(57)【要約】【課題】所望の形状の加工領域をより確実に形成可能なイオンミリング方法及びイオンミリング装置を提供することを目的とする。【解決手段】  一実施形態に係るイオンミリング方法は、処理室１６内の基板ホルダー３０に被加工基板１４を載置する載置工程と、処理室内において被加工基板上にプラズマ３８を生成させてプラズマ中の第１のイオンＩ１を被加工基板の主面１４ａに略垂直に入射させながら被加工基板をミリングすると共に、イオンビーム供給部１２から処理室に供給されるイオンビームＢをプラズマに通過させながら、イオンビームを構成する第２のイオンを被加工基板に斜めに入射させて被加工基板をミリングするイオンミリング工程と、を備える。【選択図】図１
2015082383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内の基板ホルダーに被加工基板を載置する載置工程と、
前記処理室内において前記被加工基板上にプラズマを生成させて前記プラズマ中の第１のイオンを前記被加工基板の主面に略垂直に入射させながら前記被加工基板をミリングすると共に、イオンビーム供給部から前記処理室に供給されるイオンビームを前記プラズマに通過させながら、前記イオンビームを構成する第２のイオンを前記被加工基板に斜めに入射させて前記被加工基板をミリングするイオンミリング工程と、
を備える、イオンミリング方法。
【請求項２】
前記基板ホルダーを前記イオンビームのビーム軸に対して傾斜させることによって、前記被加工基板に前記第２のイオンを斜めに入射させる、
請求項１記載のイオンミリング方法。
【請求項３】
前記イオンミリング工程は、
前記イオンビーム供給部から前記イオンビームを前記処理室に供給せずに前記第１のイオンによって前記被加工基板をミリングする工程と、
前記イオンビームを前記プラズマに通過させながら、前記第１のイオンのミリングによって形成された前記被加工基板の加工領域の加工面に前記第２のイオンを斜めに入射させて前記加工面をミリングする工程と、
を有する、
請求項１又は２記載のイオンミリング方法。
【請求項４】
前記基板ホルダーは導電性を有しており、
前記イオンビーム供給部から前記イオンビームを前記処理室に供給せずに前記第１のイオンによって前記被加工基板をミリングする工程では、前記基板ホルダーに負のパルス電圧を印加する、
請求項３記載のイオンミリング方法。
【請求項５】
被加工基板が配置される処理室と、
前記処理室に接続されており、前記処理室内にイオンビームを供給するイオンビーム供給部と、
前記被加工基板が載置される基板ホルダーであって、前記処理室内において前記イオンビームのビーム軸上に配置される前記基板ホルダーと、
前記イオンビーム供給部と前記基板ホルダーとの間にプラズマを生成するプラズマ生成装置と、
前記イオンビームを構成するイオンの前記被加工基板への入射方向を調整する入射方向調整部と、
を備える、イオンミリング装置。
【請求項６】
前記入射方向調整部は、前記基板ホルダーを前記ビーム軸に対して傾斜させる傾斜機構を有する、請求項５記載のイオンミリング装置。
【請求項７】
前記基板ホルダーは導電性を有しており、
前記基板ホルダーに電気的に接続されると共に、前記基板ホルダーに負のパルス電圧を印加する電源を備える、
請求項５又は６記載のイオンミリング装置。
【請求項８】
前記電源は、前記基板ホルダーに負のパルス電圧を印加する第１のモードと、前記基板ホルダーを接地する第２のモードとを切り換える切換部を有する、
請求項７記載のイオンミリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンミリング方法及びイオンミリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンを利用して被加工基板をミリングするイオンミリング装置として、イオン源から出力されるイオンビームを利用してミリングするイオンビームミリング装置が知られている。通常、イオンビームミリング装置で使用されるイオンは正イオンである。イオンビームの利用においては、イオンビーム軌道において空間電荷が形成される。その空間電荷によって、イオンビームは発散する傾向がある。このようなイオンビームの発散は、加工精度に影響を与える。
【０００３】
例えば、発散角が大きいと、イオンミリングされた領域である加工領域の断面形状になまりが生じる傾向にある。なまりを抑制しようとして、より発散角の小さいイオンビームを利用すると、加工領域の表面である加工面の面粗度が悪くなる傾向にある。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１記載の技術では、加工領域の断面形状のなまりを抑制するために、低発散角のイオンビームを用いてイオンミリングした後、加工面の面粗度を改善するために発散角の大きなイオンビームを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７６８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、加工領域の断面形状になまりを生じさせないためには、低発散角のイオンビームの使用があげられる。低発散角のイオンビームは、例えば、イオンビームのエネルギーをあげることで実現され得る。
【０００７】
しかしながら、イオンビームのエネルギーが高いと、被加工基板にイオン注入が生じる場合がある。そこで、より低エネルギーのイオンビームを使用すると、低エネルギーのイオンビームでは、イオンビーム軌道に形成される空間電荷の影響で発散しやすい。更に、加工速度をあげるためには、電流密度がより大きなイオンビームを使用した場合も、上記空間電荷の影響による発散が生じ易い。すなわち、イオンミリングによって、イオン注入を抑制しながら、加工速度を上げようとして低エネルギー且つ大電流密度のイオンビームを使用すると、加工領域の断面形状になまりが生じ易い。
【０００８】
