專利名稱：等離子體處理裝置、等離子體處理方法以及包括待處理基板的元件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體處理裝置、等離子體處理方法以及包括待處理基板的元件的制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及諸如通過使用等離子體在待處理基板的表面上形成薄膜或蝕刻待處理基板的表面等利用等離子體處理基板的等離子體處理裝置和等離子體處理方法，以及包括待處理基板的元件的制造方法。
背景技術：
傳統(tǒng)地，例如，在蝕刻裝置中，主要使用使用磁體的磁控型等離子體產(chǎn)生裝置、使用電子回旋共振的ECR放電型等離子體產(chǎn)生裝置以及使用螺旋波的螺旋型等離子體產(chǎn)生
直ο作為等離子體產(chǎn)生裝置，專利文獻1公開了一種裝置，在該裝置中，沿著環(huán)狀中心軸線被磁化的多個永磁體以極性交替的方式被同心地配置于等離子體產(chǎn)生室的上壁，并且磁力線圈(magnetic coil)被進一步配置于等離子體產(chǎn)生室的側壁的外部。在該裝置中， 產(chǎn)生如下線圈磁場通過配置于側壁的磁力線圈，磁力線指向基板側，由此產(chǎn)生于等離子體產(chǎn)生室的上壁附近的等離子體被線圈磁場寬范圍地擴散(diffuse)。而且，專利文獻2公開了一種裝置，在該裝置中，連接到自偏壓產(chǎn)生用高頻電源的基板保持件被配置為離等離子體產(chǎn)生用高頻電極足夠遠，并且磁力線圈不僅被配置于高頻電極和基板保持件之間的真空容器的外部，還配置于高頻電極的背面。該裝置在不損壞待處理物的情況下自由地控制自偏壓并且進行穩(wěn)定的等離子體處理。實現(xiàn)等離子體的均一化的另一種方法是以極性交替的方式同心地并且三重地配置沿圓筒的中心軸線方向(沿圓筒的縱向)磁化的圓筒形永磁體。在該情況下，在真空容器內產(chǎn)生形成于由配置于外部的兩個圓筒形永磁體(中央和最外側的永磁體)形成的磁力線和由配置于內部的兩個圓筒形永磁體(中央和最內側的永磁體)形成的磁力線之間的邊界面(分界線(s印aratrix))。由于等離子體在由分界線包圍的內部膨脹，所以使得永磁體的強度被最優(yōu)化并且由此可以控制等離子體的擴散區(qū)域并且調節(jié)均一性。這種類型的磁場產(chǎn)生裝置被提出并應用到平面型ECR裝置等(參見專利文獻3)。[相關技術文獻][專利文獻][專利文獻1]特開平10-2704 號公報[專利文獻2]特許第沈52547號公報[專利文獻3]特開平6-325899號公報

發(fā)明內容
作為用于制造半導體器件的待處理基板，近年來主要使用直徑大約為30cm的基板，并且需要在基板的整個表面上均一地進行處理。
然而，在專利文獻1中公開的裝置中，為了使產(chǎn)生的等離子體擴散和變得均一，當待處理基板變得較大時，由等離子體產(chǎn)生的帶電粒子需要在線圈磁場內飛行較長的距離， 因此不利地是難以減小裝置的尺寸。另外，如圖5A和圖5B所示，專利文獻1的另一個實施方式公開了一種等離子體處理裝置，該裝置被構造成通過配置于等離子體產(chǎn)生裝置51的上壁的永磁體52和配置于等離子體產(chǎn)生裝置51的側壁的永磁體53a至5 形成均一的等離子體。如圖5B所示，永磁體53a至53h以極性交替的方式沿著等離子體產(chǎn)生裝置51的側壁的外周彼此分開地配置于該側壁。由此，如圖5B所示，在等離子體產(chǎn)生裝置51內產(chǎn)生的等離子體Pl通過由永磁體53a至5 產(chǎn)生的相應的磁場Bl而沿箭頭示出的方向A返回。然而，在圖5A和圖5B所示的構造中，等離子體不利地在等離子體產(chǎn)生裝置51的側壁的配置有永磁體53a至53h的部分和未配置有永磁體53a至53h的部分之間變得不均一。另外，為了調節(jié)等離子體密度分布，不利地是每次都需要更換(replace)永磁體52和永磁體53a至53h。圖5B是沿著圖5A的線VB-VB截取的剖視圖。在專利文獻2公開的僅使用磁力線圈的裝置構造中，能夠獲得穩(wěn)定的放電，但是不能防止帶電粒子逃逸到真空容器的壁的行為，因此不利地是難以均一地產(chǎn)生高密度等離子體。特別地，在專利文獻2公開的等離子體蝕刻裝置中，如圖6所示，能夠由線圈61調節(jié)等離子體密度分布的區(qū)域局限于位于線圈61上側的區(qū)域。由此，不利地是難以調節(jié)線圈 61的下側和基板62之間的等離子體密度分布。在圖6中，附圖標記63表示等離子體產(chǎn)生用高頻電極，附圖標記64表示配置于高頻電極63的背面的磁力線圈。在專利文獻3公開的裝置中，同心地配置三個圓筒形永磁體，所述永磁體被磁化成使得在圓筒的軸線方向上相鄰的極性彼此相反。在由該磁路形成的磁力線的分布中，在由位于外部的兩個圓筒形永磁體形成的磁力線和由位于內部的兩個圓筒形永磁體形成的磁力線之間形成邊界面(分界線)。