(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、
前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、
前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記基板の回転速度を制御するための回転制御手段とを備え、
前記回転制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、
前記基板上に形成された素子のイオンビームエッチングによって加工される面のうち均一性及び対称性が望まれる面に平行であり、且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第２の状態における前記基板の前記回転速度を前記第１の状態における前記基板の前記回転速度よりも速くすることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
【請求項２】
前記回転制御手段は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記回転速度を算出し、該正弦波関数に基づいて前記基板の前記回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項３】
前記回転制御手段は、前記基板が１回転する間に前記回転速度の正弦波が２周期進行するように前記回転速度を制御することを特徴とする請求項２に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項４】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、
前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、
前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記基板の回転停止時間を制御するための回転制御手段とを備え、
前記回転制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板の前記回転停止時間を前記第２の状態における前記基板の前記回転停止時間よりも長くすることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
【請求項５】
前記回転制御手段は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記回転停止時間を算出し、該正弦波関数に基づいて前記基板の前記回転停止時間を制御することを特徴とする請求項４に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項６】
前記回転制御手段は、前記基板が１回転する間に前記回転停止時間の正弦波が２周期進行するように前記回転停止時間を制御することを特徴とする請求項５に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項７】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、
前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、
前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記プラズマ形成手段への供給電力を制御するための電力制御手段とを備え、
前記電力制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記プラズマ形成手段への前記供給電力を前記第２の状態における前記プラズマ形成手段への前記供給電力よりも大きくすることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
【請求項８】
前記電力制御手段は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記供給電力を算出し、該正弦波関数に基づいて前記供給電力を制御することを特徴とする請求項７に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項９】
前記電力制御手段は、前記基板が１回転する間に前記供給電力の正弦波が２周期進行するように前記供給電力を制御することを特徴とする請求項８に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項１０】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、
前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、
前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記グリッドへの印加電圧を制御することで、ビーム引き出し電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電圧制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、
前記基板上に規則配列された素子のイオンビームエッチングによって加工される面のうち均一性及び対称性が望まれる面に平行であり、且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記ビーム引き出し電圧を前記第２の状態における前記ビーム引き出し電圧よりも大きくすることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
【請求項１１】
前記電圧制御手段は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記ビーム引き出し電圧を算出し、該正弦波関数に基づいて前記ビーム引き出し電圧を制御することを特徴とする請求項１０に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項１２】
前記電力制御手段は、前記基板が１回転する間に前記ビーム引き出し電圧の正弦波が２周期進行するように前記ビーム引き出し電圧を制御することを特徴とする請求項１１に記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項１３】
イオンビームエッチング方法であって、
回転可能であり、且つグリッドに対して傾斜可能な基板ホルダ上に基板を載置する基板載置工程と、
プラズマ形成空間に放電用ガスを導入し、プラズマ形成手段によってプラズマを形成するプラズマ形成工程と、
前記プラズマ形成空間に形成されたプラズマからグリッドによってイオンを引き出し、イオンビームを形成するイオンビーム形成工程と、
前記基板と前記グリッドが斜向かいに位置するように前記基板ホルダを傾斜させる傾斜工程と、
前記基板を回転させながら前記イオンビームを照射し、前記基板を処理する基板処理工程とを有し、
前記基板処理工程は、
前記基板の回転位置を検出する回転位置検出工程と、
前記回転位置検出工程により検出された前記基板の回転位置に基づき、
前記基板上に規則配列された素子のイオンビームエッチングによって加工される面のうち均一性及び対称性が望まれる面に平行であり、且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくなるように制御を行う制御工程とを有することを特徴とするイオンビームエッチング方法。
【請求項１４】
前記制御工程は、前記基板の回転速度を制御する回転制御工程を有し、
前記回転制御工程は、前記第２の状態における前記基板の前記回転速度を前記第１の状態における前記基板の前記回転速度よりも速くすることで、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくすることを特徴とする請求項１３に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項１５】
前記回転制御工程は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記回転速度を算出し、該正弦波関数に基づいて前記基板の前記回転速度を制御することを特徴とする請求項１４に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項１６】
