本發(fā)明涉及離子束蝕刻法和離子束蝕刻設(shè)備。

背景技術(shù)：

已經(jīng)例如在作為磁記錄介質(zhì)的硬盤驅(qū)動器所使用的磁傳感器的生產(chǎn)的多個步驟中使用離子束蝕刻(下文也稱為ibe)處理。磁傳感器的磁頭元件的形狀是三維結(jié)構(gòu)。在蝕刻處理之后，基板表面中設(shè)置的元件的形狀必須是高度均一的。為了使元件的形狀均一，在元件的形狀是鏡像對稱的情況下，在基板轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻處理，而在元件的形狀是非鏡像對稱的情況下，在基板固定在任意方向上的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻處理?？梢岳靡韵率聦崄硇纬删哂蟹晴R像對稱形狀的元件：蝕刻之后獲得的元件的形狀由離子束在基板表面上的入射角來決定、以及離子束的入射角由處理期間的基板傾斜角來決定。

為了在生產(chǎn)磁頭的步驟中形成具有非對稱形狀的元件，在一些情況下可以以約20度的相對低的入射角來處理保持靜止的基板(在下文中，該條件稱為低入射角靜止條件)。在對保持靜止的基板進(jìn)行ibe處理的情況下，在基板面內(nèi)，元件的形狀可能是不均一的。這種不均一性可歸因于以下事實：當(dāng)基板在面內(nèi)方向傾斜時，與離子源的距離根據(jù)基板表面上的位置而變化，因此從離子源發(fā)射的離子束的入射角根據(jù)基板表面上的位置而變化。這種不均一性還可歸因于離子源內(nèi)的等離子體密度分布所導(dǎo)致的離子束的偏向角。

低入射角靜止條件下的基板表面的不均一性還取決于離子束的能量。特別是，400v以上的加速電壓的離子束使得即使在低入射角靜止條件下也能實現(xiàn)高度均一的處理，這是因為這樣的離子束具有離子的高移動速度因此具有離子的高直進(jìn)性。然而，利用小于400v的加速電壓的離子束，由于移動速度低且離子的路徑發(fā)生偏移，因此低入射角靜止條件下的基板面內(nèi)的蝕刻量和元件的形狀變得不均一。

已經(jīng)提出了用于獲得基板面內(nèi)的具有均一形狀的元件的設(shè)備。專利文獻(xiàn)1的ibe設(shè)備通過對具有小開口直徑的離子源和基板進(jìn)行二維移動、使用點狀離子束來掃描基板表面。專利文獻(xiàn)2的ibe設(shè)備通過在與矩形離子源的長軸垂直的方向上移動基板、使用狹縫狀的離子束來掃描基板表面。在這種ibe設(shè)備中，將用于形成狹縫狀的離子束的平板遮光器設(shè)置在離子源和基板之間，以針對基板的移動方向來控制離子束在基板表面上的入射角。

引文列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國專利申請no.2008/110745

專利文獻(xiàn)2：美國專利申請no.2013/206583

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

使用具有小開口直徑的離子源的專利文獻(xiàn)1的ibe設(shè)備具有小的蝕刻區(qū)域，并且能夠針對離子束的各照射區(qū)域精細(xì)地控制蝕刻區(qū)域。然而，專利文獻(xiàn)1的ibe設(shè)備需要很長的時間來對基板的整個面進(jìn)行蝕刻處理。為此，處理單個基板所需的時間隨著基板的尺寸的增加而增加。此外，由于在二維平面中掃描基板，因此設(shè)備的尺寸增加。使用矩形離子源的專利文獻(xiàn)2的ibe設(shè)備與專利文獻(xiàn)1的設(shè)備相比能夠同時處理更大的區(qū)域，并且需要的處理時間更短。然而，由于基板是線性移動的，因此設(shè)備的尺寸大型化。

為了解決上述問題而作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種在不會使設(shè)備大型化的情況下、即使在低入射角靜止條件下也能夠進(jìn)行高度均一的ibe處理的離子束蝕刻方法和離子束蝕刻設(shè)備。