已經(jīng)證明分界線的位置與等離子體漂浮電位的局部極小值對應并且等離子體密度的均一性在由漂浮電位局部極小部分包圍的內部是滿意的。由此，為了增大具有滿意的等離子體密度均一性的部分的尺寸，有效的是將磁路構造成使得分界線從上述的三個磁體的配置位置朝向基板側向外擴展。然而，在專利文獻3公開的使用永磁體產(chǎn)生分界線的裝置中，需要更換永磁體來調節(jié)分界線形狀，由此不利地是難以進行調節(jié)以獲得均一的等離子體分布。本發(fā)明的目的是提供能解決至少一個上述問題的等離子體處理裝置。具體地，本發(fā)明的目的是提供能夠容易地調節(jié)等離子體密度分布同時保持等離子體密度均一的等離子體處理裝置和等離子體處理方法，以及包括待處理基板的元件的制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供能夠容易地調節(jié)分界線形狀并且能夠容易地使大面積的等離子體分布均一化的等離子體處理裝置和等離子體處理方法，以及包括待處理基板的元件的制造方法。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種等離子體處理裝置，其包括真空容器； 等離子體產(chǎn)生機構，其用于在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體；基板保持件，其被配置于所述真空容器內并用于保持待處理基板；以及磁路，其用于在所述真空容器內產(chǎn)生磁場，其中所述磁路包括第一磁場產(chǎn)生部件，其被設置于所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁，所述第一磁場產(chǎn)生部件能夠通過被施加的電流而調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，并且所述第一磁場產(chǎn)生部件以使得北極和南極中的一方磁極指向所述真空容器的內部并且另一方磁極指向所述真空容器的外部的方式配置；及第二磁場產(chǎn)生部件，其被設置于所述真空容器的側壁并且以使得所述一方磁極指向所述真空容器的內部且所述另一方磁極指向所述真空容器的外部的方式配置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種等離子體處理方法，其包括將待處理基板配置于設置在真空容器內的基板保持件上的步驟；在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體的步驟；以及通過對第一磁場產(chǎn)生部件施加電流而產(chǎn)生的磁力線和由第二磁場產(chǎn)生部件產(chǎn)生的磁力線形成從所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁向所述基板保持件擴展的分界線的步驟，其中所述第一磁場產(chǎn)生部件設置于所述上壁并且能夠通過被施加的電流調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，所述第二磁場產(chǎn)生部件被設置于所述真空容器的側壁，其中，在形成所述分界線的步驟中，通過調節(jié)施加到所述第一磁場產(chǎn)生部件的電流能夠調節(jié)所述分界線的形狀。根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括待處理基板的元件的制造方法，該方法包括將所述待處理基板配置于基板保持件的步驟，其中所述基板保持件設置在用于進行預定的等離子體處理的真空容器內；在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體的步驟；以及通過對第一磁場產(chǎn)生部件施加電流而產(chǎn)生的磁力線和由第二磁場產(chǎn)生部件產(chǎn)生的磁力線形成從所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁向所述基板保持件擴展的分界線以及進行所述預定的等離子體處理的步驟，其中所述第一磁場產(chǎn)生部件設置于所述上壁并且能夠通過被施加的電流調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，所述第二磁場產(chǎn)生部件被設置于所述真空容器的側壁，其中，在進行所述等離子體處理的步驟中，通過調節(jié)施加到所述第一磁場產(chǎn)生部件的電流能夠調節(jié)所述分界線的形狀。根據(jù)本發(fā)明，良好地構思了對等離子體產(chǎn)生室施加磁場的磁路的構造，由此可以自由地控制等離子體的均一性的滿意范圍。為了產(chǎn)生期望的磁場，可以通過改變流過作為磁場部件的磁力線圈的電流而對分界線的形狀進行精細的調節(jié)。由此，例如，可以形成具有擴展的分界線的磁場并且使等離子體產(chǎn)生室內產(chǎn)生的等離子體在短距離中均一地擴散。