そこで、本発明は、所望の形状の加工領域をより確実に形成可能なイオンミリング方法及びイオンミリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るイオンミリング方法は、処理室内の基板ホルダーに被加工基板を載置する載置工程と、処理室内において被加工基板上にプラズマを生成させてプラズマ中の第１のイオンを被加工基板の主面に略垂直に入射させながら被加工基板をミリングすると共に、イオンビーム供給部から処理室に供給されるイオンビームをプラズマに通過させながら、イオンビームを構成する第２のイオンを被加工基板に斜めに入射させて被加工基板をミリングするイオンミリング工程と、を備える。
【００１０】
上記方法では、被加工基板上に生成したプラズマからの第１のイオンを被加工基板の主面に略垂直に入射させて被加工基板をイオンミリングする。そのため、被加工基板における加工領域（ミリングされた領域）になまりが生じにくい。このような第１のイオンによるミリングに加えて、上記方法では、イオンビーム供給部からイオンビームを処理室内に供給して、イオンビームを構成する第２のイオンを被加工基板に斜めに入射させることによって、被加工基板をミリングする。イオンビームを使用する際、イオンビームをプラズマに通過させていることから、イオンビーム軌道における空間電荷の影響が緩和される。そのため、上記空間電荷の影響によるイオンビームの発散が低減される。このようにイオンビームの発散が低減されることから、被加工基板に第２のイオンを斜めに入射させやすいと共に、第２のイオンによる加工精度を向上できる。
【００１１】
第１のイオンで上記のように被加工基板をイオンミリングすると、加工領域のなまりを抑制できるが、加工領域の加工面（加工領域の内面）に凹凸が生じる場合がある。上記方法では、イオンビームを構成する第２のイオンを被加工基板に斜めに入射させるので、上記凹凸が第２のイオンでミリングされる。そのため、加工領域の表面の面粗度が改善される。その結果、上記方法によって、所望の形状の加工領域を、より確実に得ることができる。前述したように、イオンビームをプラズマに通過させることで空間電荷の影響を低減していることから、例えば、低エネルギーで且つより大きな電流密度のイオンビームを使用したとしても、イオンビームは発散しにくい。よって、仮に、低エネルギーで且つより大きな電流密度のイオンビームを使用したとしても、加工面の面粗度の改善を図れる。そのため、所望望の形状の加工領域を得ることができる。
【００１２】
一実施形態において、基板ホルダーをイオンビームのビーム軸に対して傾斜させることによって、被加工基板に第２のイオンを斜めに入射させてもよい。
【００１３】
この場合、第２のイオンを被加工基板に容易に斜めに入射できる。
【００１４】
一実施形態において、イオンミリング工程は、イオンビーム供給部からイオンビームを処理室に供給せずに第１のイオンによって被加工基板をミリングする工程と、イオンビームをプラズマに通過させながら、第１のイオンのミリングによって生成された被加工基板の加工領域の加工面に第２のイオンを斜めに入射させて加工面をミリングする工程と、を有する。
【００１５】
この場合、まず、イオンビーム供給部からイオンビームを処理室に供給せずに第１のイオンによって被加工基板をミリングすることによって、所望の領域をイオンミリングする。その後に、イオンビームを構成する第２のイオンを、第１のイオンのミリングで生じた加工領域の加工面に斜めに入射させているので、例えば、第１のイオンによって形成された加工領域の加工面に凹凸が生じていても、より確実に、その凹凸を第２のイオンで低減できる。
【００１６】
一実施形態において、基板ホルダーは導電性を有していてもよい。この場合、イオンビーム供給部からイオンビームを処理室に供給せずに第１のイオンによって被加工基板をミリングする工程では、基板ホルダーに負のパルス電圧を印加してもよい。
【００１７】
この場合、第１のイオンが、被加工基板の主面に略垂直方向に入射しやすいので、加工領域のなまりがより抑制される。
【００１８】
本発明の他の側面に係るイオンミリング装置は、被加工基板が配置される処理室と、処理室に接続されており、処理室内にイオンビームを供給するイオンビーム供給部と、被加工基板が載置される基板ホルダーであって、処理室内においてイオンビームのビーム軸上に配置される基板ホルダーと、イオンビーム供給部と基板ホルダーとの間にプラズマを生成するプラズマ生成装置と、イオンビームを構成するイオンの被加工基板への入射方向を調整する入射方向調整部と、を備える。
【００１９】
上記構成では、プラズマ生成装置を利用してイオンビーム供給部と基板ホルダーとの間に生成されるプラズマからのイオンを被加工基板の主面に略垂直に入射させて被加工基板をイオンミリングできる。これにより、なまりを抑制しながら被加工物をミリングし得る。更に、上記装置では、イオンビーム供給部から処理室にイオンビームを供給し、そのイオンビームを、上記プラズマに通過させながら、イオンビームを構成するイオンを被加工基板に入射可能である。上記装置では、イオンビームの入射方向は、入射方向調整部によって調整できるので、イオンビームを被加工基板に斜めに入射可能である。
【００２０】
イオンビームを使用する際、イオンビームをプラズマに通過させていることから、イオンビーム軌道における空間電荷の影響が緩和される。そのため、上記空間電荷の影響によるイオンビームの発散が低減される。このようにイオンビームの発散が低減してことから、イオンビームを構成するイオンを被加工基板に斜めに入射させやすいと共に、イオンビームによる加工精度を向上できる。
【００２１】