解決問題的技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的離子束蝕刻方法是在離子束蝕刻設(shè)備中進(jìn)行的離子束蝕刻方法，所述離子束蝕刻設(shè)備包括：離子源，用于向基板發(fā)射離子束；基板保持器，用于保持所述基板并改變所述基板相對于所述離子源的傾斜角；以及遮光器，其具有使所述離子束通過的開口部并且能夠改變所述開口部相對于所述基板的位置，所述離子束蝕刻方法包括以下步驟：改變所述開口部相對于所述基板的位置；利用通過所述開口部的離子束來蝕刻所述基板；以及隨著所述離子束入射到所述基板的位置的中心遠(yuǎn)離所述離子源，減小所述傾斜角。

根據(jù)本發(fā)明的離子束蝕刻設(shè)備是如下的離子束蝕刻設(shè)備，包括：離子源，用于向基板發(fā)射離子束；基板保持器，用于保持所述基板，并且改變所述基板相對于所述離子源的傾斜角；以及遮光器，其具有使所述離子束通過的開口部，并且能夠改變所述開口部相對于所述基板的位置。所述離子束蝕刻設(shè)備還包括：位置控制單元，用于改變所述開口部相對于所述基板的位置；蝕刻控制單元，用于使用通過所述開口部的離子束來蝕刻所述基板；以及傾斜角控制單元，用于隨著所述離子束入射到所述基板的位置的中心遠(yuǎn)離所述離子源，減小所述傾斜角。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，隨著離子束入射到基板的位置的中心遠(yuǎn)離離子源而減小基板的傾斜角，因此可以使得離子束在基板上的靠近離子源的一側(cè)或遠(yuǎn)離離子源的一側(cè)的入射角是均一的。因此，可以使得基板中形成的元件的形狀高度均一。這使得能夠在不會使設(shè)備大型化的情況下，在低入射角靜止條件下實現(xiàn)高度均一的蝕刻處理。此外，基板上形成的元件形狀的不均一性的降低使得能夠提高成品的產(chǎn)量。

附圖說明

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的示意圖。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的示意圖。

圖1c是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的示意圖。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備中的離子束蝕刻處理的示意圖。

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備中的離子束蝕刻處理的示意圖。

圖3a是示出用于調(diào)節(jié)離子束入射角的基板傾斜角控制的圖。

圖3b是示出用于調(diào)節(jié)離子束入射角的基板傾斜角控制的圖。

圖3c是示出用于調(diào)節(jié)離子束入射角的基板傾斜角控制的圖。

圖3d是示出用于調(diào)節(jié)離子束入射角的基板傾斜角控制的圖。

圖4a是示出用于調(diào)節(jié)離子束分散的遮光控制的圖。

圖4b是示出用于調(diào)節(jié)離子束分散的遮光控制的圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制裝置的示意圖。

圖6a是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制的圖。

圖6b是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制的圖。

圖6c是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制的圖。

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制方法的圖。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的控制方法的圖。

圖9a是示出蝕刻后的元件的形狀的圖。

圖9b是示出蝕刻后的元件的形狀的圖。

圖10a是使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的離子束蝕刻的示意圖。

圖10b是使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備的離子束蝕刻的示意圖。

圖11a是示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備實現(xiàn)的蝕刻分布的圖。

圖11b是示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子束蝕刻設(shè)備實現(xiàn)的蝕刻分布的圖。

具體實施方式

接下來，參考附圖說明本發(fā)明的實施例。注意，以下說明的部件、布置等是實施本發(fā)明的示例；因此，本發(fā)明不限于此，并且當(dāng)然可以在本發(fā)明的要旨內(nèi)以各種方式進(jìn)行修改。

圖1a～1c是ibe設(shè)備100的示意圖，其中圖1a是ibe設(shè)備100的示意圖，圖1b是遮光裝置50的示意圖，以及圖1c是遮光裝置50的立體圖。ibe設(shè)備100包括真空容器1、排氣裝置2、離子源10、中和器30、基板保持器40和遮光裝置50。離子源10、中和器30、基板保持器40和遮光裝置50電連接至未示出的控制裝置，并且通過該控制裝置進(jìn)行控制。注意，將圖1a中的中和器30所在的一側(cè)定義為上側(cè)。

