(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
【請求項２】
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく記憶手段とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
【請求項３】
前記基板のスキャン波形は実質的に三角波であり、
前記イオンビームの照射量密度および均一性の計算をする際に、前記基板のスキャン数および回転数が互いに同じである組み合わせを除外しておく請求項１または２記載のイオンビーム照射方法。
【請求項４】
（Ａ）真空に排気される真空容器と、
（Ｂ）前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
（Ｃ）前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
（Ｄ）プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
（Ｅ）前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
（Ｆ）前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器と、
（Ｇ）少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
（ａ）前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｂ）前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記計算したビーム照射量密度の均一性の全てを出力する均一性演算手段と、
（ｃ）前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｄ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項５】
（Ａ）真空に排気される真空容器と、
（Ｂ）前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
（Ｃ）前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
（Ｄ）プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
（Ｅ）前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
（Ｆ）少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
（ａ）前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段と、
（ｂ）前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｃ）前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記計算したビーム照射量密度の均一性の全てを出力する均一性演算手段と、
（ｄ）前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｅ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項６】
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を０度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に設定し、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
【請求項７】
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を０度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に設定し、
前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
【請求項８】
前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものである請求項１、２、３、６または７記載のイオンビーム照射方法。
【請求項９】
（Ａ）真空に排気される真空容器と、
（Ｂ）前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
（Ｃ）前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
（Ｄ）プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
（Ｅ）前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を０度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
（Ｆ）前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
（Ｇ）前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器と、
（Ｈ）少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
（ａ）前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
（ｂ）前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｃ）前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
（ｄ）前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｅ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項１０】
（Ａ）真空に排気される真空容器と、
（Ｂ）前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
（Ｃ）前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
（Ｄ）プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
（Ｅ）前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を０度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
（Ｆ）前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
（Ｇ）少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
（ａ）前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
（ｂ）前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段と、
（ｃ）前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｄ）前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
（ｅ）前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｆ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばイオンミリング装置、イオン注入装置等のイオンビーム照射装置において、真空容器内の基板にイオンビームを照射して処理を施すイオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置に関し、より具体的には、基板のスキャン数および回転数を的確に決定して均一性の良いイオンビーム照射等を行う方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、イオンビーム引出し口径が基板寸法よりも小さいイオン源を使用し、かつ基板の回転（自転）および往復直線駆動（スキャン）を併用して、基板の全面にイオンビームを照射することによって、ビーム密度を基板上で平均化してビーム照射量（エッチング）を均一化するイオンビーム照射方法（イオンビームミリング方法）および装置が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、複数のスリットを並設したマルチスリット電極を有しているイオン源から引き出したイオンビームを基板に照射する際に、基板を、マルチスリット電極のスリット配置ピッチ程度の振動幅で振動させることによって、マルチスリット電極に起因するビーム強度の脈動分布を基板上で平均化してビーム照射量（イオン注入量）を均一化するイオンビーム照射方法を採用しているイオン注入装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３４６６８号公報（段落００１１−００１６、図１、図３）
【特許文献２】特開平８−２８７８６３号公報（段落００１０−００１３、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、基板のスキャンおよび回転を併用することによって、基板上でのビーム照射量の均一性をある程度は向上させることができると考えられるけれども、ビーム照射量の良好な均一性を得るために、基板のスキャン数と回転数とをどのようにして決定すれば良いかについては、上記特許文献１には記載されていない。
【０００６】
これを詳述すると、特許文献１には例えば「基板６の移動範囲内の中心の狭い部分で高いイオンビーム密度をもつ分布のイオンビームミリング装置とすると、基板６の移動を等速度としてもかなり均一の照射量を得られる」と記載されているけれども（段落００２１）、基板は１次元ではなく２次元のものであるから、単に基板のスキャンおよび回転を等速度で行うだけでは、基板上のビーム照射量分布はあまり均一にはならない。ビーム照射量分布は、基板のスキャン数および回転数の組み合わせによって大きく変わるからである。
【０００７】
その一例を図１、図２を参照して説明する。図１は、基板６のスキャンおよび回転が共に等速度であり、かつ基板６のスキャン数と回転数が１対１（即ち、１スキャンの間に１回転する）の場合の基板６上の円形のビーム照射領域３ａ〜３ｉの時間変化の例を示す概略平面図である。（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→・・・→（Ｈ）→（Ｉ）へと時間が経過している。
【０００８】
この図では、基板６の回転位置を分かりやすくするために、基板６がノッチ（切り欠き）７を有するものとしている。（Ａ）を初期状態とし、（Ｂ）以降の各状態は、基板６を矢印Ｃ方向に１／８回転（４５度回転）および矢印Ｄ方向に１／８スキャンずつ変化させており、（Ｉ）で（Ａ）と同じ初期状態に戻っている。イオンビームの位置は変わらないので、ビーム照射領域３ａ〜３ｉの絶対的な位置は変わらないが、基板６のスキャンに伴って基板上での相対的な位置が変化している。
【０００９】
図２に、図１中の（Ｂ）〜（Ｉ）の状態による基板６上のビーム照射領域３ｂ〜３ｉを重ね合わせたものを拡大して示す。この図からも分かるように、基板６上のビーム照射領域３ｂ〜３ｉは大きく偏っており、この場合は基板６上のビーム照射量分布は均一にはならない。
【００１０】
