离子束处理方法和离子束处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离子束处理装置。特别地，本发明涉及适合于针对半导体存储器等的精细图案的加工的离子束蚀刻装置。
【背景技术】
[0002]离子束蚀刻(以下还缩写为“IBE”)技术已广泛用于半导体存储器、记录装置和磁头等的加工(例如，专利文献I)。IBE技术通过向放电部输入电力来形成等离子体，然后通过向栅网施加电压以从该等离子体引出离子来形成离子束。使该离子束入射到基板上，并且该离子束主要以物理方式蚀刻基板上的材料。
[0003]现有技术文献
[0004]专利f献
[0005]专利文献1:日本特开2008-218829
【发明内容】
[0006]在上述的IBE中，由于物理蚀刻元素所涉及的比例大，因此蚀刻通过使被蚀刻材料从基板飞散来进行。由于该原因，在根据通过光刻法所形成的图案进行IBE的情况下，所飞散的被蚀刻材料在一些情况下再沉积在图案的侧壁上。为了去除这些再沉积膜，使用通过使基板相对于离子束的行进方向倾斜来进行IBE的方法。
[0007]另一方面，要求针对诸如MRAM和RRAM(注册商标)等的所谓的下一代存储器的加工对非常精细的图案进行加工，以提高记录密度。在通过IBE对这些精细图案进行加工时，沿相对于基板倾斜的方向入射的离子束难以到达图案槽的底部附近的区域。以下通过使用图1来具体说明该现象。图1示出沉积在基板11上的膜的图案化的状态。离子束I沿相对于基板11倾斜的方向入射到基板11上。如果基板11的图案化如图1所示进行，则元件110之间所形成的槽T变得如此深而使得槽T的底部附近的区域相对于离子束I被邻接元件110遮挡。由于该原因，难以充分去除再沉积膜R。另外，由于离子束I难以入射到槽T的底部，因此难以进行蚀刻。
[0008]本发明是为了解决上述问题而作出的，并且目的在于提供即使针对精细图案也能够抑制再沉积膜的沉积的处理方法和离子束处理装置。
[0009]为了解决上述问题的本发明是一种离子束处理方法，用于通过使用利用栅网从等离子体源所引出的离子束来对基板保持件上载置的基板进行处理，所述离子束处理方法包括以下步骤:在使位置相对于所述栅网倾斜的所述基板沿所述基板的面内方向转动的同时对所述基板进行离子束蚀刻的情况下，进行离子束处理，从而使从所述基板上所形成的图案槽的延伸方向侧入射的离子束的蚀刻量大于从其它方向侧入射的离子束的蚀刻量。
[0010]此外，本申请的发明是一种离子束处理装置，包括:等离子体源；栅网，其被配置为从所述等离子体源引出离子束；基板保持件，其能够使基板相对于所述栅网倾斜而载置，并且能够沿所述基板的面内方向转动；控制部，其被配置为控制所述基板保持件上的所述基板的转动；以及位置检测部，其被配置为检测所述基板的转动位置，其中，所述控制部基于所述位置检测部所获得的检测结果，使所述基板保持件的转动速度在所述栅网位于所述基板上所形成的图案槽的延伸方向侧的情况下慢于其它情况。
[0011]尽管通过使用传统的IBM利用倾斜入射已难以对精细图案的槽的底部进行加工，但使用本发明使得能够在抑制再沉积膜沉积在这些底部上的情况下，对这些精细图案进行加工。
【附图说明】
[0012]图1是示意性示出传统的IBE加工方法中的精细图案的图。
[0013]图2是示出根据本发明的一个实施方式的离子束蚀刻装置的图。
[0014]图3是用于说明根据本发明的一个实施方式的栅网的结构和功能的图。
[0015]图4是示出根据本发明的一个实施方式的控制装置的框图。
[0016]图5是示出基板上的矩形图案的排列方向的图。
[0017]图6是用于说明根据本发明的一个实施方式的栅网和基板之间的位置关系以及基板的相位的图。
[0018]图7A是根据本发明的一个实施方式的对基板转动的转动速度进行控制并且基板(基板保持件)连续转动的情况的说明图。
[0019]图7B是根据本发明的一个实施方式的对基板转动的转动速度进行控制并且基板(基板保持件)非连续转动的情况的说明图。
[0020]图8是示意性示出离子束入射到基板上的状态的图。
[0021]图9A是示意性示出蚀刻加工之前的基板上的光致抗蚀剂的图。
[0022]图9B是示意性示出MRAM所用的TMR元件的排列的图。
[0023]图10是示出根据本发明的一个实施方式的控制装置的框图。
[0024]图1lA是根据本发明的一个实施方式的对等离子体生成部的输入电力进行控制并且基板(基板保持件)连续转动的情况的说明图。
[0025]图1lB是根据本发明的一个实施方式的对等离子体生成部的输入电力进行控制并且基板(基板保持件)非连续转动的情况的说明图。
[0026]图12是示出根据本发明的一个实施方式的控制装置的框图。
[0027]图13A是根据本发明的一个实施方式的对栅网的施加电压进行控制并且基板(基板保持件)连续转动的情况的说明图。
[0028]图13B是根据本发明的一个实施方式的对栅网的施加电压进行控制并且基板(基板保持件)非连续转动的情况的说明图。
[0029]图14是用于说明可应用本发明的基板上所形成的图案的示例的图。
[0030]图15是用于说明可应用本发明的基板上所形成的图案的示例的图。
