イオンビーム発生装置とそのクリーニング方法
【課題】３枚の多孔板電極からなる引き出し電極を備えたイオンビーム発生装置において、第３電極を損傷することなく、第３電極に付着した付着膜を除去する技術を提供する。
【解決手段】第１電極７ａを正電位に、第２電極７ｂを負電位に、第３電極７ｃを接地電位にそれぞれ設定し、第３電極７ｃに流れる電流値を電流計９で測定しながら、該電流計９で測定された電流値が設定値を超えた場合には、フィードバック制御部１０によって第２電極７ｂに印加する電圧の絶対値を上げる。
【解決手段】第１電極７ａを正電位に、第２電極７ｂを負電位に、第３電極７ｃを接地電位にそれぞれ設定し、第３電極７ｃに流れる電流値を電流計９で測定しながら、該電流計９で測定された電流値が設定値を超えた場合には、フィードバック制御部１０によって第２電極７ｂに印加する電圧の絶対値を上げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームエッチングやイオンミリング等を行うイオンビーム処理装置に用いられるイオンビーム発生装置とそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームエッチング装置やイオンミリング装置といった、イオンビームを用いて基板を処理するイオンビーム処理装置は、放電室内に生成されたプラズマから正イオンを引き出してイオンビームを生成するイオンビーム発生装置を備えている。係るイオンビーム発生装置は、正イオンをプラズマから引き出すために、放電室の一端に３枚の多孔板電極で構成された引き出し電極を配置している。引き出し電極は、それぞれ所望の間隔で配置され、それぞれプラズマ室側から第１電極（スクリーングリッド）、第２電極（アクセルグリッド）、第３電極（デクセルグリッド）と呼ばれる。特許文献１には、このような３枚の多孔板電極で構成された引き出し電極を備えたイオンビーム発生装置が開示されている。
【０００３】
イオンビームは、各電極に電圧を印加して電極間の静電界によりプラズマ中の正イオンを加速させて生成される。よって、第１電極は正電位、第２電極は負電位、第３電位は接地電位に設定され、印加される電圧はイオンビームの特性が好適になるように各々調整される。また、電極の形状等（板厚、孔径、孔ピッチ、電極間隔）は所望の条件でイオンビームの特性が好適になるようにそれぞれ設計されている。尚、ここで言うイオンビームの特性とは、プラズマから引き出されるイオンビームの発散角（引き出されるビームの直進性）であり、電極の孔の中心線に対する引き出されたイオンビームの偏向角のことを言う。
【０００４】
引き出されたイオンビームは被処理基板に照射され、基板表面をエッチングする。その際、イオンビームの発散角が重要であり、該発散角は一般的に４°以下と小さいことが求められる。発散角が大きい場合、エッチングの均一性の悪化や、基板表面にフォトレジスト等の構造体がある場合には、エッチング後の基板表面の形状が所望する形状と異なる等の問題が生じる。
【０００５】
また、第１電極と第３電極の第２電極側には、第２電極がスパッタされることにより、電極材料が付着することが知られている。これは、引き出されたイオンとの電荷交換反応により電極間に浮遊する中性ガスがイオン化し、この加速されていない低速のイオンが第２電極の電界で加速され、第２電極をスパッタすることによって生じる現象である。イオンビームの引き出しを長時間続けると、第１電極と第３電極に付着した付着膜が厚くなり、膜剥がれを発生し、電極間でのショートを引き起こしてイオンの引き出しができなくなる恐れがある。
【０００６】
このような付着膜による問題を解決するため、第２電極の電位を調整することにより、イオンビームの発散角を大きくして第３電極にイオンビームを照射し、第３電極に付着した付着膜を除去（クリーニング）する方法が講じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００１−５０２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第３電極に過剰にイオンビームを入射させてしまうと、スパッタにより第３電極の消耗と熱変形を引き起こし、エッチング速度や分布の変動を引き起こす恐れがあった。
【０００９】
本発明の課題は、３枚の多孔板電極からなる引き出し電極を備えたイオンビーム発生装置において、第３電極を損傷することなく、第３電極に付着した付着膜を除去する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１は、プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２は、プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置のクリーニング方法であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、第３電極に流れる電流を常時モニターしながらクリーニングを行うことで、第３電極に入射するビーム量を定量化でき、クリーニング時に過剰なビーム入射による第３電極の消耗や熱変形を防止することができる。また、第３電極に流れる電流を常時モニターすることで、イオンビームの発散角を類推することができ、従来は実験的に求めていた発散角の測定を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のイオンビーム発生装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明のイオンビーム発生装置の一実施形態における引き出し電極の詳細を説明する概略図である。
【図３】イオンビーム発生装置の動作原理を説明する概略図である。
【図４】第１電極及び第３電極に付着膜が堆積する原理を説明する概略図である。
【図５】第３電極のクリーニングの原理を説明する概略図である。
【図６】本発明のイオンビーム発生装置において、フィードバック制御の手順を説明するフロー図である。
【図７】本発明のクリーニング方法において、第２電極の電圧による第３電極の電流の変動を示す図である。
【図８】イオンビーム発生装置の参考実施形態における引き出し電極の詳細を説明する概略図である。
【図９】図８のイオンビーム発生装置において、アラーム表示によって装置の動作を自動停止する手順を説明するフロー図である。
【図１０】図８のイオンビーム発生装置において、アラーム表示によって装置の動作を手動停止する手順を説明するフロー図である。
【図１１】イオンビームを利用した磁気読み取りヘッド用センサのＴＭＲスタックのパターニング工程を示す断面模式図である。
【図１２】イオンビーム処理装置を用いたハードバイアス膜成膜装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態）
図１を参照して、本発明のイオンビーム発生装置の全体構成を説明する。イオンビーム発生装置１は、プラズマを閉じ込めるためのメタル放電室５、壁面でのプラズマ損失を防ぐためのカスプマグネット（永久磁石）６、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるためのＲＦコイル３（プラズマ発生源）を有している。さらに、高周波電磁界を真空に導入するための誘電体窓４、生成されたプラズマの分布を制御するための電磁石２、プラズマ中のイオンを引き出すための引き出し電極７を備えている。また、図示していないが、プラズマ発生源から引き出されたイオンビーム（正電位のイオン）によって生じる空間電位を中和するための電子源（ニュートラライザ）が設けられている。