一方、特許文献２に記載の技術は、イオン源から引き出されるイオンビームが脈動する電流密度分布を有しているので、基板を振動させない場合に比べて、基板を振動させることによって基板上のビーム照射量の均一性をある程度は向上させることができるけれども、基板の回転を併用するものではないので、ビーム照射量の均一性の向上には限りがある。
【００１１】
そこでこの発明は、イオン源から引き出されるイオンビームが脈動する電流密度分布を有しており、かつ基板のスキャンおよび回転を併用する装置において、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる方法および装置を提供することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るイオンビーム照射方法の一つは、
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴としている。
【００１３】
このイオンビーム照射方法によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、当該計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。
【００１４】
この発明に係るイオンビーム照射装置の一つは、少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置を備えていて、当該制御装置は、
（ａ）前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｂ）前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記計算したビーム照射量密度の均一性の全てを出力する均一性演算手段と、
（ｃ）前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｄ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している。
【００１５】
この発明に係るイオンビーム照射方法の一つは、
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをＸ方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を０度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記Ｘ方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記Ｘ方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に設定し、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴としている。
【００１６】
このイオンビーム照射方法によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対するイオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、当該計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。
【００１７】
この発明に係るイオンビーム照射装置の他の一つは、少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置を備えていて、当該制御装置は、
（ａ）前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を０度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
（ｂ）前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記Ｘ方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
（ｃ）前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
（ｄ）前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
（ｅ）前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している。
【００１８】
前記ビーム測定器を設ける代わりに、予め実験等で測定したＸ方向におけるビーム電流密度分布を記憶手段に記憶しておいて、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、前記基板の位置でのイオンビームのＸ方向における電流密度分布を求めてそれを使用するようにしても良い。
【００１９】
前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであっても良い。
【００２０】
その他の変形例を採用しても良い。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１または２に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、当該計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、基板のスキャン波形が実質的に三角波の場合、基板のスキャン数および回転数が互いに同じである組み合わせでは均一性は良くないことが計算結果で確かめられているので、この組み合わせを予め除外しておくことによって、不要な計算をしなくて済み、前記イオンビームの照射量密度および均一性の計算を簡単にすることができる。
【００２３】
請求項４または５に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の各組み合わせについて、基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して出力する均一性演算手段等を有する制御装置を備えているので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定することが容易になる。その結果、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことが容易になる。
【００２４】
請求項６または７に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対するイオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、当該計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオン源は、基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであるので、基板のスキャン幅を大きくしなくても、基板の全面にイオンビームを照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板の処理効率を向上させることができる。
【００２６】
請求項９または１０に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して出力する均一性演算手段等を有する制御装置を備えているので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定することが容易になる。その結果、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】基板のスキャンおよび回転が共に等速度であり、かつ基板のスキャン数と回転数が１対１の場合の基板上のビーム照射領域の時間変化の例を示す概略平面図であり、（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→・・・→（Ｈ）→（Ｉ）へと時間が経過している。
【図２】図１中の（Ｂ）〜（Ｉ）の状態による基板上のビーム照射領域を重ね合わせたものを拡大して示す概略平面図である。
【図３】この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図４】基板の位置におけるイオンビームの寸法の一例を示す概略平面図である。
【図５】イオン源の一例を拡大して示す概略断面図である。
【図６】図５に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の一例を示す概略平面図である。
【図７】図５に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の他の例を示す概略平面図である。
【図８】基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布の一例を示す概略図である。
【図９】基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布を単純化した例を示す概略図である。
【図１０】基板のスキャンと回転を簡略化して示す概略図である。
【図１１】三角波のスキャン波形の一例を示す概略図である。
【図１２】規格化したビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。
【図１３】この発明に係るイオンビーム照射方法の一実施形態を示す工程図である。
【図１４】図３に示すイオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】イオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の他の例を示すブロック図である。
【図１６】基板を傾けた場合の当該基板上の角柱側面の、基板スキャンおよび基板回転に伴う方向の変化とイオンビーム分布との関係の例を示す概略図であり、（Ａ）はイオンビーム分布を示し、（Ｂ）は基板スキャンの時間経過を示し、（Ｃ）は基板回転の時間経過を示す。
【図１７】この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図１８】この発明に係るイオンビーム照射方法の他の実施形態を示す工程図である。
【図１９】基板を角度θ傾けた場合の当該基板の回転とスキャンを簡略化して示す概略図であり、（Ａ）は基板面における平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２０】入射角αの場合のイオン照射によるターゲット材料のスパッタ率を、公開ソフトＳＲＩＭで計算した結果の一例を示すグラフである。
【図２１】角度θ傾けた基板上の角柱側面に対するビーム入射角β等を示す概略図である。
【図２２】（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系の基本ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）と、角度θ傾けた基板上の座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）の基本ベクトル（ｉ’，ｊ’，ｋ’）との関係を示す概略図である。
【図２３】基板上の多角柱の側面番号Ｓn および初期角ηp 等を示す概略図である。
【図２４】角度θ傾けた基板上の円柱状体の側面に対するビーム入射角β等を示す概略図である。
【図２５】規格化したビーム電流密度分布の他の例を示す概略図である。
【図２６】スキャン数が１回の場合に、基板回転数を変えて円柱状体側面のミリング均一性を計算した結果の一例を示すグラフである。
【図２７】図１７に示すイオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２８】イオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（１）イオンビーム照射装置の一実施形態