離子源10包括等離子體源容器20、引出電極21、環(huán)形天線23、未示出的電源裝置、未示出的氣體引入裝置和未示出的電磁線圈。等離子體源容器20和環(huán)形天線23設(shè)置在離子源10中。引出電極21設(shè)置在離子源10和真空容器1之間的邊界處。引出電極21包括多個電極(未圖示)。例如，從離子源10向基板保持器40依次設(shè)置第一電極、第二電極和第三電極。正電壓施加至第一電極，并且負(fù)電壓施加至第二電極。這樣生成的電位差使從離子源10引出的離子加速。第三電極接地。對第二電極和第三電極之間的電位差進(jìn)行控制，使得能夠控制離子束的直進(jìn)性。環(huán)形天線23接收從電源裝置供給的高頻電力，并且在等離子體源容器20中生成蝕刻氣體的等離子體。中和器30將電子發(fā)射到真空容器1中，并且電中和從離子源10發(fā)射的離子束。氣體引入裝置將作為用于放電的氣體的ar氣體引入到等離子體源容器20中。電磁線圈調(diào)節(jié)離子源10內(nèi)的等離子體密度分布。

基板保持器40包括保持部、傾斜裝置和轉(zhuǎn)動裝置(均未示出)。保持部將基板41保持在基板保持器40上?；趤碜钥刂蒲b置(未示出)的控制信號，傾斜裝置在真空容器1中使基板保持器40針對離子源10以傾斜轉(zhuǎn)動軸為中心傾斜。轉(zhuǎn)動裝置基于來自控制裝置(未示出)的控制信號使基板41在基板保持器40上轉(zhuǎn)動。

遮光裝置50具有與基板保持器40的傾斜轉(zhuǎn)動軸相同的中心軸，并且是包括可彼此獨立地控制轉(zhuǎn)動的上部遮光器51和下部遮光器52的雙重轉(zhuǎn)動遮光器。遮光裝置50可移動地設(shè)置在離子源10和基板保持器40之間。上部遮光器51和下部遮光器52各自為彎曲成弧形的板狀部件。遮光板可以連續(xù)地從閉合位置51b和52b移動至打開位置51a和52a。打開位置51a和52a是遮光裝置50不遮蔽從離子源10向基板保持器40發(fā)射的離子束ib的位置，而閉合位置51b和52b是遮光裝置50遮蔽離子束ib的位置。如圖1c所示，在打開位置51a和52a處，上部遮光器51和下部遮光器52彼此遠(yuǎn)離地退避到上部遮光器51和下部遮光器52不被離子束ib直接照射的位置處。在閉合位置51b和52b處，上部遮光器51和下部遮光器52被布置為面向離子源10，并且遮蔽向基板41行進(jìn)的離子束ib。如圖1b所示，上部遮光器51和下部遮光器52可以移動至打開位置51a和52a以及閉合位置51b和52b之間的預(yù)定位置51c和52c以在引出電極21和基板41之間形成具有預(yù)定狹縫寬度w的狹縫狀的開口部(下文稱為狹縫)53。上部遮光器51和下部遮光器52可以在保持狹縫寬度w的同時彼此協(xié)作。狹縫53的狹縫寬度w依賴于基板41的尺寸和基板41的傾斜角。

注意，對于遮光裝置50，可以使用平板狀的遮光板來代替彎曲成弧形的遮光板。如在本實施例的遮光裝置50的情況下那樣的上部遮光器51和下部遮光器52的彎曲成弧形的遮光板的形狀與平板狀的遮光板相比不太可能引起與真空容器1內(nèi)的構(gòu)造的干涉，并且不需要上部遮光器51和下部遮光器52退避的空間。因此，能夠減小真空容器1的尺寸。此外，在本實施例的ibe設(shè)備100中，遮光裝置50的轉(zhuǎn)動軸與基板保持器40的傾斜轉(zhuǎn)動軸相同；然而，這些轉(zhuǎn)動軸可以是彼此遠(yuǎn)離的，只要這些轉(zhuǎn)動軸彼此平行即可。