前記回転制御工程は、前記基板が１回転する間に前記回転速度の正弦波が２周期進行するように前記回転速度を制御することを特徴とする請求項１５に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項１７】
前期制御工程は、前記基板の回転停止時間を制御する回転制御工程を有し、
前記回転制御手段は、前記第１の状態における前記基板ホルダの前記回転停止時間を前記第２の状態における前記基板ホルダの前記回転停止時間よりも長くすることで、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくすることを特徴とする請求項１３に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項１８】
前記回転制御工程は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記回転停止時間を算出し、該正弦波関数に基づいて前記基板の前記回転停止時間を制御することを特徴とする請求項１７に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項１９】
前記回転制御工程は、前記基板が１回転する間に前記回転停止時間の正弦波が２周期進行するように前記回転停止時間を制御することを特徴とする請求項１８に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２０】
前期制御工程は、前記プラズマ形成手段への供給電力を制御する電力制御工程を有し、
前記電力制御工程は、前記第１の状態における前記供給電力を第２の状態における前記供給電力よりも大きくすることで、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくすることを特徴とする請求項１３に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２１】
前記電力制御工程は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記供給電力を算出し、該正弦波関数に基づいて前記供給電力を制御することを特徴とする請求項２０に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２２】
前記電力制御工程は、前記基板が１回転する間に前記供給電力の正弦波が２周期進行するように前記供給電力を制御することを特徴とする請求項２１に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２３】
前期制御工程は、前記グリッドへの印加電圧を制御することでビーム引き出し電圧を制御する電圧制御工程を有し、
前記電圧制御工程は、前記第１の状態における前記ビーム引き出し電圧を第２の状態における前記ビーム引き出し電圧よりも大きくすることで、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくすることを特徴とする請求項１３に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２４】
前記電圧制御工程は、前記基板の回転角の正弦波関数として前記ビーム引き出し電圧を算出し、該正弦波関数に基づいて前記ビーム引き出し電圧を制御することを特徴とする請求項２３に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２５】
前記電圧制御工程は、前記基板が１回転する間に前記ビーム引き出し電圧の正弦波が２周期進行するように前記ビーム引き出し電圧を制御することを特徴とする請求項２４に記載のイオンビームエッチング方法。
【請求項２６】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記基板ホルダの回転を制御する回転制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、
前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、
前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、
前記基板上に形成された素子のイオンビームエッチングによって加工される面のうち均一性及び対称性が望まれる面に平行であり、且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第２の状態における前記基板の回転速度を前記第１の状態における前記基板の回転速度よりも速くなるように、前記回転制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、
前記生成された制御信号を前記回転制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項２７】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出した回転位置に応じて、前記基板の回転停止時間を制御する回転制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、
前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、
前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板の回転停止時間を前記第２の状態における前記基板の回転停止時間よりも長くなるように、前記回転制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、
前記生成された制御信号を前記回転制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項２８】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記プラズマ形成手段への供給電力を制御する電力制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、
前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、
前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記供給電力を前記第２の状態における前記供給電力よりも大きくなるように、前記電力制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、
前記生成された制御信号を前記電力制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項２９】
プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、
前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、
前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、
回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、
前記グリッドへの印加電圧を制御することでビーム引き出し電圧を制御する電圧制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、
前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、
前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、
前記基板上に規則配列された素子のイオンビームエッチングによって加工される面のうち均一性及び対称性が望まれる面に平行であり、且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記ビーム引き出し電圧を前記第２の状態における前記ビーム引き出し電圧よりも大きくなるように、前記電圧制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、
前記生成された制御信号を前記電圧制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項３０】
コンピュータを請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の制御装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項３１】
コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項３０に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス、電子デバイス、磁気デバイス、表示デバイス等の製造工程、特にハードディスク装置の磁気ヘッドにおける読み出し部の加工工程において、凹凸構造を形成するためのエッチング装置、エッチング方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報処理装置の外部記録装置として使用される磁気記録再生装置であるハードディスク装置は、近年大容量化、小型化が要求され続けている。この要求に伴い、磁気記録の高記録密度化が進んでいる。
【０００３】
この磁気記録の高密度化に伴い、記録情報の再生に巨大磁気抵抗（以下ＧＭＲという）効果やトンネル磁気抵抗（以下ＴＭＲという）効果を用いた磁気抵抗効果（以下ＭＲという）素子が用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ＭＲ素子を形成する場合には、ＭＲ膜を成膜してからイオンビームエッチング（以下ＩＢＥという）によって加工が行われている。通常ＩＢＥの加工では、基板を一定の速度で回転させながら行われている。
【０００５】
しかし、この加工方法では、イオンビームの発散とイオンエネルギーの減衰によって、基板上の各素子のエッチング量及び加工後のテーパ角度に分布が生じるという問題がある。この様な素子形状のばらつきは素子の微細化に伴い、動作不良、歩留まり等の原因となる可能性がある。
【０００６】
具体的に図１を用いて説明する。図１はＭＲ膜を形成した基板に対してＩＢＥを行う様子を表している。ここで実際のイオンビームには図２に示すように発散が存在する。よってプラズマ形成空間からイオンビームを引き出すグリッドと基板間の距離が長くなるにつれイオンビームが発散するため、グリッドから遠い点ではイオンビームの入射量が減少する。またイオンビームのエネルギーはグリッドと基板間の距離が長くなるにつれ減衰していく。即ち、グリッドと距離が近い部分ではイオンビームの入射量及び入射エネルギーが大きくなり、グリッドと距離が遠い部分ではイオンビームの入射量及び入射エネルギーが小さくなる。この様子を図３の拡大表示部に模式的に示す。グリッドと基板の距離が近い点Ｘは入射するイオンビーム量及びエネルギーが大きく、グリッドと基板の距離が遠い点Ｙは入射するイオンビーム量及びエネルギーが小さくなる様子を表している。この結果、点Ｘと点Ｙではエッチング量に差が生じてしまう。
【０００７】
上述した基板面内のエッチング量の分布は、基板を一定速度で回転制御しながら行うことで各点の平均のエッチング量を均一にすることが可能になる。しかし、この方法によれば、また新たな問題が生じる。
【０００８】
具体的に図３及び図４を用いて説明する。まず、図３において、グリッドと距離が近い点Ｘが遠い点Ｙよりもイオンビームの入射量及びエネルギーが多くなる。この様子を、イオンビームを表す矢印を用いて模式的に示している。次に基板が１８０度回転し、グリッドと点Ｘ及び点Ｙの位置関係が図３と反対になった状態を図４に示す。この状態では、点Ｘはグリッドからの距離が遠く、イオンビームの入射量及びエネルギーが小さくなり、点Ｙはグリッドからの距離が近く、イオンビームの入射量及びエネルギーが大きくなる。ここで図３と図４のそれぞれの状態において入射したイオンビーム量及びその入射方向を比較したものを図５に示す。破線の矢印は図３の状態において入射したイオンビーム、実線の矢印は図４の状態において入射したイオンビームを表している。図５から分かるように、基板を一定速度で回転制御することにより、基板面内の各点における平均のイオンビームの入射量を均一にできるが、イオンビームの入射方向によってイオンビームの入射量が異なるという問題が生じる。
【０００９】
このため、基板を一定速度で回転制御しながらＩＢＥを行った場合、点Ｘと点Ｙでは同じ方向を向く面でもそのエッチング量やテーパ角度が均一とはならない。このような問題は基板が大面積となるに連れより顕著となってくる。
【００１０】
本発明は上述した問題に鑑み、ＩＢＥにおいてイオンビームの斜め入射を行って凹凸構造を形成する際に、入射方向ごとに入射量が異なることによる影響を低減し、作製された素子間の特性のバラつきを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記基板の回転速度を制御するための回転制御手段とを備え、前記回転制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第２の状態における前記基板の前記回転速度を前記第２の状態における前記基板の前記回転速度よりも速くすることを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記基板の回転停止時間を制御するための回転制御手段とを備え、前記回転制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板の前記回転停止時間を前記第２の状態における前記基板の前記回転停止時間よりも長くすることを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記プラズマ形成手段への供給電力を制御するための電力制御手段とを備え、前記電力制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記プラズマ形成手段への前記供給電力を前記第２の状態における前記プラズマ形成手段への前記供給電力よりも大きくすることを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、基板を保持するための基板ホルダとを備えたイオンビームエッチング装置であって、前記基板ホルダは回転可能であり、且つ前記グリッドに対しての傾斜角度が変更可能であり、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記グリッドへの印加電圧を制御することで、ビーム引き出し電圧を制御する電圧制御手段と、前記電圧制御手段は、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記ビーム引き出し電圧を前記第２の状態における前記ビーム引き出し電圧よりも大きくすることを特徴とする。
また、本発明は、イオンビームエッチング方法であって、回転可能であり、且つグリッドに対して傾斜可能な基板ホルダ上に基板を載置する基板載置工程と、プラズマ形成空間に放電用ガスを導入し、プラズマ形成手段によってプラズマを形成するプラズマ形成工程と、前記プラズマ形成空間に形成されたプラズマからグリッドによってイオンを引き出し、イオンビームを形成するイオンビーム形成工程と、前記基板と前記グリッドが斜向かいに位置するように前記基板ホルダを傾斜させる傾斜工程と、前記基板を回転させながら前記イオンビームを照射し、前記基板を処理する基板処理工程とを有し、前記基板処理工程は、前記基板の回転位置を検出する回転位置検出工程と、前記回転位置検出工程により検出された前記基板の回転位置に基づき、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板のエッチング量を前記第２の状態における前記基板のエッチング量よりも大きくなるように制御を行う制御工程とを有することを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記基板ホルダの回転を制御する回転制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第２の状態における前記基板の回転速度を前記第１の状態における前記基板の回転速度よりも速くなるように、前記回転制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、前記生成された制御信号を前記回転制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記位置検出手段の検出した回転位置に応じて、前記基板の回転停止時間を制御する回転制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記基板の回転停止時間を前記第２の状態における前記基板の回転停止時間よりも長くなるように、前記回転制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、