図３に、この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、各図中に、１点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を図示している。例えば、Ｙ方向およびＺ方向は水平方向であり、Ｘ方向は垂直方向である。イオンビーム２８は、この例では−Ｚ方向（即ちＺ方向と反対方向）に進行する。
【００２９】
このイオンビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板６にイオンビーム２８を照射する装置であり、図示しない真空排気装置によって真空に排気される真空容器４と、この真空容器４内に収納されていて処理しようとする基板６を保持するホルダ８と、ホルダ８およびそれに保持された基板６を当該基板６の中心部６ａ周りに回転させる回転機構１０とを備えている。基板６等の回転方向Ｃの一例を図中に示すが、これと逆方向でも良い。当該回転は、連続回転でも良いし、所定の角度ごとのステップ回転でも良い。
【００３０】
基板６は、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板、半導体基板の表面に磁性体膜等の膜が形成された基板等であるが、これに限られるものではない。
【００３１】
基板６の形状は、例えば円形（円周の一部分にオリエンテーションフラットやノッチを有するものもこれに含むものとする）であるが、これに限られるものではない。
【００３２】
イオンビーム照射装置は、この例のように、ホルダ８、それに保持された基板６等を矢印Ｅで示すように回転させることによってそれらを傾けて、基板６の垂線とイオンビーム２８の進行方向との成す角度である基板傾斜角（図１７中の基板傾斜角θ参照）を０度以上にすることのできる基板傾斜機構１２を備えていても良い。これについては後で更に説明する。
【００３３】
このイオンビーム照射装置は、更に、プラズマ２３を生成するプラズマ生成部２２および当該プラズマ２３から電界の作用でイオンビーム２８を引き出す引出し電極系２４を有していて、引き出したイオンビーム２８をホルダ８に保持された基板６に照射するイオン源２０を備えている。引出し電極系２４は、例えば図６、図７に示す例のように、イオンビーム２８が引き出される領域Ａ1 とイオンビーム２８が引き出されない領域Ｂ1 とをＸ方向に所定の周期Ｐ1 で交互に配列した構成を有しており、かつイオンビームが引き出される領域Ａ1 から、基板６の位置において、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向において基板６の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビーム２８を引き出すものである。この引出し電極系２４については後で更に説明する。
【００３４】
このイオンビーム照射装置は、更に、軸１６を介して、ホルダ８、それに保持された基板６および回転機構１０を、更にこの例では基板傾斜機構１２を、矢印Ｄで示すように、所定のスキャン波形で実質的にＸ方向に機械的に往復でスキャン（即ち、機械的往復走査）するスキャン機構１４を備えている。この出願では、例えば１スキャンは１往復走査のことを言う。スキャン機構１４は、この例では真空容器４外に設けているが、これに限られるものではない。
【００３５】
このイオンビーム照射装置は、更に、Ｘ方向におけるイオンビーム２８の電流密度分布を測定するビーム測定器を備えている。当該ビーム測定器は、例えば、多数のビーム電流検出器（例えばファラデーカップ。以下同様）をＸ方向に配列した多点式のビーム測定器でも良いし、一つのビーム電流検出器をＸ方向に移動させる移動式のビーム測定器でも良い。図３中に示すビーム測定器５２は、前者の場合の例である。
【００３６】
また、上記ビーム測定器は、基板６の位置に、基板６と干渉しないように基板６と入れ替わりに移動させる移動式のものでも良いし、基板６の上流側または下流側の位置に設けられたものでも良い。図３中のビーム測定器５２は、基板６の下流側に設けた例を示す。基板６の上流側に設ける場合は、基板６へのイオンビーム２８の照射時は、それの邪魔にならない位置に移動させれば良い。
【００３７】
イオン源２０は、ホルダ８に保持された基板６に対して、図４に示す例のように、当該基板６の位置における寸法が、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム２８を照射するものが好ましい。図４中に、基板６のスキャン方向Ｄおよびスキャン幅ＷS の例も示している。即ち、図４中に破線で示す基板６はスキャンの一方端に位置し、２点鎖線で示す基板６はスキャンの他方端に位置している場合の例を示している。このようなイオン源２０にすると、基板６のスキャン幅ＷS を大きくしなくても、基板６の全面にイオンビーム２８を照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板６のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板６の処理効率を向上させることができる。
【００３８】
イオン源２０の種類は特定のものに限定されない。例えば、イオン源２０は、（ａ）多極磁界（カスプ磁界）を用いてプラズマ２３の閉じ込め等を行う、いわゆるバケット型イオン源（多極磁界型イオン源とも呼ばれる）でも良いし、（ｂ）高周波放電によってプラズマ２３を生成する高周波イオン源でも良いし、（ｃ）陰極と反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に磁界を印加してプラズマ２３を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。引出し電極系２４を構成する電極の数も、特定のものに限定されない。
【００３９】
図３に示す例のイオン源２０のより詳細例を、図５等を参照して更に説明する。プラズマ２３を生成するプラズマ生成部２２は、例えば、前述したバケット型イオン源、高周波イオン源、バーナス型イオン源等を構成する公知のプラズマ生成部であり、図５では簡略化して図示している。
【００４０】
図５に示す例のイオン源２０は、上記引出し電極系２４を構成するものとして複数枚（この例では３枚）の電極３１〜３３を有している。この出願では、当該３枚の電極の内、最もプラズマ２３側の電極をプラズマ電極３１と呼び、その下流側（イオンビーム２８の進行方向における下流側。以下同様）の電極を引出し電極３２と呼び、その下流側の電極を接地電極３３と呼ぶ。例えば、プラズマ電極３１には、図示しない直流電源から、正の加速電圧が印加される。引出し電極３２には、図示しない直流電源から、負の引出し電圧が印加される。接地電極３３は電気的に接地される。
【００４１】
引出し電極系２４は、より具体的にはその各電極３１〜３３は、この例では、基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域２６（図６、図７参照）を有している。イオンビーム引出し領域２６は、イオンビーム２８を引き出す孔、スリット等の多数の開口（イオン引出し開口）を有している領域である。例えば、図６に示すイオンビーム引出し領域２６は、多数の孔３４を有しており、図７に示すイオンビーム引出し領域２６は、多数のスリット３７を有している。寸法の一例を挙げると、基板６の直径が３００ｍｍ、そのスキャン幅ＷS が８０ｍｍの場合、イオンビーム引出し領域２６の縦横の寸法は４００ｍｍ×４００ｍｍである。但しこれに限られるものではない。
【００４２】
上記３枚の電極３１〜３３は、この例では、冷却パイプ４０、４１の部分を除いて、ほぼ同様の構成をしているので、プラズマ電極３１で代表して、そのイオンビーム引出し領域２６部分の平面図を図６または図７に示している。
【００４３】
各電極３１〜３３は、図５、図６に示す例のように、イオンビーム２８引き出し用の多数の孔３４を有していても良いし、図７に示す例のように、イオンビーム２８引き出し用の多数のスリット３７を有していても良い。
【００４４】
引出し電極系２４を構成する電極に、例えば少なくともプラズマ電極３１に、当該電極を冷却する冷却パイプを設けておいても良い。この例では、プラズマ電極３１に複数の冷却パイプ４０をＸ方向に一定のピッチで配置している。冷却パイプ４０内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。冷却パイプ４０を設けた部分からイオンビーム２８は引き出されないので、図６、図７に示す例のように、引出し電極系２４は、複数の孔３４（図６参照）または複数のスリット３７（図７参照）を有していてイオンビーム２８が引き出される領域Ａ1 と、冷却パイプ４０が設けられていてイオンビーム２８が引き出されない領域Ｂ1 とが、Ｘ方向に所定の周期Ｐ1 で交互に配列された構造を有している。
【００４５】
プラズマ電極３１よりも下流側の電極にも、必要に応じて、当該電極を冷却する冷却パイプを設けても良い。図５に示す例では、引出し電極３２にも複数の冷却パイプ４１を設けている。各冷却パイプ４１は、この例では各冷却パイプ４０の位置に対応させて配置している。冷却パイプ４１内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。
【００４６】
上記のような２種類の領域Ａ1 、Ｂ1 を有する引出し電極系２４を備えているイオン源２０から引き出されるイオンビーム２８の、基板６の位置における電流密度分布の一例を図８に示す。この電流密度分布は、一定の周期Ｐ2 で脈動している。山部分Ａ2 は引出し電極系２４のイオンビームが引き出される領域Ａ1 に対応する部分であり、谷部分Ｂ2 は引出し電極系２４のイオンビームが引き出されない領域Ｂ1 に対応する部分である。この周期Ｐ2 と引出し電極系２４の上記周期Ｐ1 との関係は、特別な場合（例えばイオンビーム２８の発散が大きい場合）を除いて、Ｐ1 ≒Ｐ2 と考えることができる場合が多い。
【００４７】
上記図８に示す電流密度分布はほんの一例であり、引出し電極系２４の上記二つの領域Ａ1 、Ｂ1 の幅の大小関係や、各領域Ａ1 の各孔やスリットから引き出されるイオンビームの発散角の大小等によって、より脈動の小さい電流密度分布、より脈動の大きい電流密度分布、更にはその他の電流密度分布を実現することもできる。例えば後述する図１２参照。
【００４８】
プラズマ電極３１はプラズマ生成部２２からの熱入力が最も大きいので、それの冷却能力をより高めるために、上記各イオンビームが引き出される領域Ａ1 の中間部に、冷却パイプ４０と平行に、冷却パイプ４０よりも細い冷却パイプを更に配置しても良い。そのようにしても、大きくとらえた上記領域Ａ1 の基本となる周期は依然としてＰ1 であると言うことができる。また、上記の付加的な冷却パイプを配置すると、当該冷却パイプ部分からイオンビームが引き出されなくなるので、イオンビーム２８の電流密度分布の各山部分、例えば図８に示した電流密度分布の各山部分Ａ2 が二山になるけれども、ビーム電流密度分布の基本となる（即ち大きくとらえた）周期は依然としてＰ2 であると言うことができる。
【００４９】
イオン源２０の引出し電極系２４は、それを構成する電極の内の少なくとも１枚に、分割構造の電極を有していても良い。ここで言う分割構造の電極は、多数のイオン引出し開口（例えば前記孔３４またはスリット３７に相当する開口）をそれぞれ有している複数枚の電極片であって、所定の方向（例えば図６等に示すＹ方向）に伸びる接続部をそれぞれ有している電極片を、Ｘ方向に所定の周期で並べて接続して１枚の電極を構成したものである。各接続部はイオン引出し開口を有していないので、当該接続部からイオンビームは引き出されない。従って引出し電極系２４がこのような分割構造の電極を有している場合も、当該引出し電極系２４は、イオンビーム２８が引き出される領域（上記領域Ａ1 に相当）とイオンビーム２８が引き出されない領域（上記領域Ｂ1 に相当）とが所定の方向に所定の周期（上記周期Ｐ1 に相当）で交互に配列された構造を有している。
【００５０】
再び図３を参照して、このイオンビーム照射装置は、更に、前記スキャン機構１４を制御して、前記イオンビーム２８の照射領域内で基板６を、所定のスキャン波形に従ってスキャンして、基板６の全面にイオンビーム２８を照射する機能を有している制御装置５０を備えている。