【００１５】
不図示のガス導入手段から放電室５に不活性ガス（アルゴン、キセノン、クリプトンなど）が導入され、ＲＦコイル３に高周波電力が印加されると、放電室５内にプラズマが発生する。このプラズマ中からイオンは、所定の電圧が印加された引き出し電極７により引き出され、イオンビームとなって被処理部材（基板）に照射される。引き出し電極７は、放電室５側から順に、第１電極７ａ、第２電極７ｂ、及び第３電極７ｃを有している。第１電極７ａ、第２電極７ｂ、及び第３電極７ｃは、複数の孔を有するグリッド構造を有した多孔板電極である。長寿命化や耐久性の観点から、構成部材（グリッド材）としてはスパッタリング率が低いモリブデンやカーボンが用いられる。
【００１６】
尚、イオンビーム処理装置は、本発明のイオンビーム発生装置１と、該装置の第３電極７ｃ側に真空室（不図示）を備え、該真空室内にイオンエッチング等のイオンビーム処理を施す被処理基板を載置する基板ホルダーを備えている。
【００１７】
図２は、第３電極７ｃのクリーニング時の引き出し電極７の詳細構成を説明するための概略図である。図２に示すように、第１電極７ａは、第１電源１１と接続されて正電位に維持され、第２電極７ｂは第２電源１２と接続されて負電位に維持され、第３電極７ｃはローパスフィルタ８、電流計９を介して、アースと接続されている。このように、第１乃至第３電極７ａ乃至７ｃの各電位はそれぞれ独立して制御されている。また、第３電極７ｃからアースに向かって流れる電流は、電流測定手段である電流計９によって測定され、フィードバック制御部１０に送信され、フィードバック制御部１０は、当該電流値に基づき、第２電源１２を制御することができる。
【００１８】
本例においては、第１電極７ａは正電位（例えば、１００乃至１０００Ｖ）に第１電源１１が設定され、第２電極７ｂは負電位（例えば、−１０００乃至−３０００Ｖ）に第２電源１２が設定され、第３電極７ｃは接地電位になるように維持されている。
【００１９】
図３を参照して、イオンビーム発生装置１の動作原理を説明する。図３に示すように、放電室５内にプラズマを発生させ、第１電極７ａに正電圧、第２電極７ｂに負電圧をそれぞれ印加すると、第１電極７ａと第２電極７ｂの電位差によってプラズマ中のイオン２３のみが静電加速によって引き出される。プラズマから引き出されたイオン２３は、第２電極７ａと第３電極７ｃの電位差によって逆に減速されるため、第３電極７ｃを通過するイオン２３は第１電極７ａの電位分のエネルギーを持ったイオンビーム２４として噴射される。第３電極７ｃから引き出されるイオンビーム２４は、各電極の電圧による静電界（不図示）によって偏向されている。第３電極７ｃから引き出されたイオンビーム２４の孔の中心軸に対する偏向角度をビームの発散角θという。
【００２０】
図４を参照して、電極に付着膜が堆積する原理を説明する。第１電極７ａと第３電極７ｃの第２電極７ｂに面する側には、第２電極７ｂの電極材料がスパッタされ、付着膜２１ａ，２１ｂとして付着する。具体的には、放電室５に導入された中性ガスの中には、電極間において引き出されるイオン２３との電荷交換反応によりイオン化し、低速イオン（＋Ｌ）になるものがある。電荷交換反応とは、それぞれの粒子の運動量を保存したまま電荷だけが交換される現象である。区別するために前記したイオンビーム２４を高速イオン（＋Ｈ）と呼ぶが、高速イオンは各電極の電圧による静電界（不図示）によって加速・偏向され、電極に衝突せずに第３電極７ｃから噴射される。一方、加速されていない低速イオンは第２電極７ｂの負電位によって加速され第２電極７ｂに衝突し、スパッタリングを起こす。スパッタされた第２電極７ｂの材料は、粒子となって第１電極７ａと第３電極７ｃに付着し、付着膜２１ａ，２１ｂを形成する。図４中の「ｎ」は中性ガスを示す。
【００２１】
第３電極７ｃに付着した付着膜２１ｂは、多量に堆積されると、第２電極７ｂとの間でショートしてしまうことがある。そのため、定期的に第３電極７ｃに付着した膜を除去（クリーニング）する必要がある。
【００２２】
図５を参照して、第３電極７ｃのクリーニングの原理を説明する。引き出されるイオンビームは、各電極の電圧による静電界によって加速・偏向され、所定の発散角θを有している。第１電極７ａと第２電極７ｂの間の静電界は、電界の形状によって引き出されるイオンを収束する。反対に第２電極７ｂと第３電極７ｃの間の静電界は、イオンを発散させる。第１電極７ａの電圧は通常、引き出されるイオンビームのエネルギーを決めるために用いるため、所定の値に設定して使う。第２電極７ｂの電圧は、所定の第１電極７ａの電圧でビームの発散角が最小となるように調整される。また、意図的に第２電極７ｂの電圧を、イオンビームの発散角が最小となる電圧値より低く設定することで発散角を大きくし、第３電極７ｃにイオンビームを入射させることも出来る。
【００２３】
このように、第２電極７ｂの電圧を通常よりも低く設定することにより、第３電極７ｃにイオンビームが直接入射すると、前記の第３電極７ｃ表面の付着膜２１ｂがスパッタされ、該付着膜２１ｂを除去（クリーニング）することができる。
【００２４】
但し、第２電極７ｂの電圧を必要以上に小さくすると、過剰に第３電極７ｃにイオンビームが入射し、スパッタによる第３電極７ｃの消耗と熱変形を引き起こす。クリーニング時間も同様で、必要以上に長時間のクリーニングを実施すると第３電極７ｃの消耗を引き起こすため、クリーニングに用いるイオンビームの量とクリーニング時間の両方を管理することが重要である。
【００２５】
本発明の第１の実施形態においては、クリーニング工程において、第３電極７ｃに流れる電流値を測定し、その測定値に基づいて、第２電極７ｂをフィードバック制御する。
【００２６】
図６を参照して、具体的に処理手順を説明する。ステップＳ１においては、前述したように、第２電極７ｂの電圧をイオンビームの発散角が最小となる電圧値より低く設定することにより、発散角を大きくし、第３電極７ｃにイオンビームを照射してクリーニング処理を開始する。
【００２７】
ステップＳ２においては、図２に示す電流計９により、第３電極７ｃに流れる電流を測定し、測定値を常時フィードバック制御部１０へ送信する。
【００２８】
尚、第３電極７ｃに流れる電流を測定する際には、ニュートラライザの動作を停止させる必要がある。なぜなら、本ニュートラライザ動作中は、ニュートラライザから供給された電子が第３電極７ｃに流入するためクリーニングのために第３電極７ｃに入射させた正イオンによる電流の計測が困難になるからである。
【００２９】
ステップＳ３において、フィードバック制御部１０は、電流計９から送信される電流値が、設定値（閾値）と等しいか否かを判定する。電流値が設定値と等しい時（Ｙｅｓ）は、ステップＳ５のタイマー処理に進む。他方、電流値が設定値と等しくない時（Ｎｏ）は、ステップＳ４の第２電極電圧制御処理に進む。
【００３０】