如果分界線在產(chǎn)生等離子體的區(qū)域的近旁變窄，則可以使用高密度等離子體來處理基板，由此可以以高處理速度進行表面處理。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置的實施方式的構造的示意性剖視圖；圖2是沿著圖1的線II-II截取的剖視圖；圖3是示出圖1的裝置中產(chǎn)生的磁力線的分布的圖；圖4A是示出圖1的裝置中產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的圖；圖4B是示出當圖4A中的線圈電流增大時產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的圖；圖4C是示出當圖4A中的線圈電流減小時產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的圖；圖4D是示出傳統(tǒng)的等離子體處理裝置中產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的圖；圖4E是示出當圖4D中的真空容器的側壁的線圈電流的方向反向時產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的圖；圖5A是示出傳統(tǒng)的等離子體處理裝置的構造的示意性剖視圖5B是沿著圖5A的線VB-VB截取的剖視圖；圖6是示出另一傳統(tǒng)的等離子體處理裝置的構造的示意性剖視圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的離子束蝕刻裝置的構造的示意性剖視圖；圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁致電阻效應元件的制造過程的流程圖；圖8B是示出與圖8A的流程圖對應的加工前元件的剖視結構的圖；圖9是示出生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁致電阻效應元件的加工前元件的裝置的圖；圖10是制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁致電阻效應元件的裝置的示意性構造圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多層磁性膜的構造的圖。
具體實施例方式下面將參照

本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式。在下面說明的附圖中，具有相同功能的部件用相同的附圖標記表示，并且不重復對它們的說明。(第一實施方式)圖1是示意性地示出作為根據(jù)本發(fā)明的等離子體產(chǎn)生裝置的優(yōu)選實施方式的感應耦合等離子體處理裝置的構造的剖視圖；圖2是沿著圖1的線II-II截取的剖視圖；圖3 是示出本實施方式的裝置中產(chǎn)生的磁力線的分布的圖。在圖1的等離子體處理裝置中，真空容器1由具有連通孔的隔壁板(柵格)4分成等離子體產(chǎn)生室2和等離子體處理室5。等離子體產(chǎn)生室2包括諸如SLA(單環(huán)天線)11 等等離子體產(chǎn)生機構以及具有磁力線圈12和永磁體13的磁路3，并且磁路3在真空容器1 內產(chǎn)生磁場。等離子體處理室5包括基板保持機構6。真空容器1包括供氣機構(未示出)，其連接到用于引入等離子體產(chǎn)生用的氣體的供氣口 7 ；以及排氣機構(未示出)，其用于使真空容器1的內部進入要求的減壓狀態(tài)。供氣機構和排氣機構通常是已知的，由此省略它們的詳細說明。作為等離子體產(chǎn)生機構，不必總是使用SLA ；而是可以使用平板電極或其他形狀的天線，只要能夠產(chǎn)生等離子體即可。當使用平板電極時，優(yōu)選地該平板電極以面對后面將要說明的待處理基板23的方式配置在真空容器1內。在本實施方式中，磁路3包括磁力線圈12和永磁體13。磁力線圈12配置于真空容器1的上壁的外部，即，等離子體產(chǎn)生室2的上壁沈的外部；磁力線圈12的中心軸線配置為與等離子體產(chǎn)生室2的中心軸線重合。設置一個磁力線圈12或同心地設置多個磁力線圈12，并且將磁力線圈12固定到等離子體產(chǎn)生室2的大氣側(等離子體產(chǎn)生室2的外部)。DC電源25連接到磁力線圈12 ；從DC電源25供給用于產(chǎn)生磁場的電流，由此磁力線圈12產(chǎn)生磁場。DC電源25被構造為能夠調節(jié)輸出電流的值；電流值能夠由未示出的控制裝置控制。以使得真空容器1內的磁力線從真空容器1的中心指向真空容器1的側壁27 的方式施加流過磁力線圈12的電流。具體地，設置于等離子體產(chǎn)生室2 (真空容器1)的與后面將要說明的基板保持件21相對的上壁沈上的磁力線圈12被構造為產(chǎn)生從上壁沈指向側壁27的磁力線(磁力線圈12被配置為使得其北極指向真空容器1側并且南極指向大氣側(與真空容器1所在側相反的一側))。