圖2a和2b是ibe設(shè)備100中的離子束蝕刻處理的示意圖。圖2a是將狹縫53布置在面向基板41的上端部41a的位置的蝕刻處理的示意圖，以及圖2b是將狹縫53布置在面向基板41的下端部41b的位置的蝕刻處理的示意圖。從離子源10發(fā)射的離子束ib具有由于等離子體源容器20中的等離子體密度分布所導(dǎo)致的偏向角。處于通過狹縫53的離子束ibs的中心的中心線ibsc在具有預(yù)定的偏向角的狀態(tài)下入射到基板41上。從離子源10到基板41的距離越長，通過狹縫53的離子束ibs越寬。在本實施例中，使用通過狹縫53的離子束ibs來掃描基板41的表面。因此，即使在低入射角靜止條件下，也能夠防止基板傾斜方向的蝕刻量的不均一。例如，可以通過調(diào)節(jié)針對狹縫位置a和狹縫位置b各自的蝕刻處理時間來使基板41的上端部41a和下端部41b的蝕刻量均一，其中在狹縫位置a，通過狹縫53的離子束的束中心入射到基板41的上端部41a，以及在狹縫位置b，通過狹縫53的離子束ibs的束中心入射到基板41的下端部41b。此外，可以通過在基板41的多個位置處調(diào)節(jié)蝕刻處理時間來實現(xiàn)基板41的整個表面上的高度均一的蝕刻量。另外，還可以連續(xù)地移動狹縫位置。在這種情況下，可以通過調(diào)節(jié)狹縫53的移動速度來實現(xiàn)高度均一的蝕刻量。詳細(xì)描述如下。注意，由于狹縫寬度w越寬導(dǎo)致離子束入射到基板41上的區(qū)域越寬，因此需要將狹縫寬度w降低到一定程度。

基于圖3a～3d說明基板傾斜角的調(diào)節(jié)。圖3a～3d是示出用于調(diào)節(jié)離子束入射角的基板傾斜角控制的圖。圖3a是示出離子束ibs入射到基板41的上端部41a的圖，以及圖3b是基板41的上端部41a的放大圖。圖3c是示出離子束ibs入射到基板41的下端部41b的圖，以及圖3d是基板41的下端部41b的放大圖。圖3a～3d的雙點劃線示出在進(jìn)行基板保持器40的傾斜角的調(diào)節(jié)之前的基板保持器40和基板41。如圖3a和3b所示，在基板41的上端部41a的情況下，離子束ibs以束中心線ibsc具有偏向角301的狀態(tài)入射到基板41上。因此，束中心線ibsc在由虛線示出的調(diào)節(jié)前的基板41上的入射角201大于沒有偏向角的離子束ib的直進(jìn)束ibc的入射角200。如圖3b所示，將基板保持器40的傾斜角在圖中向下移動了束偏向角301，以減少入射角之間的差異。以這種方式，由實線示出的調(diào)節(jié)后的基板41上的入射角是與直進(jìn)束ibc的入射角相等的入射角200。

如圖3c和3d所示，在基板41的下端部41b的情況下，離子束的偏向角相對于上端部41a的情況發(fā)生垂直反轉(zhuǎn)。因此，束中心線ibsc在由雙點劃線所示的調(diào)節(jié)前的基板41上的入射角202小于直進(jìn)束ibc的入射角200。如圖3d所示，將基板保持器40在圖中向下移動了偏向角301。因此，由實線示出的調(diào)節(jié)后的基板41上的入射角是與直進(jìn)束ibc的入射角相等的入射角200。如圖3a和圖3c所示的基板保持器40的傾斜角的調(diào)節(jié)使基板41的傾斜角相對于基板41與離子源10正對地放置的位置發(fā)生如下改變。具體地說，在離子束ibs入射到基板41的下端部41b的情況下的傾斜角變得小于離子束ibs入射到基板41的上端部41a的情況下的傾斜角。換言之，隨著離子束中心線ibsc入射到基板41上的位置與離子源10的距離變得越遠(yuǎn)，基板41的傾斜角變得越小。在如上所述在對基板41的中心的上側(cè)和下側(cè)以相反方向調(diào)節(jié)基板41的傾斜角的情況下，可以使得束中心線ibsc在基板41上的入射角在基板41的上端部41a和基板41的下端部41b之間保持恒定。

離子束ib是正離子的集合，因此，離子束ib在行進(jìn)方向上向外擴散。因此，從離子束ibs的中心向外周，偏向角增大。另外，偏向角隨著與離子源10的距離的增大而增大。換言之，離子束ib具有取決于引出電極21和基板41之間的距離的不同的束偏向角。注意，沒有通過從離子源10發(fā)射的正離子與電子在氣相中的碰撞來實現(xiàn)離子束ib的中和。因此，即使在從中和器30供給電子的情況下，仍會發(fā)生離子束ib在行進(jìn)方向上向外擴散的現(xiàn)象。