ステップＳ４の第２電極電圧制御処理に関して、電流計９で測定された電流値が設定値より大きい場合と、小さい場合とに分けて、後述する実施例を例に、図７を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図７に、第１電極７ａの電圧を＋１００Ｖ、電流を３２５ｍＡに設定して、第２電極７ｂの電圧を変化させた時の第２電極７ｂの電流値、及び第３電極７ｃの電流値の変化を示した。通常用いるビーム条件（Ｎｏｒｍａｌ）である第２電極電圧（−２４００Ｖ）では、図７に示すように第２電極７ｂ、第３電極７ｃの電流値（６０ｍＡ）は極小値に近い。このことから第３電極７ｃへのイオンビームの入射が少ない、つまりイオンビームの発散角が小さいと判断できる。尚、図７において、第２電極電圧は絶対値で示す。
【００３２】
通常のビーム条件から第２電極７ｂの電圧を下げると、図７に示すように第３電極７ｃの電流値が増加し、このことから、第３電極７ｃへのイオンビームの入射が増大する、つまりイオンビームの発散角が大きくなっていることがわかる。適正なクリーニングに使用する条件（Ｄｅｆｏｃｕｓ）としては第３電極７ｃの電流（１１０ｍＡ）が、通常の条件の約２倍になる第２電極７ｂの電圧（−１９００Ｖ）を用いる。この条件において通常３０分間のイオンビームの使用に対して３％に相当する１分間のクリーニングで第３電極７ｃの付着膜が除去されることが確認されている。
【００３３】
また、適正なクリーニング条件よりさらに第２電極７ｂの電圧を小さくした場合、第３電極７ｃの電流はさらに大きくなる。しかし、第３電極７ｃの電流値の上昇が急峻なためクリーニングに使用するには第３電極７ｃが消耗しないようにクリーニング時間に注意しなければならない。
【００３４】
さらに第２電極７ｂの電圧を小さくした場合、図７に示したように第２電極７ｂに流れる電流値が増加する。第１電極７ａの電圧を１００Ｖに維持したまま、第２電極７ｂの電圧を−１９００Ｖから−１２００Ｖへ低減させると、第３電極７ｃの電流値は１１０ｍＡから３００ｍＡに増加する。同時に、第２電極７ｂの電流値も６０ｍＡから７０ｍＡまで増加する。このように第２電極７ｂの電流が増加する条件（−１４００Ｖ以上）では、減速されていない高速イオンが第２電極７ｂに入射しているため、スパッタによる第２電極７ｂの消耗が激しい。よって、第２電極７ｂの電流が増加する条件（−１４００Ｖ以上）をクリーニングに使用することは望ましくない。
【００３５】
上記の条件をまとめると以下の通りである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上より、本例においては、フィードバック制御部１０は、電流計９がクリーニング条件で使用する設定値（１１０ｍＡ）より低い場合は、第２電極７ｂの電圧を適宜低下させるように制御する。一方、電流計９がクリーニング条件で使用する設定値（１１０ｍＡ）より高い場合は、第２電極７ｂの電圧の絶対値を適宜増加させるように制御する。
【００３８】
ステップＳ４の第２電極電圧制御処理が完了すると、再びステップＳ２及びステップＳ３の処理が、第３電極７ａの電流が設定値（１１０ｍＡ）と一致するまで繰り返される。
【００３９】
ステップＳ５においては、ステップＳ４で電流値が設定値（１１０ｍＡ）と等しいと判断された時から、タイマー処理が開始される。そして、タイマー処理において所定時間（例えば、１分）が経過すると、ステップＳ６に進み、クリーニング処理が停止される。
【００４０】
（参考実施形態）
図８、図９、及び図１０を参照して、参考実施形態について説明する。
【００４１】
本例は、図２に示した実施形態とは異なり、図８に示すように、電流計９で測定された値を表示する表示手段１５と、電流計９の測定値に基づいて、第１電源１１及び第２電源１２を自動停止する電源停止手段１６が追加されている。それ以外の構成は基本的に図２で示した構成と同一である。
【００４２】
図９を参照して、クリーニング工程においてアラーム表示を行う動作手順を説明する。ステップＳ１において、第１の実施形態と同様の第３電極７ｃのクリーニング処理が行われる。第１電極７ａの電圧、第２電極７ｂの電圧の条件は、前述したように、それぞれ＋１００Ｖ、−１９００Ｖとなるように設定する。
【００４３】
ステップＳ２において、電流計９により、第３電極７ｃに流れる電流が測定される。測定された電流値は制御部１４に送信される。
【００４４】
ステップＳ３において、制御部１４は、測定された電流値が設定値より大きいか否かを判断する。ステップＳ３で電流値が設定値より大きい（Ｙｅｓ）場合、イオンビームの発散角が増大し、第３電極７ｃにイオンビームが多く入射しているため、ステップＳ４に進み、表示手段１５がアラームを表示する。そして、ステップＳ５に進み、電源停止手段１６が、第１電源１１、第２電源１２を自動停止することで、クリーニング処理を停止する。ステップＳ３で電流値が設定値より小さい（Ｎｏ）場合には、そのままクリーニング処理を続行する。
【００４５】
図１０は、図９と異なり、ステップＳ４（アラーム表示）の後に、ステップＳ６（停止操作アラーム）が追加されており、表示装置使用者によって、手動で第１電源１１、第２電源１２を停止して、クリーニング処理を停止する（Ｓ７）例である。
【００４６】
上記のように、第３電極に流れる電流が閾値に達した際にアラームを表示したり、動作を自動停止する手段を設けることによって、電極の熱変形や組立上の不具合によりビームの発散角が大きくなった場合でも、イオンビーム処理への影響を防止することができる。
【００４７】
上記したように、第３電極７ｃに流れる電流を測定しながら、所定の設定値を超えた場合には第２電極７ｂに印加する電圧を制御する、或いは、処理を停止することによって、第３電極７ｃへの過剰なイオンビームの入射を防止することができる。係る作用は、イオンビームの発散角θを制御することによって得られるものであるから、同様の手法によって、エッチング等の通常のイオンビーム処理においても、イオンビームの発散角θの制御を行い、適正な処理を行うことができる。即ち、イオンビーム処理においては、第１電極７ａの電圧を＋１００Ｖ、電流を３２５ｍＡに設定し、第２電極７ｂの電圧を通常用いるビーム条件（Ｎｏｒｍａｌ）である第２電極電圧（−２４００Ｖ）とする。この条件下でイオンビーム処理を行い、同時に第３電極７ｃに流れる電流を測定し、測定値が設定値（６０ｍＡ）を超えた場合には第２電極電圧を制御する、或いは、アラームを表示し、自動又は手動で処理を停止することとする。
【００４８】
本発明のイオンビーム発生装置はイオンビームエッチングやイオンミリングを行うイオンビーム処理装置に用いられる。本発明に係る第３電極のクリーニング処理は、係るイオンビーム処理装置において、複数枚の被処理基板を連続してイオンビーム処理する工程中に、適宜、実施することができるが、クリーニング処理中は被処理基板への影響を避ける必要がある。そのため、クリーニング処理を実施する際には、被処理基板を真空室から退避させるか、或いは、予め基板ホルダーと引き出し電極との間に開閉自在なシャッターを備えておき、該シャッターを閉状態として、クリーニング処理を行う。
【００４９】
本発明に係るイオンビーム処理装置は、例えば、磁気ヘッドや磁気読み取りヘッド用センサのＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）スタックのパターニングに好適に用いられる。以下に、係るパターニング工程について説明する。
【００５０】