プラズマからの第１のイオンで被加工基板をイオンミリングすると、上記のようになまりを抑制できるが、ミリングにより生じた加工領域の加工面に凹凸が生じる場合がある。上記装置では、このような凹凸を、イオンビームを構成するイオンによってミリング可能であることから、加工領域の加工面の面粗度を改善できる。そのため、上記装置によって、所望の形状の加工領域を、より確実に得ることができる。前述したように、イオンビームをプラズマに通過させることで空間電荷の影響を低減していることから、例えば、低エネルギーで且つより大きな電流密度のイオンビームを使用したとしても、イオンビームは発散しにくい。よって、仮に、低エネルギーで且つより大きな電流密度のイオンビームを使用したとしても、加工面の面粗度の改善を図れ、結果として、所望の形状の加工領域を得ることができる。
【００２２】
一実施形態において、入射方向調整部は、基板ホルダーをビーム軸に対して傾斜させる傾斜機構を有してもよい。
【００２３】
この場合、傾斜機構により基板ホルダーをビーム軸に対して傾斜させることで、容易に、イオンビームを構成するイオンを被加工基板に斜めに入射し得る。
【００２４】
一実施形態において、基板ホルダーは導電性を有していてもよい。この場合、基板ホルダーに電気的に接続されると共に、基板ホルダーに負のパルス電圧を印加する電源を備えてもよい。
【００２５】
被加工基板上に生成されたプラズマからのイオンで被加工基板をミリングする際、上記電源から負のパルス電圧を基板ホルダーに供給すれば、プラズマからのイオンを、被加工基板の主面に略垂直に入射させやすい。その結果、加工領域のなまりがより抑制される。
【００２６】
上記電源は、基板ホルダーに負のパルス電圧を印加する第１のモードと、基板ホルダーを接地する第２のモードとを切り換える切換部を有してもよい。
【００２７】
この場合、被加工基板上に生成されたプラズマからのイオンで被加工基板をミリングする際は、第１のモードで基板ホルダーに負のパルス電圧を印加しておけば、上述したように、加工領域のなまりがより抑制される。一方、イオンミリング装置を利用して、イオンビームを構成するイオンを被加工基板に斜めに入射させて被加工基板をミリングする場合には、第２のモードで、基板ホルダーを接地できる。このように基板ホルダーを接地することで、イオンビームの発散が低減されやすい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、所望の形状の加工領域をより確実に形成可能なイオンミリング方法及びイオンミリング装置を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、一実施形態に係るイオンミリング装置の概略構成を示す図面である。
【図２】図２は、被被加工基板の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、一実施形態に係るイオンミリング方法のフローチャートである。
【図４】図４は、第１のイオンミリング工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、第１のイオンミリング工程を一定時間実施した後の被加工基板の状態を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、第２のイオンミリング工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の要素には同一符号を付する。重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００３１】
図１は、一実施形態に係るイオンミリング装置の概略構成を示す図面である。イオンミリング装置１０は、イオンビーム供給部１２と、被加工基板１４にイオンミリングを実施するための処理室としての真空チャンバ１６とを備える。
【００３２】
被加工基板１４の例は、ハードディスク用の磁気ヘッド等を製造するための基板、並びに、半導体デバイス及びメモリ等を製造するための基板である。被加工基板１４は、例示したものに限定されず、イオンミリングされるものであればよい。図１では、被加工基板１４を模式的に示している。
【００３３】
イオンビーム供給部１２は、イオンビームＢを出力するイオン源である。真空チャンバ１６にイオンビームＢを供給可能に、イオンビーム供給部１２は真空チャンバ１６に接続されている。
【００３４】
イオンビーム供給部１２は、不活性ガスのプラズマであるソースプラズマ１８を生成するソースプラズマ生成部２０と、ソースプラズマ生成部２０内のソースプラズマ１８中のイオンをイオンビームＢとして引き出す引出し電極系２２とを有する。
【００３５】
ソースプラズマ生成部２０は、ガス供給部２４Ａから供給される不活性ガスを電離させることによってソースプラズマ１８を生成する。不活性ガス、換言すれば、希ガスの例は、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｘｅ）、及び、キセノン（Ｘｅ）などを含む。不活性ガスの電離方法の例は、高周波放電を利用した方法、マイクロ波放電を利用した方法、直流放電を利用した方法等を含む。不活性ガスの電離方法は、ソースプラズマ１８を不活性ガスから生成できれば、特に限定されない。ソースプラズマ生成部２０は、絶縁体２５を介して真空チャンバ１６に連設されている。
【００３６】
引出し電極系２２は、イオンビームＢの引出し方向に沿って、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃを有する。加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃは、加速電極２２Ａがソースプラズマ生成部２０側に位置し、接地電極２２Ｃが真空チャンバ１６側に位置し、加速電極２２Ａと、接地電極２２Ｃとの間に減速電極２２Ｂが位置するように、配置されている。加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃの配置間隔は、説明の便宜上、拡大して図示している。加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃの一例は、導電板に多数の孔が形成された多孔電極であり得る。加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃは、多孔電極に限定されない。