基于圖4a和4b說明狹縫寬度w的調(diào)節(jié)。圖4a和4b是示出用于調(diào)節(jié)離子束分散的遮光控制的圖。圖4a是將狹縫53布置在基板41的下端部41b的示意圖。圖4b以分散曲線的形式示出通過狹縫53的離子束ibs在基板41上的分散度。從引出電極21發(fā)射的離子束ib通過由位置51c和52c處的上部遮光器51和下部遮光器52所形成的狹縫53，并作為離子束ibs入射到基板41上。位置51d和52d是狹縫寬度調(diào)節(jié)后的上部遮光器51和下部遮光器52的位置，以及狹縫寬度wc是調(diào)節(jié)后的狹縫寬度。通過調(diào)節(jié)后的狹縫的離子束ibsd的平均入射角小于通過調(diào)節(jié)前的狹縫的離子束ibs的平均入射角。注意，狹縫中心線46表示通過狹縫寬度w和wc在寬度方向上的中心位置的直線。

圖4b示出在低入射角靜止條件下以狹縫中心線46可以通過基板41的上端部(頂部)、中心部(中心)或下端部(底部)的方式形成狹縫寬度w的情況中的相應(yīng)情況下，在基板41的上端部(頂部)、中心部(中心)以及下端部(底部)的各位置處基板41上的離子束入射角的分散度。注意，為簡單起見，不考慮離子束的偏向角。在圖4b中，縱軸表示分散寬度，橫軸表示每單位時間的離子束的照射量。各分散曲線的最大值對應(yīng)于直進(jìn)束的中心。分散曲線70a、70b和70c分別示出狹縫寬度w調(diào)節(jié)前在狹縫位置設(shè)置在基板上端部a、基板下端部b和基板中心部c的情況下的各位置的分散度。離子束ibs的分散度根據(jù)與引出電極21的距離而增大。因此，從基板41的上端部向下端部，入射角的分散曲線70a～70c的寬度增大，并且其最大值減小。換言之，由于離子束ibs的寬度在基板41的下端部比基板41的上端部大，因此分散曲線70b的寬度比分散曲線70a的寬度大。另外，由于入射離子束的量在這些位置之間是恒定的，因此離子束分散在下端部比上端部更廣。因此，下端部的分散曲線70b具有比上端部的分散曲線70a小的最大值。為此，基板41上的蝕刻量是不均一的。作為解決這個問題的方案，以基板41的中心部的狹縫寬度為基準(zhǔn)，針對基板41的上端部，將狹縫寬度調(diào)節(jié)為更寬，并且針對基板41的下端部，將狹縫寬度調(diào)節(jié)為更窄。因此，如這些位置的分散曲線71a和71b所示，這些位置的分散曲線的寬度可以是均一的。

分散曲線70c、71a和71b具有相同的分散曲線寬度，但是具有不同的最大值。在最大值不同的情況下，所得到的蝕刻量是不均一的。在這方面，為了調(diào)節(jié)入射到基板41上的離子束的量的差異，對蝕刻處理時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體地，使針對距離離子源10更遠(yuǎn)的下端部的蝕刻處理時間比針對上端部的蝕刻處理時間長。這使得能夠獲得在這些位置之間均一的分散曲線部72a、72b和72c。此外，還可以在遠(yuǎn)離離子源10的下端部得到與離子源10附近的上端部相同量的離子束。如上所述，在基板41的中心部的上側(cè)和下側(cè)，將狹縫寬度w和蝕刻時間增加或減少。以這種方式，可以使離子束的入射角和離子束的累積入射量在基板41的各位置之間均一。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的ibe設(shè)備100中所設(shè)置的控制裝置500的示意圖。作為位置控制單元、蝕刻控制單元和傾斜角控制單元的控制裝置500包括cpu和諸如ram或rom等的存儲器(未圖示)。存儲器存儲由cpu執(zhí)行的程序等?？刂蒲b置500通過執(zhí)行存儲器中所存儲的預(yù)定程序或根據(jù)來自更高級的設(shè)備的指令信號來執(zhí)行離子束蝕刻?？刂蒲b置500包括遮光角計算單元501、狹縫寬度調(diào)節(jié)單元502、傾斜角調(diào)節(jié)單元503、處理時間計算單元504和計時器505。遮光角計算單元501計算上部遮光器51和下部遮光器52的遮光角。注意，上部遮光角和下部遮光角是相對于基準(zhǔn)位置的角度。例如，上部遮光角和下部遮光角可以是相對于上部遮光器51的打開位置51a和下部遮光器52的打開位置52a的角度，或者可以是相對于引出電極21的中心位置的角度。狹縫寬度調(diào)節(jié)單元502根據(jù)狹縫53相對于基板41的位置來調(diào)節(jié)狹縫寬度w。傾斜角調(diào)節(jié)單元503根據(jù)狹縫53相對于基板41的位置來調(diào)節(jié)基板傾斜角。處理時間計算單元504根據(jù)狹縫53相對于基板41的位置來計算蝕刻處理時間。計時器505對處理時間計算部504所計算的蝕刻時間進(jìn)行計數(shù)。控制裝置500根據(jù)計時器505的計數(shù)來對離子源10的離子束的發(fā)射和停止以及中和器30的電子的發(fā)射和停止進(jìn)行控制?？刂蒲b置500電連接至離子源10、中和器30、基板保持器40和遮光裝置50。離子源10、中和器30、基板保持器40和遮光裝置50基于從控制裝置500輸出的參數(shù)進(jìn)行工作。