図１１は、ＴＭＲスタックのパターニング工程を示す断面模式図である。図１１（ａ）に示すように、ウエハ３０上にＴＭＲスタック３１を成膜後、このスタック３１上にフォトレジスト３２を形成し、現像、パターン化する。例示したフォトレジスト３２は下部に凹部３２ａを有しており、１層または２層の場合がある。２層のフォトレジストの場合は、通常下位層の方が薄く、凹部３２ａを形成するためにオーバーエッチされている。これにより、フォトレジストのリフトオフ・プロセスが促進される。
【００５１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、イオンビームによって、ＴＭＲスタック３１のレジスト３２で覆われていない部分をエッチングする。ビームの入射角を変えることにより、接合部３３の側壁形状を制御できる。ほぼ垂直の入射を行った場合、接合部３３はスカートのように、上部が狭く下部層に近づくにつれて広くなる。イオンビームの照準をさらに鋭角に合わせることにより、接合部３３をより垂直にして下部の広がりを減少でき、ほぼ垂直な接合部側壁が得られる。図１１中、３４はフリー層である。
【００５２】
様々な角度でのイオンビームミリング（ＩＢＥ）によりセンサがパターン化され、所望の側壁を有する接合部３３のプロファイルを得る。ミリングによって、フォトレジスト３２及び接合部側壁にも再付着するため、側壁をきれいにして接合部３３で電気ショートが起きないように、通常、別途鋭角でミリングを行う。
【００５３】
次に、図１１（ｃ）に示すように、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｓｉ−Ｎ、ＨｆＯ2またはこれらの組み合わせから選択される絶縁体層３５を成膜して、側壁を電気的に絶縁する。
【００５４】
絶縁体層３５の成膜は物理的気相成膜（ＰＶＤ）で行うことができる。しかし、側壁の厚み制御は極めて重要であるため、例えば、イオンビーム成膜（ＩＢＤ）や原子層成膜（ＡＬＤ）などのより適合する成膜技術が好ましい。原子層成膜は蒸着率が非常に低いが、共形なカバレッジが得られる。中間入射角（４５°以下）のイオンビーム成膜では、センサ側壁のカバレッジが大きくなる。このカバレッジは薄いため、インボードとアウトボードの問題はさほど重要ではない。
【００５５】
次に、図１２に、本発明に係るイオンビーム処理装置とハードバイアス膜の成膜装置とを組み込んだ磁気ヘッドの製造装置の概略図を示す。
【００５６】
図１２に示すように、本例の製造装置４０は、ＰＶＤチャンバ４１、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）チャンバ４５及び絶縁体成膜チャンバ４６、ロードロック（ＬＬ）チャンバ４４、アンロードロック（ＵＬＬ）チャンバ４２を備えている。即ち、本例の製造装置４０は、中央に配置したロボットチャンバ４３に、ＰＶＤチャンバ４１、ＩＢＥチャンバ４５、絶縁体成膜チャンバ４６、ＬＬチャンバ４４、ＵＬＬチャンバ４２を接続配置している。従って、ウエハ処理ユニット４２、ＰＶＤチャンバ４１、ＩＢＥチャンバ４５、絶縁体成膜チャンバ４６、ＬＬチャンバ４４、ＵＬＬチャンバ４２のそれぞれの装置へのウエハの受け渡しは、ロボットチャンバ４３内のハンドリングロボットの操作により行われる。尚、ＩＢＥチャンバ４５は、本発明のイオンビーム発生装置を備えたイオンビーム処理装置である。
【００５７】
次に、図１２の製造装置４０を用い、図１１の工程及びハードバイアス膜の成膜工程を続けて行う場合について説明する。本例の成膜方法は、先ず、ロボットチャンバ４３内のハンドリングロボットがＬＬチャンバ４４のカセットからウエハを取り出し、ＩＢＥチャンバ４５へ搬送する。このウエハには、図１１（ａ）に示すＴＭＲスタック３１とパターン化フォトレジスト３２が形成されている。
【００５８】
ＩＢＥチャンバでは、ＴＭＲスタック３１をエッチング処理してセンサの接合部３３が形成される（図１１（ｂ））。センサの接合部３３の形成後、ウエハはロボットによって絶縁体成膜チャンバ４６へ搬送される。
【００５９】
絶縁体成膜チャンバ４６では、電気的絶縁性を有する薄い非反応性層を成膜して表面安定化処理が行われる（図１１（ｃ）参照）。
【００６０】
次に、表面安定化処理が施されたセンサは、３層のハードバイアス膜（下地層／永久磁石層／キャップ層）の成膜を行うために、ロボットによってＰＶＤチャンバ４１へ搬送される。ＰＶＤチャンバ４１では、３基のマグネトロン・カソードユニットの各ターゲット（Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｔａなど）を用いて、ハードバイアス膜（下地層／永久磁石層／キャップ層）が成膜される。当該ハードバイアス膜の成膜後、完成ウエハはＵＬＬチャンバ４２に格納される。
【００６１】
本例の製造装置４０によれば、ロボットチャンバ４３に、ＩＢＥチャンバ４５及び絶縁体成膜チャンバ４６を接続しているので、センサの接合部３３の形成、絶縁体層３５の成膜、ハードバイアス膜の成膜の一連の工程を連続的に行うことができる。
【００６２】
本例の製造装置４０においては、ＩＢＥチャンバ４５で、所定枚数のウエハをエッチングした後、ＩＢＥチャンバ４５からウエハを退避させ、図５を用いて前述したクリーニング処理を行うようにしてもよい。或いは、ＩＢＥチャンバ４５において、基板ホルダーと引き出し電極の間に開閉自在なシャッター機構を設け、シャッターを閉状態として、前述したクリーニング処理を行うようにしてもよい。
【００６３】
尚、クリーニング処理は基板を連続して複数枚処理する際に、基板毎にシャッター閉状態で実施したり、一定枚数処理する毎に実施したり、装置が稼動していない待機時に実施しても良く、クリーニングを実施するタイミングは限定しない。
【符号の説明】
【００６４】
１：イオンビーム発生装置、７：引き出し電極、７ａ：第１電極、７ｂ：第２電極、７ｃ：第３電極、９：電流計、１０：フィードバック制御部、２４：イオンビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームエッチングやイオンミリング等を行うイオンビーム処理装置に用いられるイオンビーム発生装置とそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームエッチング装置やイオンミリング装置といった、イオンビームを用いて基板を処理するイオンビーム処理装置は、放電室内に生成されたプラズマから正イオンを引き出してイオンビームを生成するイオンビーム発生装置を備えている。係るイオンビーム発生装置は、正イオンをプラズマから引き出すために、放電室の一端に３枚の多孔板電極で構成された引き出し電極を配置している。引き出し電極は、それぞれ所望の間隔で配置され、それぞれプラズマ室側から第１電極（スクリーングリッド）、第２電極（アクセルグリッド）、第３電極（デクセルグリッド）と呼ばれる。特許文献１には、このような３枚の多孔板電極で構成された引き出し電極を備えたイオンビーム発生装置が開示されている。
【０００３】