前記生成された制御信号を前記回転制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする。
また、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記プラズマ形成手段への供給電力を制御する電力制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記供給電力を前記第２の状態における前記供給電力よりも大きくなるように、前記電力制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、前記生成された制御信号を前記電力制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする。
さらに、本発明は、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段と、前記プラズマ形成手段によってプラズマが形成されるプラズマ形成空間と、前記プラズマ形成空間で形成されたプラズマからイオンを引き出すグリッドと、回転可能であり、且つ前記グリッドに対して傾斜可能な基板ホルダと、
前記基板ホルダ上に基板が保持された際に、前記基板の回転位置を検出するための位置検出手段と、前記グリッドへの印加電圧を制御することでビーム引き出し電圧を制御する電圧制御手段とを備えたイオンビームエッチング装置を制御するための制御装置であって、前記位置検出手段から前記回転位置に関する情報を取得する手段と、前記基板が前記グリッドの斜向かいにある場合に、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ前記基板面に平行である第１の方向側に前記グリッドが位置する状態を第１の状態とし、前記第１の方向と垂直であり且つ前記基板面に平行である第２の方向側に前記グリッドが位置する状態を第２の状態としたとき、前記第１の状態における前記ビーム引き出し電圧を前記第２の状態における前記ビーム引き出し電圧よりも大きくなるように、前記電圧制御手段を制御するための制御信号を生成する手段と、前記生成された制御信号を前記電圧制御手段に送信する手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を用いることで、従来のＩＢＥによって処理された素子に比べ、作製された素子間の特性のバラつきを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】イオンビームエッチングを模式的に示した図である。
【図２】イオンビームの発散を模式的に示す図である。
【図３】イオンビーム入射量とイオンエネルギーの基板面内の分布を模式的に示した図である。
【図４】イオンビーム入射量とイオンエネルギーの基板面内の分布を模式的に示した図である。
【図５】イオンビーム入射方向と、イオンビームの入射量及びイオンエネルギーの関係を模式的に示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチング装置を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、グリッドと基板との位置関係および基板の位相を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチングにおける基板ホルダの回転速度の制御マップを示す説明図である。
【図１０】従来のイオンビームエッチングによって基板を加工する様子を示す図である。
【図１１】従来のイオンビームエッチングによって加工された基板を示す図である。
【図１２】従来のイオンビームエッチングによって加工された基板を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチングを用いる処理対象の一例としての磁気抵抗効果膜を示す図である。
【図１４】磁気抵抗効果素子を示す図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、基板回転の回転速度を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、基板回転の回転速度を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、プラズマ形成空間への投入電力を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、プラズマ形成空間への投入電力を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るグリッドの構成及び機能を説明するための図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。
【図２０】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、グリッドへの印加電圧を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、グリッドへの印加電圧を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）  
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００１５】
図６は本発明に係るイオンビームエッチング装置の概略図を示す。
イオンビームエッチング装置１００は処理空間１とプラズマ形成空間２で構成されている。
プラズマ形成空間２にプラズマを形成するためのプラズマ形成手段として、ベルジャー４、ガス導入部５、ベルジャー４内に誘導磁界を発生するアンテナ６、アンテナ６に高周波電力（ソース電力）を供給する放電用電源１２、放電用電源１２とアンテナ６の間に設けられた整合器７、電磁コイル８が設置されており、処理空間１との境界にはグリッド９が設置されている。放電用電源１２から供給された高周波電力がアンテナ６に供給され、ベルジャー４内部のプラズマ形成空間２にプラズマが形成されるようになっている。
処理空間１には排気ポンプ３が設置されている。また、処理空間１内には基板ホルダ１０があり、基板１１が載置されている。基板１１は基板ホルダ１０により固定される。基板１１の固定手段としてＥＳＣ電極を用いた静電吸着やクランプチャックなど種々の固定手段を用いることが可能である。
放電用ガスは、放電用ガスを溜めている不図示のボンベから、不図示の配管、不図示のバルブ、不図示の流量調整器を介して、ガス導入部５よりプラズマ形成空間２内に導入される。
プラズマ形成空間２にプラズマが形成された後、グリッド９に電圧を印加して、プラズマ形成空間２内のイオンをビームとして引き出す。引き出されたイオンビームは、ニュートラライザー１３により電気的に中和されて、基板１１に照射される。基板ホルダ１０は、イオンビームに対して傾斜角度が変更可能となっており、また基板１１をその面内方向に回転（自転）できる構造となっている。
【００１６】
基板ホルダ１０には、位置検出手段としての位置センサ１４が設けられており、基板１１の回転位置を検出することができる。本実施形態では、位置センサ１４として、ロータリーエンコーダを用いている。位置センサ１４としては、上述のロータリーエンコーダのように回転する基板１１の回転位置を検出できるものであればいずれの構成を用いても良い。
【００１７】
なお、本実施形態では、位置センサ１４等のセンサによって基板１１や基板ホルダ１０の回転位置を直接検出することによって基板ホルダ１０に保持された基板１１の回転位置を検出しているが、基板１１の回転位置を検出できればいずれの構成を用いても良い。例えば、基板ホルダ１０の回転速度や回転時間から計算により求めるなど、基板１１の回転位置を間接的に求めても良い。
【００１８】
基板１１は、基板ホルダ１０の載置面上に水平状態を保って保持されている。基板１１の材料としては、例えば、円板状のシリコンウェハを用いるが、これに限定されるものではない。
【００１９】
次に、図７を参照して、本実施形態のイオンビームエッチング装置１００に備えられ、上述の各構成要素を制御する制御装置２０について説明する。図７は本実施形態における制御装置を示すブロック図である。
【００２０】