【００３７】
加速電極２２Ａには、加速電圧（正電圧）を加速電極２２Ａに印加する電源２６Ａが接続されている。減速電極２２Ｂには、減速電圧（負電圧）を減速電極２２Ｂに印加する電源２６Ｂが接続されている。接地電極２２Ｃは、接地されている。
【００３８】
図１では、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃが絶縁体２５に固定されている例を示している。しかしながら、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃの支持方法は、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ及び接地電極２２Ｃが引出し電極として機能するように支持されていれば、特に限定されない。引出し電極系２２の構成は、イオンビームＢをソースプラズマ生成部２０から引き出せれば、図１に例示した構成に限定されない。例えば、引出し電極系２２は、４つの電極を利用した形態であってもよい。
【００３９】
上記イオンビーム供給部１２の構成では、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ又は接地電極２２Ｃの厚み方向（電極の主面の法線方向）にイオンビームＢがイオンビーム供給部１２から出射される。このイオンビームＢの出射方向（或いは引出し方向）、すなわち、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ又は接地電極２２Ｃの厚み方向をビーム軸Ｃと称す。以下、説明の便宜のため、イオンビームＢが出射されていない状態であっても、加速電極２２Ａ、減速電極２２Ｂ又は接地電極２２Ｃの厚み方向をビーム軸Ｃとして説明する場合もある。
【００４０】
イオンビーム供給部１２から出射されるイオンビームＢを構成するイオンは、ガス供給部２４Ａから供給される不活性ガスの種類に対応する。例えば、不活性ガスとしてＡｒを使用すれば、Ａｒイオンで構成されるイオンビームＢがイオンビーム供給部１２から出射される。或いは、不活性ガスとしてＫｒを使用すれば、Ｋｒイオンで構成されるイオンビームＢがイオンビーム供給部１２から出射される。
【００４１】
真空チャンバ１６は、イオンビーム供給部１２からのイオンビームＢの出射方向（引出し方向）において、イオンビーム供給部１２の下流側に配置されている。真空チャンバ１６は、被加工基板１４をイオンミリングする処理室であり、接地されている。真空チャンバ１６には、イオンビーム供給部１２からのイオンビームＢを真空チャンバ１６内に導入するための開口（導入部）が形成されている。この開口を介して、イオンビーム供給部１２のソースプラズマ生成部２０の内部空間と、真空チャンバ１６の内部空間とは繋がっている。
【００４２】
真空チャンバ１６には、真空チャンバ１６内を低圧状態にするための排気装置２８と、真空チャンバ１６内に不活性ガスを供給するガス供給部２４Ｂとが接続されている。
【００４３】
排気装置２８の例は、排気ポンプである。前述したように、ソースプラズマ生成部２０の内部空間と、真空チャンバ１６の内部空間とは繋がっているので、例えば、排気装置２８を利用して、ソースプラズマ生成部２０の内部空間を低圧状態にし得る。ソースプラズマ生成部２０に別途排気装置が接続されていてもよい。
【００４４】
ガス供給部２４Ｂから真空チャンバ１６内に供給する不活性ガスの例は、ガス供給部２４Ａの場合と同様である。ガス供給部２４Ｂから真空チャンバ１６に供給する不活性ガスは、ガス供給部２４Ａからソースプラズマ生成部２０に供給する不活性ガスと同じでもよいし、異なっていてもよい。図１では、ソースプラズマ生成部２０と、真空チャンバ１６とにそれぞれガス供給部２４Ａ、２４Ｂを接続している形態を例示している。しかしながら、ソースプラズマ生成部２０の内部空間と、真空チャンバ１６の内部空間とは繋がっているので、ガス供給部２４Ａ、２４Ｂのうちのどちらか一方だけでもよい。
【００４５】
真空チャンバ１６内には、被加工基板１４が載置される基板ホルダー３０が設けられている。基板ホルダー３０の例は板状のステージである。基板ホルダー３０は導電性を有する。基板ホルダー３０は、ビーム軸Ｃ上に配置されている。
【００４６】
基板ホルダー３０には、導電性を有するアーム３２が接続されている。アーム３２は基板ホルダー３０を支持する支持部として機能する。アーム３２の一例は棒である。アーム３２は、真空チャンバ１６の側壁に設けられた保持部３４に保持されている。ここで、側壁とは、真空チャンバ１６におけるイオンビームＢの導入部としての開口が形成された端壁と、その端壁に対向する端壁とを繋ぐ壁である。保持部３４は絶縁性を有する。よって、保持部３４を介して真空チャンバ１６に保持されたアーム３２は、真空チャンバ１６と絶縁されている。保持部３４は、アーム３２を、その軸線周りに回転可能に保持している。これにより、アーム３２を軸線周りに回転させることで、基板ホルダー３０がビーム軸Ｃに対して傾斜する。よって、アーム３２及び保持部３４は、基板ホルダー３０を傾斜させる傾斜機構（入射方向調整部）として機能する。
【００４７】
基板ホルダー３０を傾斜させる傾斜機構は、例示したアーム３２と保持部３４との組み合わせに限定されない。基板ホルダー３０を傾斜させる傾斜機構は、ビーム軸Ｃに対して基板ホルダー３０を傾斜可能であれば、特に限定されない。例えば、アーム３２を利用した傾斜機構では、一軸周りの傾斜であるが、例えば、ビーム軸Ｃに対して複数の方向に傾斜可能な機構であってもよい。
【００４８】
基板ホルダー３０には、基板ホルダー３０にバイアス電圧を印加すると共に、そのバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整部３６が電気的に接続されている。図１では、アーム３２を介して、基板ホルダー３０と、バイアス電圧調整部３６が電気的に接続されているが、基板ホルダー３０とバイアス電圧調整部３６が直接に接続されていてもよい。