イオンビームは、各電極に電圧を印加して電極間の静電界によりプラズマ中の正イオンを加速させて生成される。よって、第１電極は正電位、第２電極は負電位、第３電位は接地電位に設定され、印加される電圧はイオンビームの特性が好適になるように各々調整される。また、電極の形状等（板厚、孔径、孔ピッチ、電極間隔）は所望の条件でイオンビームの特性が好適になるようにそれぞれ設計されている。尚、ここで言うイオンビームの特性とは、プラズマから引き出されるイオンビームの発散角（引き出されるビームの直進性）であり、電極の孔の中心線に対する引き出されたイオンビームの偏向角のことを言う。
【０００４】
引き出されたイオンビームは被処理基板に照射され、基板表面をエッチングする。その際、イオンビームの発散角が重要であり、該発散角は一般的に４°以下と小さいことが求められる。発散角が大きい場合、エッチングの均一性の悪化や、基板表面にフォトレジスト等の構造体がある場合には、エッチング後の基板表面の形状が所望する形状と異なる等の問題が生じる。
【０００５】
また、第１電極と第３電極の第２電極側には、第２電極がスパッタされることにより、電極材料が付着することが知られている。これは、引き出されたイオンとの電荷交換反応により電極間に浮遊する中性ガスがイオン化し、この加速されていない低速のイオンが第２電極の電界で加速され、第２電極をスパッタすることによって生じる現象である。イオンビームの引き出しを長時間続けると、第１電極と第３電極に付着した付着膜が厚くなり、膜剥がれを発生し、電極間でのショートを引き起こしてイオンの引き出しができなくなる恐れがある。
【０００６】
このような付着膜による問題を解決するため、第２電極の電位を調整することにより、イオンビームの発散角を大きくして第３電極にイオンビームを照射し、第３電極に付着した付着膜を除去（クリーニング）する方法が講じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００１−５０２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第３電極に過剰にイオンビームを入射させてしまうと、スパッタにより第３電極の消耗と熱変形を引き起こし、エッチング速度や分布の変動を引き起こす恐れがあった。
【０００９】
本発明の課題は、３枚の多孔板電極からなる引き出し電極を備えたイオンビーム発生装置において、第３電極を損傷することなく、第３電極に付着した付着膜を除去する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１は、プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２は、プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置のクリーニング方法であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、第３電極に流れる電流を常時モニターしながらクリーニングを行うことで、第３電極に入射するビーム量を定量化でき、クリーニング時に過剰なビーム入射による第３電極の消耗や熱変形を防止することができる。また、第３電極に流れる電流を常時モニターすることで、イオンビームの発散角を類推することができ、従来は実験的に求めていた発散角の測定を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のイオンビーム発生装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明のイオンビーム発生装置の一実施形態における引き出し電極の詳細を説明する概略図である。
【図３】イオンビーム発生装置の動作原理を説明する概略図である。
【図４】第１電極及び第３電極に付着膜が堆積する原理を説明する概略図である。
【図５】第３電極のクリーニングの原理を説明する概略図である。
【図６】本発明のイオンビーム発生装置において、フィードバック制御の手順を説明するフロー図である。
【図７】本発明のクリーニング方法において、第２電極の電圧による第３電極の電流の変動を示す図である。
【図８】イオンビーム発生装置の参考実施形態における引き出し電極の詳細を説明する概略図である。
【図９】図８のイオンビーム発生装置において、アラーム表示によって装置の動作を自動停止する手順を説明するフロー図である。
【図１０】図８のイオンビーム発生装置において、アラーム表示によって装置の動作を手動停止する手順を説明するフロー図である。
【図１１】イオンビームを利用した磁気読み取りヘッド用センサのＴＭＲスタックのパターニング工程を示す断面模式図である。
【図１２】イオンビーム処理装置を用いたハードバイアス膜成膜装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態）
図１を参照して、本発明のイオンビーム発生装置の全体構成を説明する。イオンビーム発生装置１は、プラズマを閉じ込めるためのメタル放電室５、壁面でのプラズマ損失を防ぐためのカスプマグネット（永久磁石）６、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるためのＲＦコイル３（プラズマ発生源）を有している。さらに、高周波電磁界を真空に導入するための誘電体窓４、生成されたプラズマの分布を制御するための電磁石２、プラズマ中のイオンを引き出すための引き出し電極７を備えている。また、図示していないが、プラズマ発生源から引き出されたイオンビーム（正電位のイオン）によって生じる空間電位を中和するための電子源（ニュートラライザ）が設けられている。
【００１５】
不図示のガス導入手段から放電室５に不活性ガス（アルゴン、キセノン、クリプトンなど）が導入され、ＲＦコイル３に高周波電力が印加されると、放電室５内にプラズマが発生する。このプラズマ中からイオンは、所定の電圧が印加された引き出し電極７により引き出され、イオンビームとなって被処理部材（基板）に照射される。引き出し電極７は、放電室５側から順に、第１電極７ａ、第２電極７ｂ、及び第３電極７ｃを有している。第１電極７ａ、第２電極７ｂ、及び第３電極７ｃは、複数の孔を有するグリッド構造を有した多孔板電極である。長寿命化や耐久性の観点から、構成部材（グリッド材）としてはスパッタリング率が低いモリブデンやカーボンが用いられる。
【００１６】
尚、イオンビーム処理装置は、本発明のイオンビーム発生装置１と、該装置の第３電極７ｃ側に真空室（不図示）を備え、該真空室内にイオンエッチング等のイオンビーム処理を施す被処理基板を載置する基板ホルダーを備えている。
【００１７】
図２は、第３電極７ｃのクリーニング時の引き出し電極７の詳細構成を説明するための概略図である。図２に示すように、第１電極７ａは、第１電源１１と接続されて正電位に維持され、第２電極７ｂは第２電源１２と接続されて負電位に維持され、第３電極７ｃはローパスフィルタ８、電流計９を介して、アースと接続されている。このように、第１乃至第３電極７ａ乃至７ｃの各電位はそれぞれ独立して制御されている。また、第３電極７ｃからアースに向かって流れる電流は、電流測定手段である電流計９によって測定され、フィードバック制御部１０に送信され、フィードバック制御部１０は、当該電流値に基づき、第２電源１２を制御することができる。
【００１８】
本例においては、第１電極７ａは正電位（例えば、１００乃至１０００Ｖ）に第１電源１１が設定され、第２電極７ｂは負電位（例えば、−１０００乃至−３０００Ｖ）に第２電源１２が設定され、第３電極７ｃは接地電位になるように維持されている。