基于圖6a～6c說明根據(jù)本實施例的遮光掃描模式的控制方法。圖6a～6c是示出ibe設(shè)備100的控制的圖。圖6a是示出通過直接輸入?yún)?shù)來控制該裝置的圖。圖6b是示出通過使用遮光角計算單元501來控制ibe設(shè)備100的圖。圖6c是示出控制根據(jù)本發(fā)明的實施例的ibe設(shè)備100的圖。在圖6a～6c中，說明了針對單個狹縫位置的控制。但是，在處理基板41的整個表面的情況下，在多個狹縫位置重復(fù)相同的控制。該控制方法具有三種模式，這依賴于輸入了什么參數(shù)。注意，遮光掃描是指對通過使用遮光裝置50形成狹縫53的位置的確定。

如圖6a所示，在第一模式中，直接輸入基板傾斜角、上部遮光角、下部遮光角和蝕刻時間以操作基板保持器40、遮光裝置50和計時器505。在模式1中，可以改善蝕刻的分布。

如圖6b所示，在第二模式中，輸入基板傾斜角、狹縫寬度、狹縫位置和蝕刻時間，并且遮光角計算單元501基于狹縫寬度和狹縫中心位置來計算遮光角以操作基板保持器40、遮光裝置50和計時器505。該模式用于控制根據(jù)本發(fā)明的實施例的遮光掃描模式。

如圖6c所示，除了遮光掃描模式外，第三模式還包括遮光裝置50的狹縫寬度w的調(diào)節(jié)。具體地，第三模式是向第二模式添加作為用于在基板41的表面上獲得具有均一形狀的元件的調(diào)節(jié)參數(shù)的傾斜角調(diào)節(jié)函數(shù)、狹縫寬度調(diào)節(jié)函數(shù)、蝕刻速度和蝕刻量的模式?；鍍A斜角調(diào)節(jié)函數(shù)存儲在未示出的存儲器中。在該函數(shù)中，將基板傾斜角的調(diào)節(jié)量確定為預(yù)定的函數(shù)f(x)，其中變量x是從引出電極21到基板41的表面的距離?？刂蒲b置500基于傾斜角調(diào)節(jié)單元503計算出的傾斜角調(diào)節(jié)量和基板傾斜角來操作基板保持器40。另外，遮光角計算單元501基于調(diào)節(jié)后的基板傾斜角、狹縫寬度w和狹縫中心位置來計算上部遮光角和下部遮光角。狹縫寬度調(diào)節(jié)函數(shù)存儲在未示出的存儲器中。將狹縫寬度w的調(diào)節(jié)量確定為任意函數(shù)g(x)，其中變量x是從引出電極21到基板41的表面的距離。遮光角計算單元501使用通過將狹縫寬度調(diào)節(jié)單元502所計算出的調(diào)節(jié)量與狹縫寬度w相加所獲得的值。另外，由于基板傾斜角的調(diào)節(jié)量和狹縫寬度的調(diào)節(jié)量依賴于束條件(加速電壓、束電流等)而變化，因此可以將多個傾斜角調(diào)節(jié)函數(shù)和多個狹縫寬度調(diào)節(jié)函數(shù)存儲在存儲器中，并且控制裝置500可以根據(jù)需要將一個傾斜角調(diào)節(jié)函數(shù)切換至另一個以及將一個狹縫寬度調(diào)節(jié)函數(shù)切換至另一個。處理時間計算單元504基于蝕刻速度和蝕刻量來計算蝕刻時間。因此，控制裝置500基于調(diào)節(jié)后的基板傾斜角來控制基板保持器40，以及基于調(diào)節(jié)后的遮光角來控制上部遮光器和下部遮光器。