【００５１】
基板６のスキャン波形は、例えば、実質的に三角波、実質的に正弦波等である。実質的に三角波とは、三角波、および三角波が幾分鈍っている鈍化三角波を含む意味である。実質的に正弦波とは、正弦波、および正弦波が幾分歪んでいる歪み正弦波を含む意味である。
【００５２】
従ってこのイオンビーム照射装置によれば、ホルダ８に保持された基板６の全面にイオンビーム２８を照射して、当該基板６に処理を施すことができる。例えば、基板６にその表面を削る等のイオンミリング加工を施すことができる。また、基板６にイオン注入を行うこともできる。イオンビーム２８の種類は、基板６に施す処理内容に応じて選定すれば良い。例えば、イオンミリングを行う場合は、イオンビーム２８として、例えばアルゴンイオンビームのような不活性ガスイオンビーム等を用いれば良い。イオン注入を行う場合は、イオンビーム２８として、所望のドーパントを含むイオンビームを用いれば良い。
【００５３】
制御装置５０は、この例では更に、前記回転機構１０および基板傾斜機構１２を制御する機能を有している。この制御装置５０には、この例では、前記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）からそれによる測定データ、即ちＸ方向におけるイオンビーム２８の電流密度分布の測定データが与えられる。制御装置５０は、この例では、当該測定データ等を記憶する記憶装置（記憶手段）を有している。この制御装置５０の構成のより具体的な例は後述する。
【００５４】
（２）イオンビーム照射方法の一実施形態
次に、上記のようなイオンビーム照射装置におけるイオンビーム照射方法の実施形態を説明する。このイオンビーム照射方法の要点は次のとおりである。なお、この実施形態では、図３に示すように、基板６はイオンビーム２８に対して傾けていない（即ち基板傾斜角θ＝０度である）。
【００５５】
（ａ）上記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）で測定した上記電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布を求める。この工程を、図１３中に示すように、電流密度分布を求める工程１０１と呼ぶことにする。
【００５６】
（ｂ）上記求めた電流密度分布および基板６のスキャン波形を用いて、かつ基板６のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の複数点におけるイオンビーム２８の照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板６上でのビーム照射量密度の均一性を計算する。この工程を、図１３に示すように、均一性計算工程１０２と呼ぶ。
【００５７】
（ｃ）上記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板６のスキャン数および回転数の組み合わせを決定する。この工程を、図１３中に示すように、組み合わせ決定工程１０３と呼ぶことにする。
【００５８】
（ｄ）前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板６にイオンビーム２８を照射する。この工程を、図１３中に示すように、イオンビーム照射工程１０４と呼ぶことにする。
【００５９】
なお、上記（ａ）〜（ｃ）の工程は、処理する基板６の１枚ごとに行っても良いし、複数枚の基板６ごとに、例えば１ロットごとに行っても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００６０】
上記（ａ）〜（ｄ）の各工程を以下に詳述する。
【００６１】
（ａ）電流密度分布を求める工程１０１
まず、上記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）で測定した上記電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布を求める。
【００６２】
例えば、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向におけるビーム電流密度分布を構成する各山部分の電流密度分布Ｉ（ｘ）を表す式、山部分の周期Ｐ2 および山部分の数を求めて、後述する数９に示すビーム電流密度分布ｆ（ｘ）に相当する分布を求める。上記各山部分の電流密度分布Ｉ（ｘ）は、後述する例ではガウス分布の式で表されるものとしているが、それに限られるものではない。
【００６３】
なお、上記ビーム測定器を基板６の位置に設ける場合は、当該ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布を、そのまま、基板６の位置でのビーム電流密度分布とすれば良い。
【００６４】
上記ビーム測定器を基板６の位置に設けない場合は、当該ビーム測定器の位置と基板６の位置との幾何学的配置関係およびイオンビーム２８の発散状況等を用いた計算を行うことによって、基板６の位置でのビーム電流密度分布を求めれば良い。
【００６５】
基板６上でのビーム電流密度分布ｆ（ｘ）の概略例を図９に示す。この図は、以下の説明を分かりやすくするため、分布波形を非常に単純化すると共に谷部分Ｂ2 の電流密度を０にしている。実際のビーム電流密度分布は、通常は、例えば図８、図１２等に示す例のように滑らかに脈動する分布を有している場合が多い。
【００６６】
（ｂ）均一性計算工程１０２
次に、上記求めたビーム電流密度分布および基板６のスキャン波形を用いて、かつ基板６のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の複数点におけるイオンビーム２８の照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板６上でのビーム照射量密度の均一性を計算する。これを以下に詳述する。なおこの出願において、基板６のスキャン数は、基板６の機械的な往復走査数と同じ意味であり、例えば１スキャンは１往復走査のことである。
【００６７】
図１０に簡略化して示すように、この例では、基板６の回転方向は矢印Ｃ方向であり、基板６のスキャン方向ＤはＸ方向であり、そのスキャンの時間周期をＴS とする。また、時間ｔ＝０のときの基板６の中心点の時間変化ｘ（ｔ）を次式とする。ここで、ｇ（ｔ）は時間についての周期関数である。
【００６８】
［数１］
ｘ（ｔ）＝ｇ（ｔ）
【００６９】
以下では、一例として、上記周期関数ｇ（ｔ）を、図１１に示すような、振幅がＰ2 ／２、周期がＴS の三角波とする。この場合、基板６のスキャン幅ＷS は、上記周期Ｐ2 と等しくなる。
【００７０】
再び図１０を参照して、基板６を回転だけさせる場合、基板６上の点Ｑ（ｘ，ｙ）の時間的移動のＸ、Ｙ座標上の位置ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、基板６上の初期位置（Ｒ，φ）を用いて表すと次式となる。ここで、Ｒは初期位置の半径、φは初期角（即ちスキャン方向であるＸ軸に対する時刻ｔ＝０での角度）、ωは基板回転の角速度である。
【００７１】
［数２］
ｘ（ｔ）＝Ｒ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）
ｙ（ｔ）＝Ｒ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【００７２】
従って、基板６をスキャンおよび回転させる場合の基板６上の点Ｑ（ｘ，ｙ）の軌道は、上記スキャンの式である数１を加味して、次式で表される。
【００７３】
［数３］
ｘ（ｔ）＝ｇ（ｔ）＋Ｒ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）
ｙ（ｔ）＝Ｒ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【００７４】
前述したように、イオン源２０から引き出されるイオンビーム２８のＹ方向における電流密度分布は、基板６の寸法以上の範囲で実質的に均一であるので、基板６上の各点のビーム照射量密度の均一性の評価に必要なのはｘ位置である。
【００７５】
基板６をスキャンおよび回転させる場合の、スキャン１回（即ち１往復走査）分のビーム照射量密度Ｗは次式で表される。
【００７６】
【数４】
0006638479.tif 000002
【００７７】
上記式に、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR （ＮS 、ＮR は１以上の整数）を加味すると次のようになる。即ち、ＮS スキャンの時間ｔ＝ＮS ・ＴS において基板６はＮR 回転しているとする。この場合、次式の関係が成立する。
【００７８】
［数５］
ω（ＮS ・ＴS ）＝２π・ＮR 
∴ω＝２π（ＮR ／ＮS ）（１／ＴS ）
【００７９】
これを上記数４に代入すると共に、積分の範囲を０〜ＮS ・ＴS にすることによって次式が得られる。これが、基板６をＮS 回スキャンおよびＮR 回回転させる場合のビーム照射量密度Ｗである。
【００８０】
【数６】
0006638479.tif 000003
【００８１】
基板６上におけるビーム照射量密度の均一性を計算するために、上記ビーム照射量密度を、上記半径Ｒおよび初期角φを所定の刻みで変化させて、基板６上の全面について計算する。この刻みの一例は次式であるが、これに限られるものではない。
【００８２】
［数７］
ΔＲ＝Ｒ／２０（即ち半径を２０等分）
Δφ＝２π／７２（即ち１周を７２等分）
【００８３】
なおかつ、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて（例えば、後述する表１、表２参照）、各組み合わせについて上記ビーム照射量密度Ｗの計算を行う。
【００８４】
なお、基板６上のビーム照射量密度Ｗの簡単な評価を行う場合は、例えば、初期角φを０（Ｘ軸上）またはπ／２（Ｙ軸上）の二つに固定して、半径Ｒだけを変化させて計算を行っても良い。
【００８５】
基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における各山部分の電流密度分布Ｉ（ｘ）は、ここでは一例として、次式で表されるガウス分布であるとする（実際は、前記ビーム測定器５２を用いる等して測定した電流密度分布Ｉ（ｘ）を使用すれば良い）。ここで、ｘは基板６上のＸ方向の位置、Ｉ0 はピーク強度、ｄはピーク強度が１／ｅとなる幅（これを１／ｅ幅と呼ぶことにする。ｅは自然対数であり、ｅ＝２．７１８）である。
【００８６】
［数８］
Ｉ（ｘ）＝Ｉ0 ・ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｄ2 ）
【００８７】
なお、以下では、計算を単純化する等のために、上記式のビーム電流密度分布をＩ0 で規格化した（即ちＩ0 で割ってピーク強度を１とした）規格化ビーム電流密度分布を用いる。図１２はそれを用いて図示している。なお、Ｉ0 で規格化することを行わないのであれば、下記数９の右辺全体を括弧に入れてその先頭にＩ0 を付ければ良い。
【００８８】
基板６上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期をＰ2 とし、距離の単位をＰ2 ／２とする。図１２に示すビーム電流密度分布は、基板６上における山部分が五つで、上記距離の単位での各中心がｘ＝−４，−２，０，２，４にそれぞれある場合の例である。
【００８９】
各山部分の１／ｅ幅（＝ｄ）は、ｄ＝１／３，２／３，４／５の３条件で計算を行った。これらは、イオン源２０の引出し電極系２４の各イオンビームが引き出される領域Ａ1 から引き出されるイオンビームの発散角が、それぞれ小、中、大の場合の例を示している。
【００９０】
上記五つの山部分を有するイオンビーム２８全体の基板６上でのビーム電流密度分布ｆ（ｘ）は次式で表すことができる。
【００９１】
［数９］
ｆ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−（ｘ＋４）2 ／ｄ2 ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ＋２）2 ／ｄ2 ｝