【００４９】
一実施形態において、バイアス電圧調整部３６は、負のパルス電圧を基板ホルダー３０に印加する機能と、基板ホルダー３０を接地する機能とを有する電源であり得る。このような電源としてのバイアス電圧調整部３６は、図１に示したように、負のパルス電圧を基板ホルダー３０に印加する第１のモードと、基板ホルダー３０を接地する第２のモードとを切り換えるモード切換部３６ａを有してもよい。
【００５０】
イオンミリング装置１０は、プラズマ生成装置４０を更に備える。プラズマ生成装置４０は、基板ホルダー３０と、イオンビーム供給部１２との間に、プラズマ３８を生成する。プラズマ生成装置４０は、ガス供給部２４Ｂから供給される不活性ガスを電離してプラズマ３８を生成する。よって、プラズマ３８に含まれる正イオンの種類は、不活性ガスの種類に対応する。すなわち、ガス供給部２４Ｂから供給する不活性ガスにＡｒを使用すれば、Ａｒイオンがプラズマ３８に含まれる。或いは、不活性ガスとしてＫｒを使用すれば、Ｋｒイオンがプラズマ３８に含まれる。プラズマ生成装置４０のプラズマ生成方式は、特に限定されず、例えば、高周波放電方式、マイクロ波放電方式、直流放電方式などがあげられる。
【００５１】
図１では、プラズマ生成装置４０の一例として、容量結合型高周波放電によってプラズマ３８を生成する装置を示している。具体的には、図１に示したプラズマ生成装置４０は、円筒ＲＦ電極としての第１の円筒電極４２Ａと、第１の円筒電極４２Ａを囲むと共に、接地された円筒接地電極としての第２の円筒電極４２Ｂと、第１の円筒電極４２Ａに電気的に接続されており第１の円筒電極４２Ａに高周波電力を供給するための高周波電源４３と、を有する。第１の円筒電極４２Ａは、イオンビームＢの経路を内側に有するように、換言すれば、イオンビームＢの経路を囲むように、配置されている。第１の円筒電極４２Ａと第２の円筒電極４２Ｂとの間の距離、すなわち、２つの円筒電極の径の差は数ｍｍ（例えば１ｍｍ〜５ｍｍ）である。この構成では、高周波電源４３から供給される高周波電力によって高周波放電が生じる。その放電によって、ガス供給部２４Ｂから真空チャンバ１６内に供給された不活性ガスを電離してプラズマ３８が生成される。ここでは、円筒電極を利用して高周波放電を生じさせる例を示したが、高周波放電を生じせしめるための電極は、円筒電極に限定されない。
【００５２】
次に、図１に示したイオンミリング装置１０を利用したイオンミリング方法の一例について説明する。イオンミリング方法の説明では、図２に示したように、ガラス基板、ＡｌＴｉＣ基板又はアルミ基板といったベース基板４４上に、磁性材料からなる磁性層４６が積層された板状の積層体を被加工基板１４として説明する。ただし、被加工基板１４の例は、図２に示した形態に限定されない。図２は被加工基板の一例を示す断面図である。このような積層構造を有する被加工基板１４は、例えば、ハードディスクなどの磁気ヘッドの基体となり得る。被加工基板１４をイオンミリングする際には、図２に示したように、磁性層４６上に所定のパターンが形成されたマスク部材４８を更に積層しておく。イオンミリング装置１０で実施されるイオンミリングによる微細加工の寸法の例は１０ｎｍ〜数百μｍである。また、被加工基板１４にマスク部材４８が積層されたマスク付き被加工基板の厚さの例は、０．２ｍｍ〜１ｍｍである。
【００５３】
図３は、一実施形態に係るイオンミリング方法のフローチャートである。一実施形態に係るイオンミリング方法は、基板ホルダー３０に、被加工基板１４を載置する載置工程Ｓ１０と、被加工基板１４を、プラズマ３８からのイオンを利用してイオンミリングを行う第１のミリング工程Ｓ１２と、被加工基板１４にイオンビームＢを照射して被加工基板１４をイオンミリングする第２のイオンミリング工程Ｓ１４と、を有する。各工程について説明する。以下の説明では、説明の便宜のため、プラズマ３８中のイオンを第１のイオンＩ１と称し、イオンビームＢを構成するイオンを第２のイオンＩ２と称する場合もある。
【００５４】
（載置工程）
載置工程Ｓ１０では、基板ホルダー３０に、被加工基板１４を載置する。一実施形態において、基板ホルダー３０の主面３０ａの法線方向が、イオンビームＢのビーム軸Ｃと平行になるように、基板ホルダー３０の状態を調整しておく。換言すれば、ビーム軸Ｃと主面３０ａとが直交するように基板ホルダー３０の傾きを調整しておく。
【００５５】
（第１のイオンミリング工程）
次に、真空チャンバ１６内の被加工基板１４近傍にプラズマ３８を生成する。具体的には、排気装置２８を利用して真空チャンバ１６内のガスを排気すると共に、ガス供給部２４Ｂから不活性ガス（例えば、Ａｒ）を導入して、真空チャンバ１６内を所定の低圧に設定する。所定の圧力は、イオンミリングに適したプラズマ３８を生成できる圧力であればよい。真空チャンバ１６内の圧力の例は、５×１０―３Ｐａ〜１Ｐａ程度である。次に、プラズマ生成装置４０によって、真空チャンバ１６内の不活性ガスを電離して、プラズマ３８を生成する。
【００５６】
第１のイオンミリング工程Ｓ１２では、イオンビーム供給部１２からイオンビームＢを被加工基板１４に照射せずに、図４の白抜き矢印で模式的に示すように、プラズマ３８中の第１のイオンＩ１を、被加工基板１４の主面１４ａに垂直に入射させて、被加工基板１４をイオンミリングする。
【００５７】
図４は、第１のイオンミリング工程を模式的に示す図面である。図４に示したように、被加工基板１４近傍にプラズマ３８が生成されると、基板ホルダー３０近傍にはシース領域５０が形成される。このようにシース領域５０が形成されていることで、プラズマ３８中の第１のイオンＩ１が主面１４ａに略垂直に入射される。
【００５８】