図７に示すように、本実施形態の制御装置２０は、例えば、一般的なコンピュータと各種のドライバを備える。すなわち、制御装置２０は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ（不図示）と、このＣＰＵによって実行される様々な制御プログラムなどを格納するＲＯＭ（不図示）とを有する。また、制御装置２０は、上記ＣＰＵの処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ、およびフラッシュメモリやＳＲＡＭ等の不揮発性メモリなど（不図示）を有する。このような構成において、制御装置２０は、上記ＲＯＭに格納された所定のプログラム又は上位装置の指令に従ってイオンビームエッチングを実行する。その指令に従って放電時間、放電電力、グリッドへの印加電圧、プロセス圧力、および基板ホルダ１０の回転などの各種プロセス条件がコントロールされる。また、イオンビームエッチング装置１００内の圧力を計測する圧力計（不図示）や、基板の回転位置を検出する位置検出手段としての位置センサ１４などのセンサの出力値も取得可能であり、装置の状態に応じた制御も可能である。
【００２１】
また、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、基板１１の回転速度を制御する回転制御手段としてホルダ回転制御部２１を備える。ホルダ回転制御部２１は、目標速度算出部２１ａと、駆動信号生成部２１ｂと、を備え、基板１１の回転位置とグリッド９との位置関係に基づいて、基板の回転位置に応じて基板ホルダ１０の回転部の回転を制御して基板１１の回転速度を制御する機能を有する。制御装置２０は、位置センサ１４から、基板１１の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標速度算出部２１ａは、基板１１の回転位置を検知する位置センサ１４から出力される基板１１の現在の回転位置の値に基づいて、当該位置における目標回転速度を算出する。この目標回転速度の値は、例えば、基板１１の回転位置と、目標回転速度との対応関係を予めマップとして保持しておくことで、演算可能である。駆動信号生成部２１ｂは、目標速度算出部２１ａにより算出された目標回転速度に基づき、当該目標回転速度とするための駆動信号を生成し、回転駆動機構３０に出力する。制御装置２０は、駆動信号生成部２１ｂにて生成された上記駆動信号を回転駆動機構３０に送信するように構成されている。
【００２２】
なお、図７の例では、回転駆動機構３０は、基板ホルダ１０を駆動するモータなどのホルダ回転駆動部３１と、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づきホルダ回転駆動部３１の操作値を決定するフィードバック制御部３２と、を備え、サーボ機構により基板ホルダ１０を駆動する。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではなく、モータもＤＣモータ、ＡＣモータのいずれであってもよい。回転駆動機構３０は、制御装置２０から受信した駆動信号に基づいて、ホルダ回転駆動部３１を駆動し、基板ホルダ１０を回転させる。
【００２３】
次に、本実施形態のイオンビームエッチング装置１００の作用と、この装置を用いて実施するイオンビームエッチング方法について説明する。
【００２４】
本実施形態に係るイオンビームエッチング装置１００を用いたイオンビームエッチング方法は、まず、基板ホルダ１０上に処理対象である基板１１を設置する。基板１１は、例えば、隣接する真空搬送チャンバ（不図示）に備えられたハンドリング・ロボットにより、ゲートバルブ（不図示）を通じて処理空間１内の基板ホルダ１０上に運ばれる。
【００２５】
次に、プラズマ形成空間２の内部にガス導入部５からＡｒ等の放電用ガスを導入する。反応性イオンビームエッチングを行う場合には、プラズマ形成空間２の内部にアルコールガス、炭化水素ガス、酸化炭素ガス等を導入する。
【００２６】
その後、放電用電源１２から高周波電力を供給し、プラズマ形成空間２で放電を行う。そして、グリッド９に電圧を印加し、プラズマ形成空間２よりイオンを引き出してイオンビームを形成する。グリッド９により引き出されたイオンビームはニュートラライザー１３により中和され、電気的に中性となる。中和されたイオンビームは基板ホルダ１０上の基板１１に照射され、イオンビームエッチングが行われる。
【００２７】
イオンビームエッチング中に、基板ホルダ１０が回転して基板１１の処理が行われる。そして、基板ホルダ１０が回転中にグリッド９に対して斜向かいの状態において、位置センサ１４が基板１１の回転位置を検出する。該検出された回転位置に応じたホルダ回転制御部２１の制御により、位置センサ１４が検出した回転位置に応じて、基板１１の回転速度を制御する。なお、本発明に斜向かいとは、基板ホルダ１０とグリッド９が対向した状態で、さらに基板ホルダ１０がグリッド９に対して傾斜した状態を指す。
【００２８】
以下に、基板１１の回転速度の制御についてさらに詳しく説明する。図８は、本実施形態のグリッド９と基板１１の位置関係および基板１１の位相を説明するための図である。また、図９は、ＨＤＤ用の磁気ヘッドの読み出し部の加工を行う際の、本実施形態に係る装置を用いたイオンビームエッチング方法における基板の回転速度の制御マップを示す説明図である。
【００２９】
図８を用いて本実施形態におけるグリッド９と基板１１の位置関係を説明する。基板１１は回転可能な基板ホルダ１０の上に載置され、イオンビームエッチング中に、基板ホルダ１０がグリッド９と斜向かいとなるように傾斜させる。なお、本実施形態に係るイオンビームエッチング装置１００におけるイオンビームエッチングは基板１１とグリッド９が常に斜向かいの位置関係にある必要は無く、斜向かいの位置関係となるのがイオンビームエッチングプロセスの一部であったとしても適用可能である。
図８に示すように、基板の回転位相（回転角）θは、グリッド９に最も近い位置を９０°、最も遠い位置を２７０°と定義し、回転角θが９０°の位置から時計回りに９０°回転した点を０°、該９０°の位置から反時計回りに９０°回転した点を１８０°と定義している。便宜的に基板回転の始点を、基板１１のノッチまたはオリフラ１５が１８０°の位置にある時としているが、これに限定するものではない。
【００３０】
本実施形態に係る装置を用いたイオンビームエッチング方法の一例では、図８、図９、および下記式（１）に示すように、基板の回転位相θに対し、基板の回転速度ｙが正弦波となるように、回転速度を制御する。
【００３１】
ｙ＝Ａｓｉｎ（２（θ−α））＋Ｂ      ・・・（１）
Ａ＝ａ・Ｂ                            ・・・（２）
【００３２】
すなわち、本発明の回転制御手段としてのホルダ回転制御部２１は、上記式（１）に基づいて、基板１１の回転角θの２倍周期の正弦波関数として回転速度を算出する。ここで、Ａは回転速度の振幅であり、式（２）に示すように、基準速度Ｂに変動率ａを乗じたものである。αは位相差であり、変動率ａと位相差αを変えることによって、基板面内のイオンビーム入射角毎のエッチング量及びテーパ角度の分布を最適化することができる。なお、基板の回転位相θの範囲は０°≦θ＜３６０°である。
【００３３】
図９の例では、基準速度Ｂを３０ｒｐｍに設定し、変動率ａを０．３とし、位相差αを４５°とした時の基板回転位相θに対する基板回転速度ｙを示している。この場合、基板１１のノッチまたはオリフラ１５が０°および１８０°の位置にある時に基板回転数（回転速度）が最も遅くなり、９０°および２７０°の位置にある時に最も速くなることを意味する。
【００３４】
逆に基板１１のノッチまたはオリフラ１５が０°および１８０°の位置にある時に基板回転数が最も速くなり、９０°および２７０°の位置にある時に最も遅くなるようにするためには、位相差αを−４５°または１３５°に設定すれば良い。
【００３５】
ここで、回転速度を回転位相によって変化させることによる具体的な作用及び効果を、図１０を用いて説明する。
【００３６】
図１０において４０はフォトレジスト、４１はイオンビームエッチング対象物を表している。４０はフォトレジストである必要は無く、イオンビームエッチングによって加工する際にマスクとして機能するものを用いることができる。
ここで図１０の状態から台形のトレンチ構造をイオンビームエッチングによって形成する場合を考える。まず図９の比較例で示す条件で加工した場合の、イオンビームエッチング対象物の加工後の形状を図１１に示す。本発明に係る課題でも述べたように、グリッド９と基板１１の位置関係からエッチング量のイオンビーム入射角度依存、加工後のテーパ角度の分布が生じる。同様に課題において述べたとおり、これはグリッド９に近い点と遠い点でイオンビームの入射量やエネルギーが異なるからである。
【００３７】