＋ｅｘｐ｛−ｘ2 ／ｄ2 ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ−２）2 ／ｄ2 ｝
＋ｅｘｐ｛−（ｘ−４）2 ／ｄ2 ｝
【００９２】
上記数９で表されるビーム電流密度分布ｆ（ｘ）を、上記各１／ｅ幅についてグラフ化したものを図１２にまとめて示している。
【００９３】
基板６のスキャン波形が前述した三角波で、基板６上におけるビーム電流密度分布が図１２に示した３種類の場合について、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の複数点におけるイオンビームの上記照射量密度Ｗを計算し、かつ当該照射量密度Ｗに基づいて基板６上でのビーム照射量密度の均一性Ｕを計算した結果の例を以下に説明する。
【００９４】
基板６上でのビーム照射量密度の均一性Ｕは、次式で表されるものである。ここで、Ｗmax はビーム照射量密度Ｗの最大値、Ｗmin はビーム照射量密度Ｗの最小値である。
【００９５】
［数１０］
Ｕ＝（Ｗmax −Ｗmin ）／（Ｗmax ＋Ｗmin ）
【００９６】
均一性Ｕの計算は、この例では０≦Ｒ≦４として行った。この４は、上述したように距離の単位をＰ2 ／２としたときのものであり、実際の寸法は（Ｐ2 ／２）×４＝２Ｐ2 である。
【００９７】
スキャン数ＮS と回転数ＮR の各組み合わせ時のビーム照射量密度の均一性Ｕの計算結果を表１および表２に示す。表１は１／ｅ幅＝１／３の場合（簡単に言えば、イオンビーム２８の各山部分が鋭い場合）、表２は１／ｅ幅＝４／５の場合（簡単に言えば、イオンビーム２８の各山部分がなだらかな場合）である。ここでは、スキャン数ＮS は１〜７回の範囲、回転数ＮR は１〜１０回の範囲で計算している。
【００９８】
【表１】
0006638479.tif 000004
【００９９】
【表２】
0006638479.tif 000005
【０１００】
上記表１、表２中に、均一性Ｕが±０％〜±１％で特に良好な場合を、灰色に着色して他と区別しやすくしている。
【０１０１】
上記表１、表２から、イオンビーム２８の各山部分がなだらかになる場合（即ち１／ｅ幅が大きくなる）と、均一性Ｕの良い組み合わせが多くなることが分かる。１／ｅ幅＝２／３の場合は、表１と表２の中間程度になるので、ここでは表を省略している。
【０１０２】
（ｃ）組み合わせ決定工程１０３
そして、上記のようにして計算した均一性Ｕに基づいて、所望の均一性Ｕが得られる基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを決定する。
【０１０３】
（ｄ）イオンビーム照射工程１０４
そして、前記決定したスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせで基板６にイオンビーム２８を照射する。
【０１０４】
例えば、上記灰色に着色した均一性Ｕが得られるスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせの中から所望の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせで基板６にイオンビーム２８を照射する。
【０１０５】
以上のようにこのイオンビーム照射方法によれば、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の複数点におけるイオンビームの照射量密度Ｗを計算し、かつ当該照射量密度Ｗに基づいて基板６上でのビーム照射量密度の均一性Ｕを計算し、当該計算した均一性Ｕに基づいて、所望の均一性Ｕが得られる基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせで基板６にイオンビーム２８を照射するので、基板６に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR を的確に決定して、基板６に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。
【０１０６】
次に、イオンビーム照射方法の他の実施形態を幾つか説明する。以下においては、上記実施形態との相違点を主に説明する。
【０１０７】
上記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したＸ方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を記憶手段、例えば制御装置５０内の記憶装置に記憶しておき、上記電流密度分布を求める工程１０１において、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、上記基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布ｆ（ｘ）を求めてそれを使用するようにしても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１０８】
また、イオンビーム２８のエネルギー、電流値、イオン種等の各種条件（これはレシピと呼ばれる）を変化させて基板６へのイオンビーム照射処理が行われる場合は、レシピによって上記ビーム電流密度分布が変化することもあり得るので、その場合は、各レシピについて予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定して記憶しておいて、均一性Ｕの計算時には、レシピに応じたビーム電流密度分布を使用することにしても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１０９】
上記のようにして基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布を求めた後は、上記実施形態の場合と同様である。
【０１１０】
上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１１１】
また、前述したように、イオン源２０は、基板６の位置における寸法が、当該基板６および当該基板６がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム２８を照射するもの（例えば図４参照）が好ましい。そのようにすると、基板６のスキャン幅ＷS を大きくしなくても、基板６の全面にイオンビーム２８を照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板６のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板６の処理効率を向上させることができる。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１１２】
基板６のスキャン波形が実質的に三角波の場合、上記表１、表２に示すように、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR が互いに同じである組み合わせでは均一性Ｕは良くないことが計算結果で確かめられているので、上記イオンビーム照射量密度Ｗおよび均一性Ｕの計算をする際に、このＮS ＝ＮR の組み合わせを予め除外しておいても良い。そのようにすることによって、不要な計算をしなくて済み、上記イオンビームの照射量密度Ｗおよび均一性Ｕの計算を簡単にすることができる。
【０１１３】
（３）制御装置５０のより具体例
上記制御装置５０は、上記（２）のイオンビーム照射方法を実施する機能を有していても良い。その場合の制御装置５０の構成の例を以下に説明する。なお、以下に説明する制御装置５０は、コンピュータを用いて構成しても良い。また、以下に説明する機能以外に、当該イオンビーム照射装置全体を制御する機能を有していても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１１４】
図１４に示す制御装置５０は、電流密度分布演算部６２（電流密度分布演算手段）、均一性演算部６４（均一性演算手段）、組み合わせ記憶部６６（組み合わせ記憶手段）および駆動制御部６８（駆動制御手段）を有している。これらの演算部、記憶部等は、例えばバス６０を経由して互いに信号をやり取りする。
【０１１５】
電流密度分布演算部６２は、前記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）で測定した前記電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布ｆ（ｘ）を求める。そのより具体的な内容は、図１３中の電流密度分布を求める工程１０１について先に説明した内容と実質的に同じである。
【０１１６】
均一性演算部６４は、前記求めた電流密度分布ｆ（ｘ）および基板６のスキャン波形を用いて、かつ基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の複数点におけるイオンビームの前記照射量密度Ｗを計算し、かつ当該照射量密度Ｗに基づいて基板６上でのビーム照射量密度の均一性Ｕを計算して、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の各組み合わせ時のビーム照射量密度の均一性Ｕを出力する。そのより具体的な内容は、図１３中の均一性計算工程１０２について先に説明した内容と実質的に同じである。
【０１１７】
均一性演算部６４からの出力は、例えば、ディスプレイに表示させる信号でも良いし、プリンタに印刷させる信号等でも良い。出力データの形式は、例えば、前記表１、表２に示したような表形式でも良いし、後述する図２６のようなグラフ形式でも良いし、その他の形式でも良い。制御装置５０は、上記出力を表示する表示装置を有していても良い。
【０１１８】
組み合わせ記憶部６６は、均一性演算部６４から前記ビーム照射量密度の均一性Ｕが出力された後、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する。例えば、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の複数の組み合わせの中から、所望の均一性が得られる組み合わせをオペレータが選択して、その選択した組み合わせを組み合わせ記憶部６６に入力すれば良い。当該入力は、例えば、キーボード、タッチパネル等によって行っても良い。制御装置５０は、このような入力装置を有していても良い。
【０１１９】
駆動制御部６８は、基板６へのイオンビーム２８の照射時に、組み合わせ記憶部６６に記憶している上記基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせになるように、前記スキャン機構１４および回転機構１０を制御する。
【０１２０】
なお、上記電流密度分布演算部６２、均一性演算部６４および組み合わせ記憶部６６における演算等の処理は、処理する基板６の１枚ごとに行っても良いし、複数枚の基板６ごとに、例えば１ロットごとに行っても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１２１】
上記のような制御装置５０を備えているイオンビーム照射装置によれば、基板６に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数ＮS および回転数ＮR を的確に決定することが容易になる。その結果、基板６に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことが容易になる。
【０１２２】
図１５に示す例のように、制御装置５０が電流密度分布記憶部７０（電流密度分布記憶手段）を有していても良い。即ち、上記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したＸ方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を電流密度分布記憶部７０に記憶しておいて、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、電流密度分布演算部６２において、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布ｆ（ｘ）を求めてそれを使用するようにしても良い。