一実施形態において、第１のイオンミリング工程Ｓ１２では、バイアス電圧調整部３６のモード切換部３６ａを第１のモードに設定して、バイアス電圧調整部３６から基板ホルダー３０に負のパルス電圧をバイアス電圧として印加してもよい。負のパルス電圧の大きさの例は、５０Ｖ〜２０００Ｖ程度である。負のパルス電圧は、プラズマ３８を生成してイオンミリングを行うときに基板ホルダー３０に印加されていればよい。従って、プラズマ３８を生成した後に、基板ホルダー３０に負のパルス電圧を印加してもよいし、プラズマ３８を生成する前から基板ホルダー３０に負のパルス電圧を印加していてもよい。
【００５９】
（第２のイオンミリング工程）
第１のイオンミリング工程Ｓ１２を実施して、図５に示したように、被加工基板１４にミリングされた領域（以下、加工領域と称す）５２としての凹部が形成された後、第２のイオンミリング工程Ｓ１４を実施する。図５は、第１のイオンミリング工程を一定時間実施した後の被加工基板１４の状態を模式的に示す図面である。第２のイオンミリング工程Ｓ１４では、イオンビーム供給部１２からのイオンビームＢをプラズマ３８に通過させながら、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２を加工面５２ａに斜めに入射させることによって、被加工基板１４をイオンミリングする。以下、具体的に、第２のイオンミリング工程Ｓ１４を説明する。
【００６０】
第２のイオンミリング工程Ｓ１４では、イオンビーム供給部１２からイオンビームＢを真空チャンバ１６内に供給する。具体的には、加速電極２２Ａ及び減速電極２２Ｂそれぞれに加速電圧及び減速電圧を印加することによって、イオンビーム供給部１２が有するソースプラズマ生成部２０で生成したソースプラズマ１８内のイオンをソースプラズマ１８から引き出して、イオンビームＢを真空チャンバ１６内に供給する。イオンビームＢのエネルギーの例は、２００ｅＶ〜１ｋｅＶである。この程度のエネルギーであれば、被加工基板１４に対してイオン注入が生じにくい。イオンビームＢのエネルギーは、加速電圧の大きさにより調整され得る。ソースプラズマ１８は、第２のイオンミリング工程Ｓ１４で生成されてもよいし、例えば、プラズマ３８を生成する際に同時に行っていてもよい。
【００６１】
このように、イオンビームＢを被加工基板１４に照射する際、図６に示すように、第１のイオンミリング工程Ｓ１２に引き続いて、プラズマ３８を生成しておくと共に、基板ホルダー３０をビーム軸Ｃに対して傾斜させておく。図６は、第２のイオンミリング工程を模式的に示す図面である。基板ホルダー３０の傾斜は、基板ホルダー３０の傾斜機構を利用して行えばよい。例えば、図１に示したように、基板ホルダー３０の傾斜機構としてアーム３２を利用している場合には、アーム３２をその軸線周りに回転させることによって、基板ホルダー３０をビーム軸Ｃに対して傾斜させればよい。
【００６２】
プラズマ３８が生成される位置はイオンビーム供給部１２と被加工基板１４との間であり、基板ホルダー３０は、ビーム軸Ｃ上に位置する。そのため、第１のイオンミリング工程Ｓ１２で使用したプラズマ３８を維持しておけば、プラズマ３８を通過したイオンビームＢが被加工基板１４に照射される。基板ホルダー３０がビーム軸Ｃに対して傾斜しているので、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２は、加工面５２ａに斜めに入射される。その結果、加工面５２ａが第２のイオンＩ２でミリングされる。被加工基板１４の加工面５２ａとは、ミリングにより形成された領域である加工領域５２としての凹部の内面である。
【００６３】
第２のイオンミリング工程Ｓ１４において、イオンビームＢを被加工基板１４に照射する際、バイアス電圧調整部３６のモード切換部３６ａを第２のモード、すなわち、接地モードに切り換えて、基板ホルダー３０を接地していてもよい。
【００６４】
図３に示したフローチャートでは、説明の便宜のために、第１のイオンミリング工程Ｓ１２と、第２のイオンミリング工程Ｓ１４とを分けて記載している。しかしながら、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４は、被加工基板１４を、イオンを利用してミリングするイオンミリング工程である。従って、イオンミリング方法は、載置工程Ｓ１０の後に、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４を含むイオンミリング工程を実施していると見なし得る。このイオンミリング工程では、被加工基板１４上にプラズマ３８を生成させてプラズマ３８中の第１のイオンＩ１を被加工基板１４の主面１４ａに略垂直に入射させながら被加工基板１４をミリングすると共に、イオンビーム供給部１２からイオンビームＢをプラズマ３８に通過させながら、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２を被加工基板１４に斜めに入射させて被加工基板１４をミリングしている。
【００６５】
次に、イオンミリング装置１０及びそれを利用したイオンミリング方法の作用効果について説明する。
【００６６】
第１のイオンミリング工程Ｓ１２では、被加工基板１４近傍に生成されたプラズマ３８からの第１のイオンＩ１を被加工基板１４の主面１４ａに略垂直に入射させてイオンミリングしているので、所望の領域をミリングしやすく、且つ、ミリングされた領域である加工領域５２のなまりを抑制できる。
【００６７】
主面１４ａに略垂直にイオンを入射させてイオンミリングを実施すると、図５に示したように、被加工基板１４の材料によっては、加工領域５２の内面、すなわち、加工面５２ａに凹凸が生じる傾向がある。これは、例えば、被加工基板１４に含まれる結晶粒界の影響による。このような結晶粒界の影響は、例示したような磁性層４６をイオンミリングする際により現れやすい。
【００６８】
図３に示したイオンミリング方法では、第２のイオンミリング工程Ｓ１４で、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２を加工面５２ａに斜めに入射させている。そのため、加工面５２ａの凹凸が第２のイオンＩ２によって削られ、加工面５２ａの面粗度が改善される。その結果、良好な面粗度の加工面５２ａを有する加工領域５２を、被加工基板１４に形成し得る。