【００１９】
図３を参照して、イオンビーム発生装置１の動作原理を説明する。図３に示すように、放電室５内にプラズマを発生させ、第１電極７ａに正電圧、第２電極７ｂに負電圧をそれぞれ印加すると、第１電極７ａと第２電極７ｂの電位差によってプラズマ中のイオン２３のみが静電加速によって引き出される。プラズマから引き出されたイオン２３は、第２電極７ａと第３電極７ｃの電位差によって逆に減速されるため、第３電極７ｃを通過するイオン２３は第１電極７ａの電位分のエネルギーを持ったイオンビーム２４として噴射される。第３電極７ｃから引き出されるイオンビーム２４は、各電極の電圧による静電界（不図示）によって偏向されている。第３電極７ｃから引き出されたイオンビーム２４の孔の中心軸に対する偏向角度をビームの発散角θという。
【００２０】
図４を参照して、電極に付着膜が堆積する原理を説明する。第１電極７ａと第３電極７ｃの第２電極７ｂに面する側には、第２電極７ｂの電極材料がスパッタされ、付着膜２１ａ，２１ｂとして付着する。具体的には、放電室５に導入された中性ガスの中には、電極間において引き出されるイオン２３との電荷交換反応によりイオン化し、低速イオン（＋Ｌ）になるものがある。電荷交換反応とは、それぞれの粒子の運動量を保存したまま電荷だけが交換される現象である。区別するために前記したイオンビーム２４を高速イオン（＋Ｈ）と呼ぶが、高速イオンは各電極の電圧による静電界（不図示）によって加速・偏向され、電極に衝突せずに第３電極７ｃから噴射される。一方、加速されていない低速イオンは第２電極７ｂの負電位によって加速され第２電極７ｂに衝突し、スパッタリングを起こす。スパッタされた第２電極７ｂの材料は、粒子となって第１電極７ａと第３電極７ｃに付着し、付着膜２１ａ，２１ｂを形成する。図４中の「ｎ」は中性ガスを示す。
【００２１】
第３電極７ｃに付着した付着膜２１ｂは、多量に堆積されると、第２電極７ｂとの間でショートしてしまうことがある。そのため、定期的に第３電極７ｃに付着した膜を除去（クリーニング）する必要がある。
【００２２】
図５を参照して、第３電極７ｃのクリーニングの原理を説明する。引き出されるイオンビームは、各電極の電圧による静電界によって加速・偏向され、所定の発散角θを有している。第１電極７ａと第２電極７ｂの間の静電界は、電界の形状によって引き出されるイオンを収束する。反対に第２電極７ｂと第３電極７ｃの間の静電界は、イオンを発散させる。第１電極７ａの電圧は通常、引き出されるイオンビームのエネルギーを決めるために用いるため、所定の値に設定して使う。第２電極７ｂの電圧は、所定の第１電極７ａの電圧でビームの発散角が最小となるように調整される。また、意図的に第２電極７ｂの電圧を、イオンビームの発散角が最小となる電圧値より低く設定することで発散角を大きくし、第３電極７ｃにイオンビームを入射させることも出来る。
【００２３】
このように、第２電極７ｂの電圧を通常よりも低く設定することにより、第３電極７ｃにイオンビームが直接入射すると、前記の第３電極７ｃ表面の付着膜２１ｂがスパッタされ、該付着膜２１ｂを除去（クリーニング）することができる。
【００２４】
但し、第２電極７ｂの電圧を必要以上に小さくすると、過剰に第３電極７ｃにイオンビームが入射し、スパッタによる第３電極７ｃの消耗と熱変形を引き起こす。クリーニング時間も同様で、必要以上に長時間のクリーニングを実施すると第３電極７ｃの消耗を引き起こすため、クリーニングに用いるイオンビームの量とクリーニング時間の両方を管理することが重要である。
【００２５】
本発明の第１の実施形態においては、クリーニング工程において、第３電極７ｃに流れる電流値を測定し、その測定値に基づいて、第２電極７ｂをフィードバック制御する。
【００２６】
図６を参照して、具体的に処理手順を説明する。ステップＳ１においては、前述したように、第２電極７ｂの電圧をイオンビームの発散角が最小となる電圧値より低く設定することにより、発散角を大きくし、第３電極７ｃにイオンビームを照射してクリーニング処理を開始する。
【００２７】
ステップＳ２においては、図２に示す電流計９により、第３電極７ｃに流れる電流を測定し、測定値を常時フィードバック制御部１０へ送信する。
【００２８】
尚、第３電極７ｃに流れる電流を測定する際には、ニュートラライザの動作を停止させる必要がある。なぜなら、本ニュートラライザ動作中は、ニュートラライザから供給された電子が第３電極７ｃに流入するためクリーニングのために第３電極７ｃに入射させた正イオンによる電流の計測が困難になるからである。
【００２９】
ステップＳ３において、フィードバック制御部１０は、電流計９から送信される電流値が、設定値（閾値）と等しいか否かを判定する。電流値が設定値と等しい時（Ｙｅｓ）は、ステップＳ５のタイマー処理に進む。他方、電流値が設定値と等しくない時（Ｎｏ）は、ステップＳ４の第２電極電圧制御処理に進む。
【００３０】
ステップＳ４の第２電極電圧制御処理に関して、電流計９で測定された電流値が設定値より大きい場合と、小さい場合とに分けて、後述する実施例を例に、図７を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図７に、第１電極７ａの電圧を＋１００Ｖ、電流を３２５ｍＡに設定して、第２電極７ｂの電圧を変化させた時の第２電極７ｂの電流値、及び第３電極７ｃの電流値の変化を示した。通常用いるビーム条件（Ｎｏｒｍａｌ）である第２電極電圧（−２４００Ｖ）では、図７に示すように第２電極７ｂ、第３電極７ｃの電流値（６０ｍＡ）は極小値に近い。このことから第３電極７ｃへのイオンビームの入射が少ない、つまりイオンビームの発散角が小さいと判断できる。尚、図７において、第２電極電圧は絶対値で示す。
【００３２】
通常のビーム条件から第２電極７ｂの電圧を下げると、図７に示すように第３電極７ｃの電流値が増加し、このことから、第３電極７ｃへのイオンビームの入射が増大する、つまりイオンビームの発散角が大きくなっていることがわかる。適正なクリーニングに使用する条件（Ｄｅｆｏｃｕｓ）としては第３電極７ｃの電流（１１０ｍＡ）が、通常の条件の約２倍になる第２電極７ｂの電圧（−１９００Ｖ）を用いる。この条件において通常３０分間のイオンビームの使用に対して３％に相当する１分間のクリーニングで第３電極７ｃの付着膜が除去されることが確認されている。
【００３３】
また、適正なクリーニング条件よりさらに第２電極７ｂの電圧を小さくした場合、第３電極７ｃの電流はさらに大きくなる。しかし、第３電極７ｃの電流値の上昇が急峻なためクリーニングに使用するには第３電極７ｃが消耗しないようにクリーニング時間に注意しなければならない。
【００３４】
さらに第２電極７ｂの電圧を小さくした場合、図７に示したように第２電極７ｂに流れる電流値が増加する。第１電極７ａの電圧を１００Ｖに維持したまま、第２電極７ｂの電圧を−１９００Ｖから−１２００Ｖへ低減させると、第３電極７ｃの電流値は１１０ｍＡから３００ｍＡに増加する。同時に、第２電極７ｂの電流値も６０ｍＡから７０ｍＡまで増加する。このように第２電極７ｂの電流が増加する条件（−１４００Ｖ以上）では、減速されていない高速イオンが第２電極７ｂに入射しているため、スパッタによる第２電極７ｂの消耗が激しい。よって、第２電極７ｂの電流が増加する条件（−１４００Ｖ以上）をクリーニングに使用することは望ましくない。