【０１２３】
この場合も、前述したように、例えば各レシピについて予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定してそれを電流密度分布記憶部７０に記憶しておいて、均一性Ｕの計算時には、レシピに応じたビーム電流密度分布を使用することにしても良い。
【０１２４】
制御装置５０のその他の部分は、図１４に示した例と同様である。
【０１２５】
上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。
【０１２６】
なお、上記組み合わせ記憶部６６および電流密度分布記憶部７０の両方を、一つの記憶装置によって構成しても良い。換言すれば、一つの記憶装置を組み合わせ記憶部６６と電流密度分布記憶部７０とに共用しても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【０１２７】
（４）イオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置の他の実施形態に至る背景技術
当該他の実施形態に至る背景技術を以下に説明する。前記基板６として、基板上に複数の円柱状素子が並べて形成された基板を用いて、イオンビーム２８の照射によって、各円柱状素子の側面にミリング等の処理を施す場合がある。
【０１２８】
例えば、次の特許文献３、４には、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）等の磁気抵抗効果素子の製造において、基板上の円柱状素子の一例であるＭＴＪ素子（磁気トンネル接合素子）の側面にイオンビームを照射して処理を施す技術が記載されている。
【０１２９】
特許文献３：特開２００５−４４８４８
特許文献４：特開２０１１−１６６１５７
【０１３０】
より具体的には、特許文献３には、斜め入射によるイオンエッチングを用いることで、エッチングによって飛散された物質のＭＴＪ素子側面への付着を抑制して、ＭＴＪ素子の不良率軽減を図る技術が記載されている（例えばその段落００９５、００９８、図７、図１６参照）。
【０１３１】
特許文献４には、斜め入射によって、ＭＴＪ素子の側壁のトリミングと残渣除去とにより、小型かつ特性の良いＭＴＪ素子を形成する技術が記載されている（例えば、その請求項１、段落０００６、００３６、図２、図４参照）。
【０１３２】
これらの応用においては、基板上の円柱状素子側面に対するビーム入射角を変化させるために、基板を傾けた状態で（即ち、前述した基板傾斜角θに相当する角度を０度以外にした状態で）イオンビーム照射が行われる。かつ、円柱状素子側面の全周に均一性良くイオンビームを照射するために、基板を回転させる。
【０１３３】
円柱状素子側面のミリング等の処理は、基板上の実質的に全面に分散配置されている円柱状素子に対して均一性良く行う必要がある。仮に円柱状素子側面の処理が均一でないならば、処理後の素子形状が当該素子の中心軸に対して非対称となり、素子性能が低下する。また、基板上の実質的に全面に配置された複数の円柱状素子に対する処理が均一でないならば、素子性能にばらつきが生じることになり、デバイス生産に重大な悪影響を与えることになる。従って、これらの応用においては、円柱状素子の側面に均一性の良い処理を施すことが重要である。
【０１３４】
このような応用において、本発明の前述した実施形態のイオンビーム照射方法またはイオンビーム照射装置をそのまま用いると、次のような課題が生じる場合がある。
【０１３５】
例えば、前記表２において、基板のスキャン数ＮS が１回、基板の回転数ＮR が２回の組み合わせの場合に均一性Ｕが±０％になって良好な均一性が得られているが、この均一性Ｕは、前述したように、基板６の表面でのビーム照射量密度の均一性である。基板上の円柱状素子側面の処理に上記組み合わせを採用しても、ミリング等の処理が不均一になることを図１６を参照して説明する。
【０１３６】
図１６（Ａ）は、前記図１２中の１／ｅ幅＝４／５の場合のイオンビーム２８の分布であり、表２の条件に対応している。図１６（Ｂ）は、傾けた基板６の矢印Ｄ方向のスキャンの時間経過を示すものであり、（ａ）から（ｅ）まで１／４スキャンごとになっており、全部で１スキャンとしている。説明を簡略化するために、円柱状素子の代わりに、基板６上の中心に角柱（より具体的には四角柱）５６が設けられている場合を模式的に示している。図を見やすくするために、角柱５６の一つの側面５６ａを太線で示し、その反対側の側面５６ｂを破線で示している。図１６（Ｃ）は、基板６のＣ方向の回転の時間経過を示すものであり、１／４スキャンごとの基板回転位置を示し、全部で２回転としている。回転に伴う基板６の方向が分るように、ノッチ７を付けている。
【０１３７】
（ａ）の０スキャン時は、角柱５６の側面５６ａはイオンビーム２８の照射を受け、その反対側の側面５６ｂはイオンビーム２８が当たらない陰になっている。この時、側面５６ａに照射されるイオンビーム分布は（Ａ）に示すように山部分であり、イオンビーム強度（即ち、ビーム電流密度。以下同様）が大きい。
【０１３８】
（ｂ）の１／４スキャン時は、角柱５６の側面５６ｂはイオンビーム２８の照射を受けるけれども、この時、側面５６ｂに照射されるイオンビーム分布は（Ａ）に示すように谷部分であり、イオンビーム強度は小さい。
【０１３９】
（ｃ）の２／４スキャン時は、（ａ）の場合と同じであり、側面５６ａが再びイオンビーム２８の照射を受け、かつそのイオンビーム強度は大きい。
【０１４０】
（ｄ）の３／４スキャン時は、角柱５６の側面５６ｂが再びイオンビーム２８の照射を受けるけれども、この時、側面５６ｂに照射されるイオンビーム分布は（Ａ）に示すように谷部分であり、イオンビーム強度は小さい。
【０１４１】
（ｅ）の４／４スキャン時は、（ａ）の状態に戻っており、側面５６ａが再びイオンビーム２８の照射を受け、かつそのイオンビーム強度は大きい。
【０１４２】
以上のように、図１６に示す例では、基板６上の角柱５６の側面５６ａは、イオンビーム２８の照射を受ける方向に来る度にイオンビーム強度が大きく、反対側の側面５６ｂは、イオンビーム２８の照射を受ける方向に来る度にイオンビーム強度が小さい。従って、基板６上の角柱５６の側面に対するイオンビーム照射強度は均一にはならず、従ってミリング等の処理も均一にはならない。以上は説明を簡略化するために角柱５６を用いて説明したが、基板６上に円柱状素子が設けられている場合も上記と同様の結果になる。
【０１４３】
従って、基板６上の円柱状素子の側面を均一に処理するためには、更なる工夫が必要である。
【０１４４】
また、基板上には円柱状素子がまだ形成されておらず、基板上（即ち、基板の表面または当該表面に形成された膜（例えば多層膜）上。以下同様）に、円柱状素子を形成するための円柱状マスク（例えば円柱状メタルまたは円柱状レジストマスク）が形成されていて、当該円柱状マスクを用いて、イオンミリング等によって円柱状マスクの下の基板上に円柱状素子を形成する場合もあり、この場合も、当該円柱状マスクの形状が、その下に形成される円柱状素子の形状に影響するため、円柱状マスクの側面を、更にはその下の形成途上にある円柱状素子の側面を、均一に処理することが重要である。
【０１４５】
上記のような（ａ）円柱状素子、（ｂ）円柱状マスク、（ｃ）円柱状マスクとその下の形成途上にある円柱状素子との組み合わせ、の三つを包含する上位概念の用語として、以下では円柱状体を用いる。
【０１４６】
そして以下に、基板上の複数の円柱状体の側面に均一性の良い処理を施すことのできるイオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置の実施形態を説明する。なお、以下においては、先の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、先の実施形態との相違点を主に説明する。
【０１４７】
（５）イオンビーム照射装置の他の実施形態
図１７は、この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の他の実施形態を示す概略断面図であり、図３に対応している。
【０１４８】
以下の実施形態では、ホルダ８に保持される基板６として、基板上に、例えば基板上の実質的に全面に、複数の円柱状体５４（図１９参照）が並べて形成されている基板６を扱う。但し図１９では、説明を分かりやすくするために、円柱状体５４を拡大して１個のみを表している。
【０１４９】
円柱状体５４は、基板６の表面に形成されていても良いし、基板６の表面に形成された膜（例えば多層膜）上に形成されていても良い。また円柱状体５４は、上述したように、（ａ）円柱状素子でも良いし、（ｂ）円柱状素子を形成するための円柱状マスク（例えば円柱状メタルまたは円柱状レジストマスク）でも良いし、（ｃ）円柱状マスクとその下の形成途上にある円柱状素子との組み合わせでも良い。円柱状素子は、単層の素子でも良いし、複数層の素子でも良い。またこの出願において、「円柱状体」は、円柱、円錐台およびそれらに近い形状をしている素子を包含する意味で用いている。
【０１５０】
図１７に示すイオンビーム照射装置も、回転機構１０、ホルダ８およびそれに保持された基板６を矢印Ｅで示すように回転させることによって、ホルダ８およびそれに保持された基板６を傾けて、基板６の垂線とイオンビーム２８の進行方向との成す角度である基板傾斜角θを０度以上にすることのできる基板傾斜機構１２等を備えている。
【０１５１】
基板傾斜機構１２は、例えば、基板傾斜角θを０°≦θ≦９０°の範囲で変化させることができるものであるが、これに限られるものではない。例えば、角度θの可変範囲が０°≦θ≦６０°程度のものでも良い。
【０１５２】
このイオンビーム照射装置のその他の構成等は、例えばイオン源２０の構成、イオンビーム２８の寸法・電流密度分布、スキャン機構１４、基板６のスキャン波形、ビーム測定器５２等の例は、先に図３以降を参照して説明したものと実質的に同じである。但し制御装置５０には違いがある。その相違点については後述する。
【０１５３】
（６）イオンビーム照射方法の他の実施形態
次に、上記のようなイオンビーム照射装置におけるイオンビーム照射方法の実施形態を説明する。このイオンビーム照射方法の要点は次のとおりである。
【０１５４】
（ａ）前記基板傾斜機構１２を用いて前記基板傾斜角θを０度を除く所定の角度に設定する。この工程を、図１８中に示すように、基板傾斜角設定工程１００と呼ぶことにする。
（ｂ）前記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）で測定した前記電流密度分布に基づいて、基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布ｆ（ｘ）を求める。この工程を、図１８中に示すように、電流密度分布を求める工程１０１と呼ぶことにする。
（ｃ）前記求めた電流密度分布ｆ（ｘ）、基板６のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角θを用いて、かつ基板６の前記スキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板６上の前記複数の円柱状体５４のそれぞれの全側面に対するイオンビーム２８による処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、複数の円柱状体５４の側面に対する処理量均一性を計算する。この工程を、図１８中に示すように、均一性計算工程１０２ａと呼ぶことにする。
（ｄ）前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを決定する。この工程を、図１８中に示すように、組み合わせ決定工程１０３と呼ぶことにする。