【００６９】
第２のイオンミリング工程Ｓ１４において、イオンビームＢを被加工基板１４の加工面５２ａに斜めに入射させる場合、イオンビームＢを、プラズマ３８に通した後に被加工基板１４に照射していることが重要である。この点について説明する。
【００７０】
被加工基板１４に照射されるイオンビームＢによる被加工基板１４のチャージアップ及びイオンの注入によるダメージを抑制する観点からは、イオンビームＢのエネルギーは低く設定される。イオンビームＢのエネルギーの例は、上述したように、２００ｅＶ〜１ｋｅＶである。更に、加工速度（スループット）を上げる観点からは高い電流密度が要求される傾向にある。例えば、イオンビームＢの電流密度の例は、０．２ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２である。更に、ミリングに使用するイオンとして質量の大きいＡｒが用いられる傾向にある。一方、イオンビームＢは、その軌道において形成する空間電荷の影響で発散が生じる場合がある。このような発散は、イオンビームエネルギーが低いほど、イオンビーム電流密度が高いほど、或いは、イオンの質量が大きいほど顕著になる傾向がある。すなわち、例示したイオンビームＢの照射条件は、上記発散が生じやすい条件である。イオンビームＢが発散した状態で、イオンビームＢが被加工基板１４に照射されると、加工精度が悪化する。
【００７１】
これに対して、イオンビームＢがプラズマ３８を通過することで、イオンビームＢが作る空間電荷が緩和される。この空間電荷の緩和によって、イオンビームＢの発散が抑制される。その結果、イオンビームＢによる被加工基板１４の加工精度を向上できる。更に、イオンビームＢの発散がプラズマ３８で抑制されるので、基板ホルダー３０の傾斜角度でイオンビームＢの入射方向を調整しやすい。このようにイオンビームＢの発散を、プラズマ３８を利用して低減していることから、低エネルギー且つ大電流密度のイオンビームＢを使用しても、発散を抑制可能である。そのため、イオンビームＢとして、イオンミリングに適した低エネルギー且つ大電流密度のイオンビームを使用しやすい。
【００７２】
以上説明したように、イオンミリング装置１０を使用して実施されるイオンミリング方法では、被加工基板１４近傍のプラズマ３８からの第１のイオンＩ１で被加工基板１４をミリングして、なまりを抑制しながら加工領域５２を形成している。更に、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２を被加工基板１４に斜めに入射させることによって、第１のイオンＩ１のミリングで生じる加工面５２ａの凹凸の低減を図っている。その際、イオンビームＢの空間電荷により発散を、プラズマ３８を利用して低減しているので、より高い加工精度で加工面５２ａの凹凸の低減を図れる。従って、所望の形状の加工領域５２をより確実に得ることができる。
【００７３】
従って、イオンミリング装置１０を利用してイオンミリングが施された被加工基板１４を、例えば、ハードディスクの磁気ヘッドの製造に用いれば、或いは、半導体デバイスの製造に用いれば、より所望の性能を実現し得る製品を得ることが可能である。
【００７４】
また、イオンミリング装置１０では、第２のイオンミリング工程Ｓ１４において、第１のイオンミリング工程Ｓ１２で使用するプラズマ３８を利用する。従って、第１のイオンミリング工程Ｓ１２及び第２のイオンミリング工程Ｓ１４を１つのイオンミリング装置１０で実施し得る。よって、例えば、第１のイオンミリング工程Ｓ１２を行った後に、他の装置を利用して第２のイオンミリング工程Ｓ１４を行う場合に比べて、イオンミリングに要する時間を短縮できると共に、製造コストを削減できる。イオンミリング装置１０の装置構成も簡易な構成とし得る。
【００７５】
図３に示したイオンミリング方法のフローチャートでは、載置工程Ｓ１０、第１のイオンミリング工程Ｓ１２及び第２のイオンミリング工程Ｓ１４を順に行う例を示している。しかしながら、例えば、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４を交互に行ってもよい。
【００７６】
第１のイオンミリング工程Ｓ１２では、負のパルス電圧を印加していることによって、プラズマ３８からの第１のイオンＩ１を主面１４ａにより確実に略垂直に入射させながら、被加工基板１４を効率的にイオンミリング可能である。
【００７７】
シース領域５０のシース長ｄは、プラズマ密度と基板ホルダー３０に印加されるバイアス電圧の大きさによって決定される。通常、プラズマ密度が高いほどシース長ｄは短くなる。基板ホルダー３０に印加されるバイアス電圧の絶対値が小さいほどシース長ｄが短くなる。従って、負のバイアス電圧を基板ホルダー３０に印加することで、一定の大きさのシース領域５０を形成可能である。第１のイオンミリング工程Ｓ１２では、シース長ｄを、例えば、シース長ｄに対してマスク部材４８が積層された被加工基板１４であるマスク付き被加工基板の厚さを無視できる程度に、マスク付き被加工基板の厚さより十分大きくしておく。これにより、被加工基板１４に対してプラズマ３８が微細加工の加工寸法（１０ｎｍ〜数百μｍ）より離れるので、第１のイオンが被加工基板１４に垂直に入射しやすくなる。
【００７８】
負の直流電圧ではなくて負のパルス電圧を印加することで、シース長ｄを所望の長さに調整し得る。この点を、負の直流電圧の場合と比較して説明する。
【００７９】
仮に、負の直流電圧を基板ホルダー３０に印加し続けると、被加工基板１４近傍のチャージの影響によってシース長ｄが長くなりすぎる場合がある。シース長ｄが長くなりすぎると、シース領域５０内の中性粒子とイオンとの衝突等の影響が大きくなる。これは、負の直流電圧の大きさが３００Ｖを越えた際に現れやすい。
