置されてもよい。
【０５２６】
図５９において、１つのアクティブ領域ＡＡ内に１つのメモリセルが設けられた例が示されている。しかし、２つのメモリセルが１つのビット線ｂＢＬ及びソース／ドレイン拡散層６３を共有するように、２つのメモリセルがカラム方向に隣接して１つのアクティブ領域ＡＡ内に設けられてもよい。これによって、メモリセルＭＣのセルサイズが縮小される。
【０５２７】
図５９において、選択トランジスタ１００２は、プレーナ構造の電界効果トランジスタが示されているが、選択トランジスタの構造は、これに限定されない。例えば、ＲＣＡＴ（Recess Channel Array Transistor）やＦｉｎＦＥＴなどのように、３次元構造の電界効果トランジスタが、選択トランジスタとして用いられてもよい。ＲＣＡＴは、ゲート電極が、半導体領域内の溝（リセス）内にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた構造を有する。ＦｉｎＦＥＴは、ゲート電極が、短冊状の半導体領域（フィン）にゲート絶縁膜を介して立体交差した構造を有する。
【０５２８】
（２）  製造方法  
磁気メモリのメモリセルは、以下のように、形成される。
【０５２９】
例えば、周知の技術により、半導体基板１０００上に、選択トランジスタ１００２が形成される。層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂが、形成された選択トランジスタ１００２を覆うように、半導体基板１０００上に形成される。選択トランジスタ１００２のソース／ドレイン拡散層６３，６４の上面が露出するように、コンタクトホールが層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂ内に形成され、コンタクトプラグ８５Ａ，８５Ｂが、コンタクトホール内に埋め込まれる。
【０５３０】
上述のように、ＭＴＪ素子の構成部材を含む積層構造が、層間絶縁膜８０Ｂ上に、形成される。そして、所定の形状のハードマスクに基づいて、積層構造が加工される。  
積層構造の加工は、ホール型イオン源から出力される大きい立体角（例えば、１０°以上、６０°以下）を有するイオンビームによって実行される。又は、複数のグリッド型イオン源から出力されるイオンビームを、積層構造に対して異なる方向から照射することによって、等価的に立体角の大きいイオンビームを用いて、積層構造の加工が実行される。このとき、イオンビームは、１００ｅＶのエネルギーを有するイオンを１０％以上含むように、生成されることが好ましい。
【０５３１】
立体角及びエネルギー分散が大きいイオンビームによってＭＴＪ素子のエッチングが実行されることによって、ＭＴＪ素子の側面上の導電性の付着物に起因するショートが抑制され、ＭＴＪ素子の磁気特性が改善される。
【０５３２】
１０°以上の立体角を有するイオンビームの照射によって、ＭＴＪ素子１が形成された後、ＭＴＪ素子１を覆う保護膜（図示せず）が、ＡＬＤ法によって形成される。そして、層間絶縁膜８０Ｃが、ＭＴＪ素子１を覆うように、層間絶縁膜８０Ａ，８０Ｂ上に堆積される。ビット線８３が、ＭＴＪ素子１に接続されるように、層間絶縁膜８０Ｃ上に形成される。
【０５３３】
以上の工程によって、ＭＲＡＭのメモリセルが形成される。
【０５３４】
磁気メモリが含む磁気抵抗効果素子の形成に、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法が適用されることによって、磁気抵抗効果素子の不良が低減された磁気メモリを、製造できる。それゆえ、比較的低い製造コストで、磁気メモリの製造歩留まりを向上でき、信頼性の高い磁気メモリを提供できる。
【０５３５】
［Ｄ］  その他  
上述の実施形態の製造方法及び製造装置によって形成された磁気抵抗効果素子は、ＭＲＡＭ以外の磁気メモリに適用されてもよい。上述の実施形態の製造方法及び製造装置によって形成された磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリは、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどの代替メモリとして、用いられる。
【０５３６】
尚、上述の実施形態で述べた磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気抵抗効果素子の製造装置を用いて形成された磁気抵抗効果素子は、ハードディスクドライブの磁気ヘッドに用いられてもよい。
【０５３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０５３８】
１：磁気抵抗効果素子、１０：記憶層、１１：参照層、１２：非磁性層（トンネルバリア層）、２：エンドホール型イオン源、３：シリンドリカル型イオン源、４：ガスクラスターイオンビーム発生源、５：グリッド型イオン源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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