（ｅ）前記決定したスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせで基板６にイオンビーム２８を照射する。この工程を、図１８中に示すように、イオンビーム照射工程１０４と呼ぶことにする。
【０１５５】
上記（ａ）〜（ｅ）の工程の内、基板傾斜角設定工程１００は更なる説明を要しないであろう。電流密度分布を求める工程１０１、組み合わせ決定工程１０３およびイオンビーム照射工程１０４は、先に説明した図１３中の対応する工程とそれぞれ実質的に同じであるので、ここでは重複説明を省略する。均一性計算工程１０２ａは、先に説明した図１３中の均一性計算工程１０２とは異なるので、これを以下に詳述する。
【０１５６】
（６−１）基板６の回転およびスキャンについて
前記基板傾斜機構１２、回転機構１０およびスキャン機構１４によって、図１９に示すように、基板６を基板傾斜角θに傾けた状態で、例えば矢印Ｃ方向に回転および矢印Ｄ方向にスキャンすることができる。
【０１５７】
図１９に簡略化して示すように、基板６の回転方向は矢印Ｃ方向であり、基板６のスキャン方向ＤはＸ方向であり、そのスキャンの時間周期をＴS とする。また、時間ｔ＝０のときの基板６の中心点の時間変化ｘ（ｔ）を次式とする。これは先の数１と同じ式である。ここで、ｇ（ｔ）は時間についての周期関数である。
【０１５８】
［数１１］
ｘ（ｔ）＝ｇ（ｔ）
【０１５９】
以下でも、一例として、上記周期関数ｇ（ｔ）を、図１１に示したような、振幅がＰ2 ／２、周期がＴS の三角波とする。この場合、基板６のスキャン幅ＷS は、上記周期Ｐ2 と等しくなる。
【０１６０】
（６−２）傾けた基板６の回転およびスキャンについて
基板６を回転だけさせる場合、基板６上の点Ｑ（ｘ，ｙ）の、基板平面にとった座標系（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）における時間移動（Ｘ'(ｔ) ，Ｙ'(ｔ) ）は、基板６上の初期位置（Ｒ，φ）を用いて表すと次式となる。ここで、Ｒは初期位置の半径、φは初期角（即ちスキャン方向であるＸ軸に対する時刻ｔ＝０での角度）、ωは基板回転の角速度である。
【０１６１】
［数１２］
ｘ'(ｔ）＝Ｒ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）
ｙ'(ｔ）＝Ｒ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【０１６２】
次に、図１９（Ｂ）に示すように、基板６を基板傾斜角θに傾けた場合、傾ける前の座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、この座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する基板６上の点Ｑの時間変化（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））は次式で表される。
【０１６３】
［数１３］
ｘ（ｔ）＝Ｒ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）・ｃｏｓ（θ）
ｙ（ｔ）＝Ｒ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【０１６４】
従って、基板６をスキャンおよび回転させる場合の基板６上の点Ｑ（ｘ，ｙ）の軌道は、上記スキャンの式である数１１を加味して、次式で表される。
【０１６５】
［数１４］
ｘ（ｔ）＝ｇ（ｔ）＋Ｒ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）・ｃｏｓ（θ）
ｙ（ｔ）＝Ｒ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）
【０１６６】
前述したように、イオン源２０から引き出されるイオンビーム２８のＹ方向における電流密度分布は、基板６の寸法以上の範囲で実質的に均一であるので、基板６上の各点のビーム照射量密度の均一性の評価に必要なのはｘ位置である。
【０１６７】
（６−３）イオンビーム照射時の処理速度について
傾けた基板６上の円柱状体５４の側面にイオンビーム２８を照射して処理を施す場合、当該側面に対するビーム入射角によって処理速度が異なるので、これについて以下に説明する。以下では、処理の例としてイオンミリングを取り上げている。
【０１６８】
イオン照射によるターゲット材料のスパッタ率Ｙi は、公開ソフトＳＲＩＭ（The Stopping and Range of Ions in Matter) 等によって、計算によって求めることができる。即ち、イオンの種類（例えばＡr+ 、Ｎe+ 、Ｈe+ 、Ｋr+ 等）、イオンのエネルギー［ｅＶ］、ターゲット材料の種類（例えばＣo 、Ｆe 、Ｔa 、Ｍg 等）に応じて、所定の入射角α［度］の場合のスパッタ率Ｙi を求めることができるのでそれを行う。
【０１６９】
例えば、ターゲット材料がＣo （コバルト）、イオンがＡr+ 、そのエネルギーが５００ｅＶの場合の各入射角αにおけるスパッタ率Ｙi をＳＲＩＭで計算した結果の一例を図２０に示す。入射角αによってスパッタ率Ｙi が変化していることが分る。
【０１７０】
上記のようにして求めたスパッタ率Ｙi を用いて、イオンによるミリングレートＲm を次式に従って計算する。ここで、ρはターゲット材料の密度、ｍi はターゲット材料原子の質量、Ｉはイオンビーム電流密度、ｅは素電荷である。
【０１７１】
【数１５】
0006638479.tif 000006
【０１７２】
このように、基板６上の円柱状体５４の側面に対するミリングレートＲm の計算には、当該側面に対するイオンビームの入射角が必要であり、当該入射角の計算について次に説明する。なお、計算を簡略化するために、円柱状体５４を正多角柱（例えば正２０角柱）で近似しても良く、以下ではそのようにしている。
【０１７３】
（６−４）円柱状体側面に対するビーム入射角βについて
角度θ傾けた基板６上の角柱（より具体的には四角柱）５６の側面に対するビーム入射角βを図２１に示す。ここでは、関係が見やすいように、前記円柱状体５４の代わりに角柱５６を使用している。ビーム入射角βは、当該角柱５６の側面の面法線ｉ'p とイオンビーム２８の進行方向との成す角度である。ｐは側面番号である。円柱状体５４の場合は、ビーム入射角βは、当該円柱状体５４の側面の面法線ｉ'p とイオンビーム２８の進行方向との成す角度である。
【０１７４】
基板６が回転する時（矢印Ｃ参照）、角柱５６はＺ’軸の周りに回転するので、面法線ｉ'p は３次元的にその方向を変える。例えば、時刻ｔの時の面法線ベクトルをｉ'p （ωｔ）とすると、Δｔ時間経過後の面法線ベクトルはｉ'p｛ω（ｔ＋Δｔ）｝となり、ビーム入射角βも変化する。そこで、面法線を３次元のベクトルで表して、ビーム入射角βを計算によって求める。これを以下に説明する。
【０１７５】
図２２に示すように、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系の基本ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）と、傾けた基板６上の基本ベクトル（ｉ’，ｊ’，ｋ’）とを取る。符号８０は単位円である。基板傾斜角がθのとき、両基本ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）と（ｉ’，ｊ’，ｋ’）の関係は次式となる。
【０１７６】
［数１６］
ｉ' ＝ｉ・ｃｏｓ（θ）＋ｋ・ｓｉｎ（θ）
ｊ' ＝ｊ
【０１７７】
基板６が角速度ωで回転するとき、基板６上の基本ベクトルｉ’の時間ｔによる変化を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系の基本ベクトルで表すと次式となる。
【０１７８】
［数１７］
ｉ'(ωｔ）＝ｉ' ・ｃｏｓ（ωｔ）＋ｊ' ・ｓｉｎ（ωｔ）
＝ｉ・ｃｏｓ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ）＋ｋ・ｓｉｎ（θ）・
ｃｏｓ（ωｔ）＋ｊ・ｓｉｎ（ωｔ）
【０１７９】
円柱状体５４や角柱の別の側面の面法線ベクトルは、上記ベクトルｉ'(ωｔ）の位相をずらせば得られる。これを図２３を参照して説明すると、円柱状体５４を多角柱で近似した場合、その側面番号をｐ（ｐは１≦ｐ≦ｎの整数、ｎは３以上の整数）とすると、側面Ｓp の面法線単位ベクトルｉ'p（ωｔ）は次式で表される。ηp は、側面ｐの初期角（即ちスキャン方向であるＸ軸に対する時刻ｔ＝０での角度）である。この例では側面Ｓ1 の初期角η1 を０度にしている。
【０１８０】
［数１８］
ｉ'p（ωｔ）＝ｉ・ｃｏｓ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ＋ηp ）＋ｋ・ｓｉｎ（θ）・
ｃｏｓ（ωｔ＋ηp ）＋ｊ・ｓｉｎ（ωｔ＋ηp ）
【０１８１】
一方、イオンビーム２８は前述したようにこの実施形態では−Ｚ方向に進むので、図２２、図２４に示すように、イオンビーム２８の進行方向単位ベクトルは−ｋである（ここでは、イオンビーム２８の発散角は小さいとして無視している）。
【０１８２】
従って、イオンビーム２８のＳp 側面に対するビーム入射角βp については、上記面法線単位ベクトルｉ'p（ωｔ）とビーム進行方向単位ベクトル−ｋの内積から、途中の計算は省略するが、次式の関係が得られる。
【０１８３】
［数１９］
ｃｏｓ（βp ）＝ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ＋ηp ）
【０１８４】
従って、上記式から、イオンビーム２８のＳp 側面に対するビーム入射角βp は、次式によって求めることができる。ここで、符号は、イオンビーム２８が側面の正面に入射する場合を＋（プラス）、側面の裏面に入射する場合を−（マイナス）に取る。裏面の場合は、円柱状体５４の陰になるので、ビーム入射は起こらないことになる。
【０１８５】
［数２０］
βp ＝ａｃｏｓ｛ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（ωｔ＋ηp ）｝
【０１８６】
（６−５）ビーム入射角βによるビーム電流密度の変化について
次に、ビーム入射角βによるビーム電流密度の変化を計算する。イオンビーム２８のビーム電流密度がＩのとき、円柱状体５４の、ビーム入射角がβp の側面に対するビーム電流密度Ｉ’は、図２４を参照すれば分るように、次式で表される。
【０１８７】
［数２１］
Ｉ' ＝Ｉ／｛１／ｃｏｓ（βp ）｝
＝Ｉ・ｃｏｓ（βp ）
【０１８８】
このように、円柱状体５４の側面に対するビーム入射角βの変化は、（ａ）前述したスパッタ率Ｙi の変化と、（ｂ）上記ビーム電流密度Ｉ’の変化とをもたらすので、円柱状体５４の側面の処理量、例えばミリング厚の算出には、上記（ａ）、（ｂ）を反映させる。
【０１８９】
即ち、傾けた基板６をスキャンおよび回転させる場合のスキャン１回（即ち１往復走査）分の基板６上の円柱状体５４の側面Ｓp に対するミリング厚Ｄp は、上記数２１中の電流密度Ｉとして、先に図９等を参照して説明したビーム電流密度分布ｆ（ｘ）等を用い、これと上記数１５とを用いて、次式で表される。
【０１９０】
【数２２】
0006638479.tif 000007
【０１９１】
この式に上記数１４のｘ（ｔ）を代入すると、次式となる。これが、角度θ傾けた基板６をスキャンおよび回転させる場合のスキャン１回（即ち１往復走査）分の基板６上の円柱状体５４の側面Ｓp に対するミリング厚Ｄp である。
【０１９２】
【数２３】
0006638479.tif 000008
【０１９３】
上記式に、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR （ＮS 、ＮR は１以上の整数または半整数）を加味すると次のようになる。即ち、ＮS スキャンの時間ｔ＝ＮS ・ＴS において基板６はＮR 回転しているとする。この場合、次式の関係が成立する。これは先の数５と同じ式である。
【０１９４】
［数２４］
ω（ＮS ・ＴS ）＝２π・ＮR 
∴ω＝２π（ＮR ／ＮS ）（１／ＴS ）