ここで図１２に示すように、グリッド９と近い点において、グリッドと対向する面を４１ａ、４１ａと対向する面を４１ｂとする。遠い点では、グリッド９と対向する面を４１ｄ、４１ｄと対向する面を４１ｃとする。なお、１８０度回転させれば４１ａは４１ｄの位置となり、４１ｂは４１ｃの位置となるので、４１ａと４１ｄは等価であり、４１ｂは４１ｃと等価である。本実施形態は、この４１ａ〜４１ｄの各面とグリッド９が対向する時間を減少させることによって冒頭で述べた問題の解決を図っている。すなわち、４１ａ〜４１ｄとグリッド９が対向しているときは、基板の回転速度を早くすることで４１ａ〜４１ｄとグリッド９が対向している時間を短くし、４１ａ〜４１ｄとグリッド９が対向していないときは、基板の回転速度を遅くすることで４１ａ〜４１ｄとグリッド９が対向していない時間を長くしている。４１ａ〜４１ｄとグリッド９が対抗していない状態では、４１ａ及び４１ｂ、４１ｃ及び４１ｄに入射するイオンビーム量とエネルギーは等しくなる。また４１ａ〜４１ｄがグリッド９と対抗していないときに、４１ａ〜４１ｄに入射するイオンビームは、４１ａ〜４１ｄの面と平行に近い関係となるため、イオンビーム入射量がイオンビームの入射角に依存することによるテーパ角度への影響が小さくなる。また、４１ａ〜４１ｄがグリッド９と対向していないときに、４１ａ〜４１ｄの各面に入射したイオンビームの入射量及びエネルギーは基板を回転させることで平均化され均一となる。
なお、本発明においては、加工後の４１ａ〜４１ｄの側面において、エッチング量やテーパ角度の分布が通常よりも増すことになる。即ち本発明は、全ての方向において同等の高い均一性が求められる処理に適用するのでは無く、上述した例で示したような磁気ヘッドの読み出しセンサや磁気ヘッドの主磁極などのように、方向により求められる均一性が異なる対象物の加工に最も好適に適用される。
【００３８】
本実施形態の作用効果を図１２及び図９を用いてさらに具体的に説明する。図１２で４１ａ及び４１ｂの均一性を向上させたい場合、４１ａ及び４１ｂとグリッド９が対向する時間を短くする。すなわち、図９において４１ａとグリッド９が対向する回転位相は９０度（もしくは２７０度）、４１ｂとグリッド９が対向する回転位相は２７０度（もしくは９０度）となる。そして４１ａ及び４１ｂとグリッドが対向しない回転位相０度及び１８０度では回転速度を低下させてイオンビームエッチングを行う。なお、ここでは説明の便宜上、加工後の面である４１ａ及び４１ｂとグリッド９との関係を用いて説明したが、イオンビームエッチング開始前には上述したような面は当然ながら形成されていない。従ってイオンビームエッチングによって形成される面で、均一性が望まれる面と向かい合う時間を短くするように基板の回転速度の制御を行っていく。
【００３９】
図９及び図１２の例では、ＨＤＤ用磁気ヘッドの読み出し部の加工を例に、４１ａ及び４１ｂや４１ｃ及び４１ｄといった、一つの凸部において対向する２面を被処理面として説明した。しかし、仮に被処理面が１面だけだったとしても、本実施形態は適用可能である。すなわち、図１２から分かるように４１ａ及び４１ｄではテーパ角度が異なっている。ここで、４１ａ及び４１ｄとグリッド９が対向する時間を短くしてエッチングを行うことで、図１２に示されるようなテーパ角度の分布を低減することが可能となる。よって本実施形態の本質は、加工後に均一性が求められる被処理面とグリッド９が対向する時間を他の面がグリッド９と対向する時間よりも短くすることにある。なお、本発明において、「被処理面」とはイオンビームエッチングによって形成され、もしくは処理される面のうち、より均一性が望まれる面のことを指す。従って、上述した、ＨＤＤ用磁気ヘッドの読み出し部の例では、４１ａ及び４１ｂを「被処理面」と呼び、説明している。
【００４０】
本実施形態では、図９に示す制御マップを制御装置２０が有するＲＯＭ等のメモリに予め格納しておけば良い。このように、上記制御マップを予めメモリに格納しておくことによって、目標速度算出部２１ａは、位置センサ１４から基板１１の回転位置に関する情報を受信すると、上記メモリに格納された図９に示す制御マップを参照し、現在の基板１１の回転角θに対応する回転速度を抽出し、目標回転速度を取得し、該取得された目標回転速度を駆動信号生成部２１ｂに出力する。従って、回転角θが０度、１８０度といった４１ａや４１ｂがグリッド９と対向しないとき（以下第１の状態ともいう）には基板１１の回転速度を最も遅く制御でき、かつ回転角θが９０度、２７０度といった４１ａや４１ｂがグリッド９と対向するとき（以下第２の状態ともいう）には基板１１の回転速度を最も速く制御することができる。
【００４１】
なお、本発明において、「被処理面」とは、イオンビームエッチングが施される全ての面もしくはイオンビームエッチによって形成される全ての面を指すのではなく、イオンビームエッチングにおいて形成される面のうち、特に均一性及び対称性が望まれる面を指すものとする。
【００４２】
また、本発明において、イオンビームエッチングによって形成される被処理面に平行であり且つ基板の面内方向に平行である方向を、第１の方向とする。さらに、第１の方向と垂直であり且つ基板面内に平行である方向を、第２の方向とする。すなわち、基板ホルダ１０がグリッド９と斜向かいの位置にある場合に、第１の方向側にグリッド９が位置する状態が第１の状態となり、第２の方向側にグリッド９が位置する状態が第２の状態となる。
【００４３】
このように、本実施形態で重要なことは、４１ａと４１ｂとにおける形状のバラツキの原因となる第２の状態でのイオンビームエッチングよりも、第１の状態でのイオンビームエッチングを支配的にすることである。従って、ホルダ回転制御部２１が、第２の状態における基板１１の回転速度を、第１の状態における基板１１の回転速度よりも大きくなるように基板ホルダ１０の回転を制御しさえすれば、第１の状態でのエッチングを第２の状態でのエッチングよりも支配的にすることができ、本発明の効果を得ることができる。言い換えると、第１の方向からのイオンビームの入射成分を、第２の方向からのイオンビームの入射成分よりも多くすることで、本発明の効果を得ることができる。
【００４４】
なお、上述においては、基板１１に形成された凹凸構造としてトレンチ構造について説明したが、本発明は他の凹凸構造の形成、例えば磁気ヘッドの主磁極の形成などに対しても有効である。
【００４５】
（実施例１）  
図１３はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用磁気ヘッドに用いられるＴＭＲ素子を形成するための磁気抵抗効果膜５０を示す説明図である。ここで、ＴＭＲ素子とは、磁気効果素子（ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗効果）素子）である。
【００４６】
図１３に示すように、磁気抵抗効果膜５０の基本層構成は、磁化固定層、トンネルバリア層及び磁化自由層を有する磁気トンネルジャンクション部分（ＭＴＪ部分）を含む。例えば、磁化固定層は強磁性材料、トンネルバリア層は金属酸化物（酸化マグネシウム、アルミナなど）絶縁材料、および磁化自由層は強磁性材料からなっている。上記磁気抵抗効果膜５０は、基板１１上に形成された下部電極上に形成されている。
【００４７】
磁気抵抗効果膜５０は、イオンビームエッチングにより加工され図１４に示されるようなＴＭＲ素子５１が形成される。その後、スパッタリングなどの成膜方法によって側壁面に絶縁膜５２、下部金属膜５３、磁性膜５４、上部金属膜５５が成膜される。この時、ＴＭＲ素子の側壁のテーパ角度や形状は両側壁面で均一であることが望ましく、さらに基板面上の全面に規則配列したＴＭＲ素子間においてもそのテーパ角度や形状が均一及び対称であることが望ましい。そこで本実施形態のイオンビームエッチング装置およびイオンビームエッチング方法を用いることによって前述の形状の均一性及び対称性を向上させることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）  
上述のように、第１の実施形態では、グリッド９から基板１１に対するイオンビームの入射量を一定に保ちつつ、基板ホルダ１０の回転速度を、第１の状態と第２の状態とで異なるように制御しているが、該基板ホルダ１０の回転方式を、連続回転としても良いし、非連続パルス回転としても良い。本実施形態では、該非連続パルス回転の形態について説明する。
【００４９】
図１５（ａ）は、第１の実施形態に係る、連続で基板ホルダ１０を回転する場合について、基板ホルダ１０の回転速度を制御する場合の説明図であり、図１５（ｂ）は、本実施形態に係る、非連続で基板ホルダ１０を回転する場合について、基板回転の回転停止時間を制御する場合の説明図である。
【００５０】