【００３５】
上記の条件をまとめると以下の通りである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上より、本例においては、フィードバック制御部１０は、電流計９がクリーニング条件で使用する設定値（１１０ｍＡ）より低い場合は、第２電極７ｂの電圧を適宜低下させるように制御する。一方、電流計９がクリーニング条件で使用する設定値（１１０ｍＡ）より高い場合は、第２電極７ｂの電圧の絶対値を適宜増加させるように制御する。
【００３８】
ステップＳ４の第２電極電圧制御処理が完了すると、再びステップＳ２及びステップＳ３の処理が、第３電極７ａの電流が設定値（１１０ｍＡ）と一致するまで繰り返される。
【００３９】
ステップＳ５においては、ステップＳ４で電流値が設定値（１１０ｍＡ）と等しいと判断された時から、タイマー処理が開始される。そして、タイマー処理において所定時間（例えば、１分）が経過すると、ステップＳ６に進み、クリーニング処理が停止される。
【００４０】
（参考実施形態）
図８、図９、及び図１０を参照して、参考実施形態について説明する。
【００４１】
本例は、図２に示した実施形態とは異なり、図８に示すように、電流計９で測定された値を表示する表示手段１５と、電流計９の測定値に基づいて、第１電源１１及び第２電源１２を自動停止する電源停止手段１６が追加されている。それ以外の構成は基本的に図２で示した構成と同一である。
【００４２】
図９を参照して、クリーニング工程においてアラーム表示を行う動作手順を説明する。ステップＳ１において、第１の実施形態と同様の第３電極７ｃのクリーニング処理が行われる。第１電極７ａの電圧、第２電極７ｂの電圧の条件は、前述したように、それぞれ＋１００Ｖ、−１９００Ｖとなるように設定する。
【００４３】
ステップＳ２において、電流計９により、第３電極７ｃに流れる電流が測定される。測定された電流値は制御部１４に送信される。
【００４４】
ステップＳ３において、制御部１４は、測定された電流値が設定値より大きいか否かを判断する。ステップＳ３で電流値が設定値より大きい（Ｙｅｓ）場合、イオンビームの発散角が増大し、第３電極７ｃにイオンビームが多く入射しているため、ステップＳ４に進み、表示手段１５がアラームを表示する。そして、ステップＳ５に進み、電源停止手段１６が、第１電源１１、第２電源１２を自動停止することで、クリーニング処理を停止する。ステップＳ３で電流値が設定値より小さい（Ｎｏ）場合には、そのままクリーニング処理を続行する。
【００４５】
図１０は、図９と異なり、ステップＳ４（アラーム表示）の後に、ステップＳ６（停止操作アラーム）が追加されており、表示装置使用者によって、手動で第１電源１１、第２電源１２を停止して、クリーニング処理を停止する（Ｓ７）例である。
【００４６】
上記のように、第３電極に流れる電流が閾値に達した際にアラームを表示したり、動作を自動停止する手段を設けることによって、電極の熱変形や組立上の不具合によりビームの発散角が大きくなった場合でも、イオンビーム処理への影響を防止することができる。
【００４７】
上記したように、第３電極７ｃに流れる電流を測定しながら、所定の設定値を超えた場合には第２電極７ｂに印加する電圧を制御する、或いは、処理を停止することによって、第３電極７ｃへの過剰なイオンビームの入射を防止することができる。係る作用は、イオンビームの発散角θを制御することによって得られるものであるから、同様の手法によって、エッチング等の通常のイオンビーム処理においても、イオンビームの発散角θの制御を行い、適正な処理を行うことができる。即ち、イオンビーム処理においては、第１電極７ａの電圧を＋１００Ｖ、電流を３２５ｍＡに設定し、第２電極７ｂの電圧を通常用いるビーム条件（Ｎｏｒｍａｌ）である第２電極電圧（−２４００Ｖ）とする。この条件下でイオンビーム処理を行い、同時に第３電極７ｃに流れる電流を測定し、測定値が設定値（６０ｍＡ）を超えた場合には第２電極電圧を制御する、或いは、アラームを表示し、自動又は手動で処理を停止することとする。
【００４８】
本発明のイオンビーム発生装置はイオンビームエッチングやイオンミリングを行うイオンビーム処理装置に用いられる。本発明に係る第３電極のクリーニング処理は、係るイオンビーム処理装置において、複数枚の被処理基板を連続してイオンビーム処理する工程中に、適宜、実施することができるが、クリーニング処理中は被処理基板への影響を避ける必要がある。そのため、クリーニング処理を実施する際には、被処理基板を真空室から退避させるか、或いは、予め基板ホルダーと引き出し電極との間に開閉自在なシャッターを備えておき、該シャッターを閉状態として、クリーニング処理を行う。
【００４９】
本発明に係るイオンビーム処理装置は、例えば、磁気ヘッドや磁気読み取りヘッド用センサのＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）スタックのパターニングに好適に用いられる。以下に、係るパターニング工程について説明する。
【００５０】
図１１は、ＴＭＲスタックのパターニング工程を示す断面模式図である。図１１（ａ）に示すように、ウエハ３０上にＴＭＲスタック３１を成膜後、このスタック３１上にフォトレジスト３２を形成し、現像、パターン化する。例示したフォトレジスト３２は下部に凹部３２ａを有しており、１層または２層の場合がある。２層のフォトレジストの場合は、通常下位層の方が薄く、凹部３２ａを形成するためにオーバーエッチされている。これにより、フォトレジストのリフトオフ・プロセスが促進される。
【００５１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、イオンビームによって、ＴＭＲスタック３１のレジスト３２で覆われていない部分をエッチングする。ビームの入射角を変えることにより、接合部３３の側壁形状を制御できる。ほぼ垂直の入射を行った場合、接合部３３はスカートのように、上部が狭く下部層に近づくにつれて広くなる。イオンビームの照準をさらに鋭角に合わせることにより、接合部３３をより垂直にして下部の広がりを減少でき、ほぼ垂直な接合部側壁が得られる。図１１中、３４はフリー層である。
【００５２】
様々な角度でのイオンビームミリング（ＩＢＥ）によりセンサがパターン化され、所望の側壁を有する接合部３３のプロファイルを得る。ミリングによって、フォトレジスト３２及び接合部側壁にも再付着するため、側壁をきれいにして接合部３３で電気ショートが起きないように、通常、別途鋭角でミリングを行う。
【００５３】
次に、図１１（ｃ）に示すように、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｓｉ−Ｎ、ＨｆＯ2またはこれらの組み合わせから選択される絶縁体層３５を成膜して、側壁を電気的に絶縁する。
【００５４】
絶縁体層３５の成膜は物理的気相成膜（ＰＶＤ）で行うことができる。しかし、側壁の厚み制御は極めて重要であるため、例えば、イオンビーム成膜（ＩＢＤ）や原子層成膜（ＡＬＤ）などのより適合する成膜技術が好ましい。原子層成膜は蒸着率が非常に低いが、共形なカバレッジが得られる。中間入射角（４５°以下）のイオンビーム成膜では、センサ側壁のカバレッジが大きくなる。このカバレッジは薄いため、インボードとアウトボードの問題はさほど重要ではない。