【０１９５】
これを上記数２３に代入すると共に、積分の範囲を０〜ＮS ・ＴS にすることによって次式が得られる。これが、角度θ傾けた基板６をＮS 回スキャンおよびＮR 回転させる場合の基板６上の円柱状体５４の側面Ｓp に対するミリング厚Ｄp である。
【０１９６】
【数２５】
0006638479.tif 000009
【０１９７】
基板６上の複数の円柱状体５４の側面に対する処理量の均一性、例えばミリング厚の均一性を計算するために、上記数２５のミリング厚Ｄp を、上記側面番号ｐ、半径Ｒおよび初期角φを所定の刻みで変化させて、基板６上に配置されている複数の円柱状体５４の全部に対して、各円柱状体５４の全側面について計算する。
【０１９８】
この刻みの一例を次式に示すが、これに限られるものではない。また、次式は同心状に複数個の円柱状体５４を配置している例であるが、これに限られるものではなく、格子状に配置していても良い。
【０１９９】
［数２６］
ｐ＝２０（即ち円柱を正２０角柱で近似）
ΔＲ＝Ｒ／２０（即ち半径を２０等分）
Δφ＝２π／７２（即ち１周を７２等分）
【０２００】
なおかつ、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて上記ミリング厚Ｄp の計算を行う。
【０２０１】
基板６上の複数の円柱状体５４の側面に対する処理量均一性、例えばミリング均一性Ｕsmは、次式に従って計算する。ここで、Ｄpmaxは、基板６上に配置されている全円柱状体５４の側面のミリング厚の最大値、Ｄpminは当該全円柱状体５４の側面のミリング厚の最小値である。
【０２０２】
［数２７］
Ｕsm＝（Ｄpmax−Ｄpmin）／（Ｄpmax＋Ｄpmin）
【０２０３】
ミリング厚以外の処理量均一性についても、上記と同様にして計算することができる。
【０２０４】
以上が、図１８中の均一性計算工程１０２ａの詳細な例である。それ以降の工程１０３、１０４については前述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。
【０２０５】
なお、細かく見ると、上記均一性計算工程１０２ａによって求めた処理量均一性（例えばミリング均一性）は、イオンビーム照射に伴う飛散物質の円柱状体側面への再付着を考慮していないので、円柱状体側面の形状均一性とは必ずしも一致しない。
【０２０６】
（６−６）ミリング均一性Ｕsmの計算例について
次に、上記均一性計算工程１０２ａに従ってミリング均一性Ｕsmを計算したより具体例を説明する。
【０２０７】
ここでは一例として、イオンビーム２８はエネルギーが５００ｅＶのＡr+ イオン、円柱状体５４の材質はＣo （コバルト）、基板傾斜角θは４５度とした。
【０２０８】
基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における各山部分の電流密度分布Ｉ（ｘ）は、ここでは一例として、次式で表されるガウス分布とした（実際は、前記ビーム測定器５２を用いる等して測定した電流密度分布Ｉ（ｘ）を使用すれば良い）。ここで、ｘは基板６上のＸ方向の位置、Ｉ0 はピーク強度、ｄはピーク強度が１／ｅとなる幅（これを１／ｅ幅と呼ぶことにする。ｅは自然対数であり、ｅ＝２．７１８）である。
【０２０９】
［数２８］
Ｉ（ｘ）＝Ｉ0 ・ｅｘｐ（−ｘ2 ／ｄ2 ）
【０２１０】
なお、以下では、計算を単純化する等のために、上記式のビーム電流密度分布をＩ0 で規格化した（即ちＩ0 で割ってピーク強度を１とした）規格化ビーム電流密度分布を用いる。図２５はそれを用いて図示している。なお、Ｉ0 で規格化することを行わないのであれば、下記数２９の右辺全体を括弧に入れてその先頭にＩ0 を付ければ良い。
【０２１１】
基板６上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期をＰ2 とし、距離の単位をＰ2 ／２とする。図２５に示すビーム電流密度分布は、基板６上における山部分が五つで、上記距離の単位での各中心がｘ＝−４，−２，０，２，４にそれぞれある場合の例である。
【０２１２】
各山部分の１／ｅ幅（＝ｄ）は、ｄ＝１／２，２／３，４／５の３条件で計算を行った。これらは、イオン源２０の引出し電極系２４の各イオンビームが引き出される領域Ａ1 から引き出されるイオンビームの発散角が、それぞれ小、中、大の場合の例を示している。
【０２１３】
上記五つの山部分を有するイオンビーム２８全体の基板６上でのビーム電流密度分布ｆ（ｘ）は次式で表すことができる。
【０２１４】
［数２９］
ｆ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−（ｘ＋４）2 ／ｄ2 ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ＋２）2 ／ｄ2 ｝
＋ｅｘｐ｛−ｘ2 ／ｄ2 ｝＋ｅｘｐ｛−（ｘ−２）2 ／ｄ2 ｝
＋ｅｘｐ｛−（ｘ−４）2 ／ｄ2 ｝
【０２１５】
上記数２９で表されるビーム電流密度分布ｆ（ｘ）を、上記各１／ｅ幅についてグラフ化したものを図２５にまとめて示している。
【０２１６】
基板６のスキャン波形が前述した三角波で、基板６上におけるビーム電流密度分布が図２５に示した３種類の場合について、基板６のスキャン数ＮS を１回として、基板６の回転数ＮR を２回から１０回まで、中間の半整数回も含めて変えて、上記ミリング均一性Ｕsmを計算した。その結果を図２６に示す。
【０２１７】
この図から分るように、１／ｅ幅が１／２以上のとき、基板６の回転数ＮR が６回以上の整数の場合に、ミリング均一性Ｕsmは±１０％以下であり、良好な結果が得られている。
【０２１８】
このように上記イオンビーム照射方法によれば、基板６上の円柱状体５４の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数ＮS および回転数ＮR を的確に決定して、基板６上の円柱状体５４の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。
【０２１９】
なお、このイオンビーム照射方法の場合も、上記ビーム測定器（例えばビーム測定器５２）を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したＸ方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を記憶手段、例えば制御装置５０内の記憶装置に記憶しておき、上記電流密度分布を求める工程１０１において、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、上記基板６の位置でのイオンビーム２８のＸ方向における電流密度分布ｆ（ｘ）を求めてそれを使用するようにしても良い。
【０２２０】
上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。
【０２２１】
（７）制御装置５０の他のより具体例
上記制御装置５０は、上記（６）のイオンビーム照射方法を実施する機能を有していても良い。その場合の制御装置５０の構成の例を以下に説明する。以下においては、図１４、図１５に示した例と同一または相当する部分には同一符号を付し、図１４、図１５に示した例との相違点を主に説明する。
【０２２２】
図２７に示す制御装置５０は、基板傾斜角制御部７２（基板傾斜角制御手段）および均一性演算部６４ａ（均一性演算手段）を有している。これら以外の構成は図１４を参照して説明したものと同じであるので、ここでは重複説明を省略する。
【０２２３】
基板傾斜角制御部７２は、前記基板傾斜機構１２を制御して、前記基板傾斜角θを０度を除く所定の角度に制御する。例えば、上記所定の基板傾斜角θをこの基板傾斜角制御部７２に設定すれば良い。
【０２２４】
均一性演算部６４ａは、前記のようにして求めた電流密度分布、基板６のスキャン波形および前記基板傾斜角θを用いて、かつ基板６の前記スキャン数ＮS および回転数ＮR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体５４のそれぞれの全側面に対するイオンビーム２８による処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、複数の円柱状体５４の側面に対する処理量均一性を計算して、基板６のスキャン数ＮS および回転数ＮR の各組み合わせ時の処理量均一性を出力する。そのより具体的な内容は、図１８中の均一性計算工程１０２ａについて先に説明した内容と実質的に同じである。
【０２２５】
上記のような制御装置５０を備えているイオンビーム照射装置によれば、基板６上の円柱状体５４の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数ＮS および回転数ＮR を的確に決定することが容易になる。その結果、基板６上の円柱状体５４の側面に対して均一性の良い処理を施すことが容易になる。
【０２２６】
図２８に示す例のように、制御装置５０が電流密度分布記憶部７０（電流密度分布記憶手段）を有していても良い。この電流密度分布記憶部７０は、図１５中のものと同じであるので、それについての先の説明を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。
【０２２７】
制御装置５０のその他の部分は、図２７に示した例と同様である。
【０２２８】
上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。
【符号の説明】
【０２２９】
４  真空容器
６  基板
８  ホルダ
１０  回転機構
１４  スキャン機構
２０  イオン源
２２  プラズマ生成部
２４  引出し電極系
２６  イオンビーム引出し領域
２８  イオンビーム
５０  制御装置
５２  ビーム測定器
５４  円柱状体
６２  電流密度分布演算部
６４、６４ａ  均一性演算部
６６  組み合わせ記憶部
６８  駆動制御部
７０  電流密度分布記憶部
７２  基板傾斜角制御部
１００  基板傾斜角設定工程
１０１  電流密度分布を求める工程
１０２、１０２ａ  均一性計算工程
１０３  組み合わせ決定工程
１０４  イオンビーム照射工程
Ａ1   イオンビームが引き出される領域
Ｂ1   イオンビームが引き出されない領域
ＮS   基板のスキャン数
ＮR   基板の回転数
θ  基板傾斜角
【図１】
0006638479.tif 000010
【図２】
0006638479.tif 000011
【図３】
0006638479.tif 000012
【図４】
0006638479.tif 000013
【図５】
0006638479.tif 000014
【図６】
0006638479.tif 000015
【図７】
0006638479.tif 000016
【図８】
0006638479.tif 000017
【図９】
0006638479.tif 000018
【図１０】
0006638479.tif 000019
【図１１】
0006638479.tif 000020
【図１２】
0006638479.tif 000021
【図１３】
0006638479.tif 000022
【図１４】
0006638479.tif 000023
【図１５】
0006638479.tif 000024
【図１６】
0006638479.tif 000025
【図１７】
0006638479.tif 000026
【図１８】
0006638479.tif 000027
【図１９】
0006638479.tif 000028
【図２０】
0006638479.tif 000029
【図２１】
0006638479.tif 000030
【図２２】
0006638479.tif 000031
【図２３】
0006638479.tif 000032
【図２４】
0006638479.tif 000033
【図２５】
0006638479.tif 000034
【図２６】
0006638479.tif 000035
【図２７】
0006638479.tif 000036
【図２８】
0006638479.tif 000037