圖7是示出根據(jù)本實施例的ibe設(shè)備100的控制方法的圖?；趫D7說明根據(jù)本實施例的遮光掃描模式的輸入?yún)?shù)。遮光掃描模式的四個基本輸入?yún)?shù)是基板41的基板傾斜角400、狹縫寬度w、狹縫中心位置47和蝕刻時間?；鍍A斜角400是基板41相對于基板41的初始位置的傾斜角度。例如，該初始位置是基板41與離子源10正對地放置的位置p0。此外，用于使離子束ib在基板41上的入射角均一的兩個調(diào)節(jié)參數(shù)是調(diào)節(jié)角度401和狹縫寬度(未示出)。從傾斜角調(diào)節(jié)單元503(圖6c)輸出調(diào)節(jié)角度401，并且通過將調(diào)節(jié)角度401與基板傾斜角400相加來計算基板41的調(diào)節(jié)后的傾斜角。

狹縫中心位置47是在基板傾斜方向42的基板面上的位置。換言之，狹縫中心位置47是狹縫53的狹縫中心線46在基板41的表面上的位置。如圖6b和6c所示，根據(jù)基板傾斜角400、狹縫寬度w和狹縫中心位置47來計算上部遮光器51和下部遮光器52的遮光角。上部遮光器51和下部遮光器52的位置位于通過使上部遮光器51和下部遮光器52以基板41的引出電極21的中心線700為原點分別轉(zhuǎn)動遮光角701和遮光角702所實現(xiàn)的位置51c和52c。

當(dāng)狹縫寬度w過大時，遮光掃描的效果降低。當(dāng)狹縫寬度w過小時，蝕刻速度降低。為此，狹縫寬度w優(yōu)選約為rcos(基板傾斜角400)，其中r是從引出電極21觀看到的基板41在基板傾斜方向42的高度、即基板41的直徑。

基于圖8說明參數(shù)的設(shè)定值。圖8是示出根據(jù)本實施例的ibe設(shè)備100的控制方法的圖。圖8示出以基板中心處的參數(shù)作為基準(zhǔn)、基板41在高度方向上的參數(shù)的增大或減小。這里，在基板中心、基板的上側(cè)(上端)和下側(cè)(下端)這三個位置處形成狹縫。為了調(diào)節(jié)基板41的表面上的離子束入射角，相對于基板41的中心位置處的基板傾斜角(○)，在蝕刻基板41的上側(cè)時增大基板傾斜角fa(△)，并且在蝕刻基板41的下側(cè)時減小基板傾斜角fa(▽)。注意，盡管基板傾斜角的調(diào)節(jié)量依賴于入射離子束的偏向角和分散而變化，但是該調(diào)節(jié)量小于幾度。調(diào)節(jié)后的基板傾斜角fa是相對于基板41與引出電極21正對地放置的位置的傾斜角。因此，與基板41在中心位置的傾斜角相比，在基板41的更接近離子源10的上側(cè)，基板41的傾斜角更大，而在基板41的距離離子源10更遠(yuǎn)的下側(cè)，基板41的傾斜角更小。為了調(diào)節(jié)基板41的表面上的離子束的分散，相對于基板41的中心位置處的狹縫寬度(○)，在蝕刻基板41的上側(cè)時增大狹縫寬度w(△)，并且在蝕刻基板41的下側(cè)時減小狹縫寬度w(▽)。盡管蝕刻時間t依賴于其它參數(shù)的設(shè)定值而變化，但是在蝕刻基板41的上側(cè)時縮短蝕刻時間t(▽)，并且在蝕刻基板41的下側(cè)時延長蝕刻時間t(△)。增大和減少的量是基于蝕刻量的實際不均一程度來確定的。注意，狹縫位置不限于基板面內(nèi)的位置，并且可以設(shè)置在基板面之外。狹縫位置的數(shù)目不限于三個，而可以根據(jù)需要增加或減少。