基板ホルダ１０の回転を連続的に行う場合は、ホルダ回転制御部２１は、図１５（ａ）に示すように、式（１）に従って基板１１が一回転（１周期）する間に該基板１１の回転速度を２周期変調させるように、基板１１の回転速度（角速度ω）を連続的に変化させるように駆動信号を生成する。すなわち、ホルダ回転制御部２１は、基板１１が連続的に回転するように基板ホルダ１０の回転を制御する。なお、図１５（ａ）において、ｆ０は、グリッド９からのイオンビームの基準照射量であり、ω０は基準角速度である。
【００５１】
一方、基板１１（基板ホルダ１０）の回転を非連続的（クロック状）に行う場合は、ホルダ回転制御部２１は、回転停止時間ｓを図１５（ｂ）に示すように制御する。すなわち、ホルダ回転制御部２１は、例えば、基板１１が所定の複数の回転角でその回転を停止し、それ以外の回転角では一定の角速度（回転速度）で基板ホルダ１０の回転部が回転するように該基板ホルダ１０の回転を制御する。このような制御により、基板１１が非連続的に回転するように基板１１の回転速度は制御される。なお、基板ホルダ１０の回転部の回転速度は上述のように一定であって良いし、変化させても良い。ここで、縦軸に回転速度（角速度ω）を、横軸に時間ｔをとる場合の、角速度が０になっている時間を、“回転停止時間ｓ”と呼ぶことにする。すなわち、回転停止時間ｓとは、基板ホルダ１０を非連続に回転させる場合の、基板ホルダ１０の回転を停止している時間を指す。ｓ０は、基準回転停止時間である。
【００５２】
本実施形態では、第１の実施形態における、面４１ａ及び４１ｂがグリッド９と対向する時間を短くし、４１ａ及び４１ｂがグリッドと対向しない時間を長くすることが本質である。このようにすることで、４１ａ及び４１ｂのテーパ角度の基板面内の均一性を向上させることが可能となる。上述のように、本実施形態では、基板１１（基板ホルダ１０）を一回転させる間に、第１の状態と第２の状態とは２回ずつ現れる。よって、基板１１（基板ホルダ１０）を１回転（１周期）する間に、基板１１（基板ホルダ１０）の停止時間を正弦的に２周期変調させることによって、第１の状態と第２の状態の時間をそれぞれ変化させている。
【００５３】
（第３の実施形態）  
第１及び第２の実施形態では、基板ホルダ１０の回転速度を制御する形態について説明したが、本実施形態では、放電用電源１２からプラズマ形成手段への供給電力を制御することによって、基板へのイオンビームの入射量を制御し、凹凸構造における被処理面間の形状の均一性及び対称性の向上を図る。すなわち、イオンビームエッチングにおいて、イオンビームの照射量はプラズマ形成空間２において形成されるプラズマのプラズマ密度と関係するため、プラズマ形成手段への供給電力を変化させることで、プラズマ形成空間２のプラズマ密度を変化させることが可能となる。これにより基板１１の角度位相に応じてイオンビームの照射量を変化させることができる。
【００５４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、基板ホルダ１０が回転する場合において、加工後に均一性が求められる面とグリッド９が対向する状態でのエッチング量を相対的に少なくすることが大きな特徴である。
【００５５】
図１６は、本実施形態に係る制御装置２０のブロック図である。本実施形態では、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、プラズマ形成手段へのパワー（電力）を制御する電力制御手段としてのパワー制御部６０を備える。パワー制御部６０は、目標パワー算出部６０ａと、出力信号生成部６０ｂと、を備え、基板１１の回転位置とグリッド９との位置関係に基づいて、プラズマ形成手段へのパワー（電力）を制御する機能を有する。
【００５６】
制御装置２０は、位置センサ１４から、基板ホルダ１０の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標パワー算出部６０ａは、基板ホルダ１０の回転位置を検知する位置センサ１４から入力する基板ホルダ１０の現在の回転位置の値に基づいて、当該位置における目標パワー（目標電力）を算出する。この目標パワーの値は、例えば、基板ホルダ１０の回転位置と、目標パワーと、の対応関係を予めマップとして制御装置２０が備えるメモリ等に保持しておくことで、演算可能である。出力信号生成部６０ｂは、目標パワー算出部６０ａにより算出された目標パワーに基づき、当該目標パワーとするための出力信号を生成し、電源１２に出力する。制御装置２０は、出力信号生成部６０ｂにて生成された上記出力信号を電源１２に送信するように構成されている。
【００５７】
なお、図１６の例では、電源１２は、プラズマ形成手段に電力を供給するパワー出力部１２ａと、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づきパワー出力部１２ａの操作値を決定するフィードバック制御部１２ｂと、を備える。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではない。
【００５８】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、基板ホルダの回転方式は、連続回転であっても良いし、非連続パルス回転であっても良い。
【００５９】
図１７（ａ）は、本実施形態に係る、プラズマ形成手段への供給電力を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、図１７（ｂ）は、本実施形態に係る、プラズマ形成手段への供給電力を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。
【００６０】
本実施形態では、パワー制御部６０は、式（１）と同様の２倍周期正弦波関数を用いて、基板１１の回転角θに応じた放電用パワーを算出することができる。すなわち、パワー制御部６０は、基板１１（基板ホルダ１０）が１回転（１周期）する間に、プラズマ形成手段への供給電力を２周期変調させるように出力信号を生成する。この時、プラズマ形成手段への供給電力は滑らかに連続的に変化させても良いし、幅を持たせて段階的に変化させても良い。パワー制御部６０は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の状態である回転角θ＝０°、１８０°のときに供給されるパワー（電力）を最大値にすることにより、基板１１へのイオンビーム入射量が最大になり、第２の状態である回転角θ＝９０°、２７０°のときに上記パワーを最小値にすることにより、基板１１へのイオンビーム入射量が最小になるように、放電用電源１２を制御すれば良い。
【００６１】
このように本実施形態では、パワー制御部６０は、第１の状態におけるプラズマ形成手段への供給電力を、第２の状態におけるプラズマ形成手段への供給電力よりも大きくなるように、放電用電源１２を制御する。
【００６２】
（第４の実施形態）  
第３の実施形態では、プラズマ形成手段への供給電力を制御することによって被処理面の均一性を向上させる方法について述べたが、本実施形態ではビーム引き出し電圧を変化させることで、被処理面間のテーパ角度の均一性向上を図る。イオンビームエッチングでは、プラズマ形成空間２においてプラズマが形成された後にグリッドに印加された電圧によって、プラズマ形成空間２のイオンが引き出されてビームが形成される。ここでプラズマ形成空間２から引き出されたイオンビームのエネルギーはビーム引き出し電圧に依存するため、該電圧を基板の回転位相に併せて変化させることで加工後の被処理面の均一性向上を図る。
【００６３】
図１８に、図６におけるグリッド９を拡大した様子を示す。図１８を用いて本実施形態におけるビーム引き出し電圧について説明する。
【００６４】
図１８の上側はプラズマ形成空間２であり、下側が処理空間１となっている。
グリッド９は、プラズマ形成空間２側から、第１電極７０、第２電極７１、第３電極７２によって構成されている。図１８は、電極によって、プラズマ形成空間２に生成されたプラズマからイオンを引き出して、イオンビームを形成している様子を表している。
第１電極７０は第１電極用電源７３により正の電圧が印加される。
第２電極７１は第２電極用電源７４により負の電圧が印加される。第１電極７０に正の電圧が印加されるため、第１電極７０との電位差によって、イオンが加速される。
第３電極７２は、アース電極とも呼ばれ接地されている。第２電極７１と第３電極７２との電位差を制御することにより、静電レンズ効果を用いてイオンビームのイオンビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。