【００５５】
次に、図１２に、本発明に係るイオンビーム処理装置とハードバイアス膜の成膜装置とを組み込んだ磁気ヘッドの製造装置の概略図を示す。
【００５６】
図１２に示すように、本例の製造装置４０は、ＰＶＤチャンバ４１、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）チャンバ４５及び絶縁体成膜チャンバ４６、ロードロック（ＬＬ）チャンバ４４、アンロードロック（ＵＬＬ）チャンバ４２を備えている。即ち、本例の製造装置４０は、中央に配置したロボットチャンバ４３に、ＰＶＤチャンバ４１、ＩＢＥチャンバ４５、絶縁体成膜チャンバ４６、ＬＬチャンバ４４、ＵＬＬチャンバ４２を接続配置している。従って、ウエハ処理ユニット４２、ＰＶＤチャンバ４１、ＩＢＥチャンバ４５、絶縁体成膜チャンバ４６、ＬＬチャンバ４４、ＵＬＬチャンバ４２のそれぞれの装置へのウエハの受け渡しは、ロボットチャンバ４３内のハンドリングロボットの操作により行われる。尚、ＩＢＥチャンバ４５は、本発明のイオンビーム発生装置を備えたイオンビーム処理装置である。
【００５７】
次に、図１２の製造装置４０を用い、図１１の工程及びハードバイアス膜の成膜工程を続けて行う場合について説明する。本例の成膜方法は、先ず、ロボットチャンバ４３内のハンドリングロボットがＬＬチャンバ４４のカセットからウエハを取り出し、ＩＢＥチャンバ４５へ搬送する。このウエハには、図１１（ａ）に示すＴＭＲスタック３１とパターン化フォトレジスト３２が形成されている。
【００５８】
ＩＢＥチャンバでは、ＴＭＲスタック３１をエッチング処理してセンサの接合部３３が形成される（図１１（ｂ））。センサの接合部３３の形成後、ウエハはロボットによって絶縁体成膜チャンバ４６へ搬送される。
【００５９】
絶縁体成膜チャンバ４６では、電気的絶縁性を有する薄い非反応性層を成膜して表面安定化処理が行われる（図１１（ｃ）参照）。
【００６０】
次に、表面安定化処理が施されたセンサは、３層のハードバイアス膜（下地層／永久磁石層／キャップ層）の成膜を行うために、ロボットによってＰＶＤチャンバ４１へ搬送される。ＰＶＤチャンバ４１では、３基のマグネトロン・カソードユニットの各ターゲット（Ｃｒ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｔａなど）を用いて、ハードバイアス膜（下地層／永久磁石層／キャップ層）が成膜される。当該ハードバイアス膜の成膜後、完成ウエハはＵＬＬチャンバ４２に格納される。
【００６１】
本例の製造装置４０によれば、ロボットチャンバ４３に、ＩＢＥチャンバ４５及び絶縁体成膜チャンバ４６を接続しているので、センサの接合部３３の形成、絶縁体層３５の成膜、ハードバイアス膜の成膜の一連の工程を連続的に行うことができる。
【００６２】
本例の製造装置４０においては、ＩＢＥチャンバ４５で、所定枚数のウエハをエッチングした後、ＩＢＥチャンバ４５からウエハを退避させ、図５を用いて前述したクリーニング処理を行うようにしてもよい。或いは、ＩＢＥチャンバ４５において、基板ホルダーと引き出し電極の間に開閉自在なシャッター機構を設け、シャッターを閉状態として、前述したクリーニング処理を行うようにしてもよい。
【００６３】
尚、クリーニング処理は基板を連続して複数枚処理する際に、基板毎にシャッター閉状態で実施したり、一定枚数処理する毎に実施したり、装置が稼動していない待機時に実施しても良く、クリーニングを実施するタイミングは限定しない。
【符号の説明】
【００６４】
１：イオンビーム発生装置、７：引き出し電極、７ａ：第１電極、７ｂ：第２電極、７ｃ：第３電極、９：電流計、１０：フィードバック制御部、２４：イオンビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
さらに、該イオンビームを中和するために電子を供給するニュートラライザを備え、
前記ニュートラライザは、前記クリーニング中には、電子を供給しないように電源をオフにすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置のクリーニング方法であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とするイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記イオンビーム発生装置は、さらに、該イオンビームを中和するために電子を供給するニュートラライザを備え、
前記クリーニング中には、電子を供給しないように前記ニュートラライザの電源をオフにすることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【請求項１】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
さらに、該イオンビームを中和するために電子を供給するニュートラライザを備え、
前記ニュートラライザは、前記クリーニング中には、電子を供給しないように電源をオフにすることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源の側から順に配置された、それぞれ多孔板電極である、第１電極、第２電極、及び第３電極からなり、前記プラズマ発生源で発生したイオンを引き出す引き出し電極と、
前記第１及び第２電極の電位をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記第３電極に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電流測定手段による測定値に基づいて、前記第２電極の電位をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備え、
前記第３電極は接地電位になっており、
前記制御手段は、前記第１電極を正電位に、前記第２電極を負電位に制御して、イオンビームを前記第３電極に入射させて、前記第３電極のクリーニングを行うイオンビーム発生装置のクリーニング方法であって、
前記フィードバック制御部は、前記電流測定手段によって測定された前記第３電極の電流値が閾値を超えた場合に、前記第２電極の電圧の絶対値を上げるように制御することを特徴とするイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記イオンビーム発生装置は、さらに、該イオンビームを中和するために電子を供給するニュートラライザを備え、
前記クリーニング中には、電子を供給しないように前記ニュートラライザの電源をオフにすることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム発生装置のクリーニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２４２１５（Ｐ２０１１−１２４２１５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６２９９（Ｐ２０１０−１９６２９９）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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