圖9a和9b是示出蝕刻后的元件的形狀的圖。圖9a示出在沒有調(diào)節(jié)基板傾斜角fa、狹縫寬度w和蝕刻時間t中的任何參數(shù)的狀態(tài)下對基板41進(jìn)行蝕刻處理的情況下所獲得的元件的形狀。圖9b示出在調(diào)節(jié)了基板傾斜角fa、狹縫寬度w和蝕刻時間t的狀態(tài)下對基板41進(jìn)行蝕刻處理的情況下所獲得的元件的形狀。注意，圖9a和9b中省略了基板保持器40和遮光裝置50。在沒有調(diào)節(jié)基板傾斜角fa、狹縫寬度w和蝕刻時間t中的任何一個的情況下進(jìn)行蝕刻處理時，設(shè)置有抗蝕劑45的基板41上形成的元件44a～44c的形狀如下。具體地，與基板41的大致中心處形成的元件44c的形狀相比，在基板41上側(cè)的元件44a的一側(cè)的側(cè)面的長度更短，并且在基板41下側(cè)的元件44b的一側(cè)的側(cè)面的長度更長。因此，元件的形狀是不均一的。另一方面，當(dāng)在調(diào)節(jié)了基板傾斜角fa、狹縫寬度w和蝕刻時間t中的每一個的情況下進(jìn)行蝕刻處理時，束在基板41的上側(cè)和下側(cè)的入射角可以是均一的，從而元件44a～44c的形狀可以是高度均一的。

在本實施例中，如上所述，隨著通過狹縫53的離子束ibs的中心線ibsc的入射位置移動遠(yuǎn)離離子源10而減小基板41的傾斜角400。這使得離子束中心線ibsc在基板41的上端部和下端部的入射角是均一的，從而可以獲得具有高度均一形狀的元件。

示例

說明使用遮光裝置50的離子束蝕刻的示例。圖10a和10b是使用ibe設(shè)備100的離子束蝕刻的示意圖。圖10a示出在上部遮光器51位于打開位置51a并且下部遮光器52位于打開位置52a且不進(jìn)行遮光掃描的狀態(tài)下、上部遮光器51和下部遮光器52的布置。圖10b示出在正以上部遮光器51和下部遮光器52彼此靠近且狹縫53形成在多個位置處的方式進(jìn)行遮光掃描的狀態(tài)下、上部遮光器51和下部遮光器52的布置。在圖10a中，基板傾斜方向42是向離子源10靠近的方向。

圖11a和11b是示出使用離子束的蝕刻的分布的圖。圖11a是示出標(biāo)準(zhǔn)化后的離子束蝕刻量的分布的圖，以及圖11b是示出標(biāo)準(zhǔn)化后的蝕刻量的分布的圖。在圖11a中，在使用或不使用遮光掃描所獲得的基板41的面內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化后的蝕刻速度的等高線圖和基板傾斜方向42上的標(biāo)準(zhǔn)化后的蝕刻速度的分布之間進(jìn)行比較。圖11a的測量條件是離子束ib的加速電壓為200v且離子束ib以70°的基板傾斜角(基板41的表面上的20°的入射角)入射。在圖11a中，●表示使用遮光掃描所獲得的分布，以及△表示沒有使用遮光掃描所獲得的分布。使用遮光掃描的情況下的上部遮光器51和下部遮光器52的布置使得狹縫寬度w為50mm，并且狹縫中心被調(diào)節(jié)至基板41的上端部、中心部和下端部這三個位置。另外，調(diào)節(jié)各位置的蝕刻時間。注意，將上部遮光器51和下部遮光器52所停留的三個位置稱為c1、c2和c3。

如圖11b所示，作為應(yīng)用遮光掃描的結(jié)果，成功消除了基板傾斜方向42的蝕刻量的不均一。在該示例中，當(dāng)在8英寸基板的面內(nèi)進(jìn)行蝕刻時，實現(xiàn)了高度均一的蝕刻處理；然而，通過調(diào)節(jié)狹縫位置和蝕刻處理時間，這對于更大的基板也是有效的。另外，在使用圖1a～1c所示的具有雙重轉(zhuǎn)動遮光器的設(shè)備的情況下，可以將上部遮光器51和下部遮光器52設(shè)置在打開位置以獲得400v以上的加速電壓的高蝕刻速度。換言之，遮光掃描模式使得可以通過調(diào)節(jié)兩個遮光器的位置來在重視蝕刻量的均一性的條件和重視蝕刻速度的條件之間進(jìn)行選擇。

附圖標(biāo)記說明

1真空容器

10離子源

21引出電極

40基板保持器

41基板

47狹縫中心位置

50遮光裝置

51上部遮光器

52下部遮光器

53狹縫(開口部)

100離子束蝕刻設(shè)備

400基板傾斜角

401調(diào)節(jié)角度

500控制裝置

ib離子束