本実施形態においては、通常基板ホルダ及び第３電極は接地電位となっている。このため、イオンビームのエネルギーは第１電極に印加された正の電圧によって決定される。従って、本実施形態においては、第１電極に印加された電圧がビーム引き出し電圧となる。以下、この第１電極に印加された電圧を変化させることによって、ビーム引き出し電圧を変化させた場合の実施の形態を説明する。
【００６５】
本実施形態においても、いずれの実施形態と同様に、基板ホルダ１０が回転する場合において、イオンビームエッチングにより形成される面のうち、均一性が求められる面とグリッド９が対向する状態でのエッチング量を相対的に少なくすることが大きな特徴である。
【００６６】
図１９は、本実施形態に係る制御装置２０のブロック図である。本実施形態では、制御装置２０は、位置センサ１４の検出した回転位置に応じて、第１電極７０に印加する電圧（ビーム引き出し電圧）を制御する電圧制御手段としての印加電圧制御部８０を備える。印加電圧制御部８０は、目標電圧算出部８０ａと、出力信号生成部８０ｂと、を備え、基板１１の回転位相とグリッド９との位置関係に基づいて、第１電極７０への印加電圧を制御する機能を有する。
【００６７】
制御装置２０は、位置センサ１４から、基板ホルダ１０の回転位置に関する情報を受信するように構成されている。制御装置２０が上記回転位置に関する情報を受信すると、目標電圧算出部８０ａは、基板ホルダ１０の回転位相を検知する位置センサ１４から入力する基板ホルダ１０の現在の回転位相の値に基づいて、当該位置における目標電圧を算出する。この目標電圧の値は、例えば、基板ホルダ１０の回転位置と、目標電圧と、の対応関係を予めマップとして制御装置２０が備えるメモリ等に保持しておくことで、演算可能である。出力信号生成部８０ｂは、目標電圧算出部８０ａにより算出された目標パワーに基づき、当該目標電圧とするための出力信号を生成し、第１電極用電源７３に出力する。制御装置２０は、出力信号生成部８０ｂにて生成された上記出力信号を第１電極用電源７３に送信するように構成されている。
【００６８】
なお、図１９の例では、第１電極用電源７３は、第１電極７０に電圧を印加する印加電圧出力部７３ａと、目標値と位置センサ１４から出力される実値（回転位置や回転速度）との偏差に基づき印加電圧出力部７３ａの操作値を決定するフィードバック制御部７３ｂと、を備える。しかし、フィードバック制御は本発明の必須の構成ではない。
【００６９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、基板ホルダの回転方式は、連続回転であっても良いし、第２の実施形態と同様に、非連続パルス回転であっても良い。
【００７０】
図２０（ａ）は、本実施形態に係る、ビーム引き出し電圧（すなわち、第１電極７０への印加電圧）を制御する場合の、連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図であり、図２０（ｂ）は、本実施形態に係る、グリッド９への印加電圧を制御する場合の、非連続で基板（基板ホルダ）を回転する場合についての説明図である。
【００７１】
本実施形態では、印加電圧制御部８０は、式（１）と同様の２倍周期正弦波関数を用いて、基板１１の回転角θに応じた印加電圧を算出することができる。すなわち、印加電圧制御部８０は、基板１１（基板ホルダ１０）が１回転（１周期）する間に、ビーム引き出し電圧を２周期変調させるように出力信号を生成する。この時、ビーム引き出し電圧は滑らかに連続的に変化させても良いし、幅を持たせて段階的に変化させても良い。例えば、印加電圧制御部８０は、図２０（ｂ）に示すように、第１の状態である回転角θ＝０°、１８０°のときに第１電極７０へ印加される電圧を最大値にすることによりイオンビームエネルギーが最大になり、第２の状態である回転角θ＝９０°、２７０°のときに電圧を最小値にすることによりイオンビームエネルギーが最小になるように、第１電極用電源７３を制御すれば良い。
【００７２】
このように本実施形態では、電圧印加制御部８０は、第１の状態にビーム引き出し電圧を、第２の状態におけるビーム引き出し電圧よりも大きくなるように、第１電極用電源７３を制御して、ビーム引き出し電圧を制御する。
【００７３】
本実施形態においては、第１電極に印加する電圧を変化させることでビーム引き出し電圧を変化させたが、他の方法でビーム引き出し電圧を変化させても良い。例えば第３電極を第１電極より低い正の電圧を印加し、第３電極に印加する電圧を変化させることでビーム引き出し電圧を変化させても良い。また基板ホルダに印加する電圧を変化させることで、基板にイオンビームが入射する際のエネルギーを変化させても良い。  
また、本実施形態において、グリッド９は必ず３枚の電極から構成されている必要は無い。これは、上述したように本実施形態の本質は、イオンビームのエネルギーを、基板の回転位相に応じて変化させることにあるからである。
【００７４】
以上の本発明の一実施形態では、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００７５】
本発明の一実施形態は、例示したＨＤＤ用磁気ヘッドのみならず、ＨＤＤ用磁気記録媒体、磁気センサ、薄膜太陽電池、発行素子、圧電素子、半導体の配線形成など、多方面に利用可能である。
（その他の実施形態）  
本発明の一実施形態では、第１の実施形態の基板の回転速度を制御する形態と、第３の実施形態のプラズマ形成手段への供給電力を制御する形態との双方を行っても良い。この場合は、制御装置２０が、ホルダ回転制御部２１およびパワー制御部６０の双方を含むように制御装置２０を構成すれば良い。
また本発明の一実施形態では、制御装置２０は、イオンビームエッチング装置が備える基板ホルダの回転駆動機構や放電用電源を制御することができれば、該イオンビームエッチング装置に内蔵されても良いし、ＬＡＮ等によるローカルな接続、または、インターネットといったＷＡＮによる接続を介して、イオンビームエッチング装置と別個に設けても良い。
また、前述した実施形態の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も実施例の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。
かかる記憶媒体としてはたとえばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ―ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。
また前述の記憶媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウエア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１  処理空間
２  プラズマ形成空間
３  排気ポンプ
４  ベルジャー
５  ガス導入部
６  アンテナ
７  整合器
８  電磁コイル
９  グリッド
１０  基板ホルダ
１１  基板
１２  放電用電源
１３  ニュートラライザー
１４  位置センサ
１５  ノッチ、オリフラ
２０  制御装置
２１  ホルダ回転制御部
２１ａ  目標速度算出部
２１ｂ  駆動信号生成部
３０  回転駆動機構
３１  ホルダ回転駆動部
３２  フィードバック制御部
４０  フォトレジスト
５０  磁気抵抗効果膜
５１  磁気抵抗効果素子
５２  絶縁膜
５３  下部金属膜
５４  磁性膜
５５  上部金属膜
７０  第１電極
７１  第２電極
７２  第３電極
７３  第１電極用電源
７４  第２電極用電源
【図１】
0005657378.tif 000002
【図２】
0005657378.tif 000003
【図３】
0005657378.tif 000004
【図４】
0005657378.tif 000005
【図５】
0005657378.tif 000006
【図６】
0005657378.tif 000007
【図７】
0005657378.tif 000008
【図８】
0005657378.tif 000009
【図９】
0005657378.tif 000010
【図１０】
0005657378.tif 000011
【図１１】
0005657378.tif 000012
【図１２】
0005657378.tif 000013
【図１３】
0005657378.tif 000014
【図１４】
0005657378.tif 000015
【図１５】
0005657378.tif 000016
【図１６】
0005657378.tif 000017
【図１７】
0005657378.tif 000018
【図１８】
0005657378.tif 000019
【図１９】
0005657378.tif 000020
【図２０】
0005657378.tif 000021