【００８０】
これに対して、負のパルス電圧を採用した場合、チャージの緩和が適宜行われるので、シース長ｄを所望の長さに調整し得る。負のパルス電圧の大きさ及びパルス間隔は、第１のイオンがより確実に略垂直に入射するようなシース長ｄになるように設定しておけばよい。負のパルス電圧の大きさは、例示したように、５０Ｖ〜２０００Ｖ程度の範囲から選択され得る。このような大きさにすることで、第１のイオンによる被加工基板１４へのダメージを低減できる。
【００８１】
３００Ｖ程度までであれば、負の直流電圧を印加したとしても、シース領域５０内の中性粒子とイオンとの衝突等の影響が支配的になる程、シース長ｄが大きくなり難い。そのため、３００Ｖ程度までであれば、パルス電圧に変えて負の直流電圧を印加してもよい。
【００８２】
イオンミリングにより被加工基板１４に生じる加工領域５２の内面全体において、面粗度を適切なレベルにするために、例えば、第２のイオンミリング工程Ｓ１４の処理プロセス中に基板ホルダー３０の傾斜角を変化させてもよい。これにより、加工領域５２の内面を構成する複数の加工面５２ａの凹凸を低減できる。
【００８３】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００８４】
イオンビームＢを照射する際には、基板ホルダー３０を接地する場合を例示した。しかしながら、例えば、基板ホルダー３０には、第２のイオンミリング工程Ｓ１４においても、負のパルス電圧が印加されていてもよい。この場合、第２のイオンミリング工程Ｓ１４において、第１のイオンミリング工程Ｓ１２と同様に、プラズマ３８からのイオンによるミリングが生じる。そのため、イオンビームＢの被加工基板１４への照射時に基板ホルダー３０に負のパルス電圧を印加する形態では、図３に示したように、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４を分けずに、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４を同時に行ってもよい。すなわち、第１のイオンで被加工基板１４をミリングしながら、第２のイオンで加工領域５２の加工面５２ａに斜めに入射させてもよい。このように、第１及び第２のイオンミリング工程Ｓ１２，Ｓ１４を同時に行なう場合、例えば、基板ホルダー３０をビーム軸Ｃに対して傾斜する傾斜角度を、ミリング処理中に適宜変化させてもよい。ただし、負のパルス電圧を基板ホルダー３０に印加しておけば、ある程度の大きさのシース領域５０が形成されるので、基板ホルダー３０をビーム軸Ｃに対して傾斜していても、プラズマ３８からの第１のイオンＩ１は、被加工基板１４の主面１４ａに垂直に入射しやすい。
【００８５】
イオンビームＢを被加工基板１４に照射する際に、基板ホルダー３０を接地していたとしても、第２のイオンミリング工程Ｓ１４では、プラズマ３８を生成しているので、プラズマ３８からのイオンによる被加工基板１４のミリングも生じている。この際、基板ホルダー３０を接地していたとしても、被加工基板１４近傍に生成されたプラズマ３８との間にはシース領域５０が生じているので、被加工基板１４の主面１４ａには、プラズマ３８からのイオンは、垂直に入射され易い。従って、例えば、第１のイオンミリング工程Ｓ１２を備えなくてもよい。
【００８６】
真空チャンバ１６を処理室として説明したが、被加工基板１４を内側に配置してイオンミリング可能な処理室であればよい。
【００８７】
イオンビームＢを照射する際には、基板ホルダー３０をビーム軸に対して傾斜させることによって、イオンビームＢを構成する第２のイオンＩ２を加工面５２ａに斜め入射させた。しかしながら、例えば、基板ホルダー３０を傾斜させずに、基板ホルダー３０に正の電圧を印加してもよい。この場合、基板ホルダー３０に正の電圧を印加することによって、イオンビームＢが発散するので、イオンビームＢが加工面５２ａに斜めに入射される。
【００８８】
バイアス電圧調整部３６は、負のパルス電圧を基板ホルダー３０に印加する第１のモードと、基板ホルダー３０を接地する第２のモードとの２つのモードを有していなくてもよい。例えば、バイアス電圧調整部３６は、第１のモードのみを備えていてもよい。
【００８９】
基板ホルダー３０に正の電圧を印加して、第２のイオンＩ２を加工面５２ａに斜めに入射させる形態では、正の電圧を基板ホルダー３０に印加する電源が、イオンビームＢの入射方向を調整する調整部であり得る。正の電圧の基板ホルダー３０に印加する電源は、例えば、そのような機能を追加したバイアス電圧調整部３６を利用しておこなってもよいし、バイアス電圧調整部３６とは別の電源を利用してもよい。
【００９０】
基板ホルダー３０に正の電圧を印加した場合であっても、イオンミリング装置１０の構成では、イオンビームＢは、プラズマ３８を通過した後に、被加工基板１４に到達する。そのため、イオンビーム供給部１２から出射されるイオンビームＢの被加工基板１４までの経路では実質的に空間電荷によるイオンビームＢの発散が抑制されている。そのため、基板ホルダー３０に印加する正の電圧によってイオンビームＢの発散状態を制御しやすいので、加工面５２ａへのイオンビームＢを構成するイオンの加工面への入射状態を調整しやすい。
【符号の説明】
【００９１】
１０…イオンミリング装置、１２…イオンビーム供給部、１４…被加工基板、１４ａ…主面、１６…真空チャンバ（処理室）、３０…基板ホルダー、３０ａ…主面、３２…アーム（傾斜機構、調整部）、３４…保持部（傾斜機構、調整部）、３６…バイアス電圧調整部、３６ａ…モード切換部、３８…プラズマ、４０…プラズマ生成装置、５２…加工領域、５２ａ…加工面、Ｂ…イオンビーム、Ｃ…ビーム軸、Ｉ１…第１のイオン、Ｉ２…第２のイオン。
【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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