[0031]图16A是示意性示出本发明的一个实施方式中的离子束入射到基板上的状态的图。
[0032]图16B是示意性示出本发明的一个实施方式中的离子束入射到基板上的状态的图。
[0033]图17A是用于说明基板上的离子束的投影线的图。
[0034]图17B是用于说明基板上的图案槽的延伸方向的图。
[0035]图17C是用于说明基板上的图案槽的延伸方向的图。
[0036]图18是用于说明根据本发明的一个实施方式的栅网和基板之间的位置关系、基板的相位以及基板的转动速度这三者之间的关系的图。
[0037]图19是用于说明根据本发明的一个实施方式的栅网和基板之间的位置关系、基板的相位、基板的转动速度以及基板相对于栅网的倾斜角这四者之间的关系的图。
[0038]图20是用于说明可应用本发明的基板上所形成的图案的示例的图。
[0039]图21是用于说明根据本发明的一个实施方式的栅网和基板之间的位置关系、基板的相位以及基板的转动停止时间这三者之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0040]以下参考附图来说明本发明的实施方式。本发明不限于这些实施方式，而是可以在没有背离本发明的精神的情况下根据需要进行改变。在以下所述的附图中，向具有相同功能的赋予相同的附图标记，并且在一些情况下省略重复说明。
[0041]第一实施方式
[0042]图2示出等离子体处理装置的示意图。离子束蚀刻装置100包括处理空间I和作为等离子体源的等离子体生成部2。处理空间I设置有排气泵3。等离子体生成部2设置有钟罩4、气体导入部5、RF天线6、匹配器7和电磁体8，并且在与处理空间I的边界处还设置有栅网9。
[0043]栅网9包括多个电极。在本发明中，如图3所示，例如，栅网9包括三个电极。在从钟罩4侧观看的情况下顺次设置有第一电极70、第二电极71和第三电极72。向第一电极施加正电压并且向第二电极施加负电压，使得由于电位差而导致离子加速。第三电极72还被称为接地电极并且接地。对第二电极71和第三电极72之间的电位差进行控制，以使得可以通过使用静电透镜效应将离子束的直径控制在预定数值范围内。利用中和器13使离子束中和。该栅网9优选由耐工艺气体的材料制成。作为栅网所用的材料，可以列举钼、钛、碳化钛或热解石墨。作为代替，栅网9可以通过由除以上所列举的材料以外的材料构成本体、然后向该本体的表面涂敷钼、钛或碳化钛来获得。
[0044]在处理空间I内设置有基板保持件10，并且未示出的ESC电极连接至基板保持件10。利用ESC电极使安装在基板保持件10上的基板11静电吸附并固定。作为其它基板固定部件，可以使用诸如夹紧支撑体等的各种固定部件。可以通过从气体导入部5导入工艺气体并且向RF天线6施加高频率来在等离子体生成部2内产生蚀刻气体的等离子体。然后，向栅网9施加DC(直流)电压以采用束的形式引出等离子体生成部2内的离子。使离子束照射基板11以进行基板11的处理。所引出的离子束由中和器13进行电气中和，然后照射基板11。
[0045]基板保持件10能够使基板11沿面内方向转动(自转)。基板保持件10包括用于控制基板的转动速度、基板的转动次数和基板保持件10相对于栅网9的倾斜的转动控制部件以及用于检测基板的转动位置的部件。另外，基板保持件10还可以包括用于检测基板的转动开始位置的部件。在本实施方式中，基板保持件10设置有作为位置检测部件的位置传感器14，并且能够检测基板11的转动位置。作为位置传感器14，使用旋转编码器。作为位置传感器14，可以使用任何结构，只要该结构能够如上述旋转编码器那样检测转动中的基板11的转动位置即可。
[0046]尽管本实施方式采用诸如位置传感器14等的传感器通过直接检测基板保持件10或基板11的转动位置来检测基板保持件10所保持的基板11的转动位置的结构，但可以使用任何结构，只要该结构能够检测基板11的转动位置即可。例如，可以以诸如根据基板保持件10的转动速度和转动时间进行计算等的间接方式来获得基板11的转动位置。
[0047]通过检测基板的定向平面或缺口来获得基板的转动开始位置。作为代替，可以通过检测基板所设置的对准标记或图案阵列来更精确地获得转动开始位置。可以使用上述位置传感器14作为基板转动开始位置传感器，或者除位置传感器14以外，还可以设置用于检测对准标记或图案阵列的检测部件。作为检测部件，可以在未示出的输送路径上设置原子力显微镜或者光学测量或扫描型电子显微镜等，或者可以设置配备有上述测量器的测量装置并以邻接离子束蚀刻装置100的方式安装该测量装置。
[0048]基板11在保持水平的状态下保持在基板保持件10的载置面上。作为基板11所用的材料，例如使用圆盘状的硅晶圆。然而，材料不限于此。基板保持件10能够相对于离子束以任何角度倾斜。
[0049]图5示出可应用本发明的基板11的示例。图5放大示出基板11上所形成的图案的一部分。在基板11上形成较大数量的元件J。本发明的特征在于:载置在基板保持件上的基板被定位成相对于栅网倾斜，并且通过改变基板保持件的转动速度来使来自图5所示的图案槽的延伸方向D侧的离子束照射量相比其它情况变大。
[0050]通过使