7
永磁體13被固定到真空容器1的側壁27。具體地，如圖2所示，在等離子體產(chǎn)生室2的側壁27的外部，沿等離子體產(chǎn)生室2的中心軸線磁化的永磁體13被相對于等離子體產(chǎn)生室2的中心軸線同心地配置以形成環(huán)狀。如果環(huán)狀永磁體13不能沿該環(huán)的中心方向被磁化，則永磁體的環(huán)可以通過以形成環(huán)狀的方式配置薄的磁體片而產(chǎn)生，所述薄的磁體片能夠獲得所需的磁化方向指向等離子體產(chǎn)生室2 (真空容器1)的中心軸線(例如，北極指向中心軸線)的磁場。被施加到所有磁力線圈12的電流被設定為使得等離子體產(chǎn)生室2內的磁力線從真空容器1的中心指向側壁。永磁體13以如下方式被配置所述永磁體13被磁化使得朝向真空容器1的內部、 即朝向環(huán)的中心軸線的極性是北極并且朝向真空容器1的外部的極性是南極。只要朝向真空容器1的中心軸線的極性是北極的永磁體13是環(huán)狀并且被配置于真空容器1的側壁27， 就能夠自由地決定環(huán)的數(shù)量。磁力線圈12的直徑和截面形狀不受特別的限制。只要磁力線圈12被配置于等離子體產(chǎn)生室2的上壁沈上，就不限制磁力線圈12的數(shù)量。在圖3中，為了形成具有最大可能直徑的分界線8，在上壁沈的寬區(qū)域中產(chǎn)生磁力線，并且在上壁沈的端部附近和上壁沈的中心附近雙重配置磁力線圈12，使得分界線8的端部不僅到達上壁沈也到達側壁27?？紤]每次能適用的處理條件實驗性地確定施加到永磁體13和磁力線圈12的電流。為了對圖1的等離子體處理裝置中的基板進行處理，首先利用未示出的排出機構 (真空泵等)排出真空容器1內的空氣以使真空容器1具有預定壓力，然后利用未示出的供氣機構引入氣體以使真空容器1具有預定壓力?；灞３謾C構6包括用于放置待處理基板23的基板保持件21 ；例如，基板保持件 21通過固定軸22被配置于真空容器1內?；灞３旨?1和固定軸22接地；為了對基板 23施加諸如高頻波等偏壓，也可以通過在真空容器1和固定軸22之間插入絕緣件等而將基板保持機構6設定在漂浮電位(floating potential) 0還可以在基板保持件21和固定軸 22內設置用于冷卻或加熱基板23的機構。待處理基板23被配置于基板保持件21上。基板23的待處理表面面對等離子體產(chǎn)生室2的天線或電極。如在本實施方式中，當SLA 11被配置于等離子體產(chǎn)生室2的側壁 27的外部時，基板23的待處理表面被配置為面對等離子體產(chǎn)生室2。當使用平板狀電極時， 該電極被配置于等離子體產(chǎn)生室2的上壁的下方，并且該電極被配置成隔著柵格4與基板 23的待處理表面相對。然后，從RF電源M對天線11施加RF電力或者對電極施加RF電力和DC電力，由此在等離子體產(chǎn)生室2內產(chǎn)生等離子體。對基板23施加偏壓或對整個等離子體產(chǎn)生室2施加偏壓，以將等離子體能級增大到高于地線(ground)，由此可以對基板23 的表面進行諸如離子蝕刻等預定處理。省略用于載入或載出基板23的機構的圖示。圖1所示的構造是概念性的；能夠采用與具體的等離子體產(chǎn)生機構的結構和具體的磁路的結構功能等同的任何結構。圖3示出由圖1所示的磁路3產(chǎn)生的磁力線14和15的示例。磁力線從磁力線圈 12所產(chǎn)生的磁力線14與永磁體13所產(chǎn)生的磁力線15沖突(collide)的區(qū)域沿上下方向發(fā)散，然后朝向側壁27擴散。分界線8也沿著磁力線產(chǎn)生并且朝向側壁27發(fā)散。能夠由流過磁力線圈12的電流控制分界線8的分布；增大施加到磁力線圈12的電流，可以進一步使磁力線14和15的沖突區(qū)域16以及分界線8的位置朝向等離子體產(chǎn)生室2的側壁27移位。相反，減小施加到磁力線圈12的電流，可以使磁力線的沖突區(qū)域16和分界線8的位置朝向磁力線圈12的中心軸線移位。換言之，通過調節(jié)施加到磁力線圈12的電流，可以在防止或減小等離子體的發(fā)散的同時控制良好的均一化范圍。例如，控制裝置控制DC電源25， 從而可以控制施加到磁力線圈12的電流?？蛇x地，操作員可以直接設定DC電源25的輸出值。例如，圖4A示出與圖1相同的磁路中產(chǎn)生的磁力線的分布的計算結果的示例；圖 4B示出當施加到磁力線圈12的電流增大時磁力線的分布；圖4C示出當施加到磁力線圈12 的電流減小時磁力線的分布。結果，可以看到通過控制施加到磁力線圈12的電流，圖4A所示的磁力線的沖突區(qū)域16如何移動。還可以看到通過控制施加到磁力線圈12的電流，分界線8如何移動。圖4D示出利用磁力線圈41代替本發(fā)明中的磁路3的永磁體13時(與專利文獻 2的磁路的配置相同的配置)磁力線的分布的計算結果。換言之，圖4D是示出當利用磁力線圈41代替永磁體13時的磁力線的分布的圖，其中，磁力線圈41以使其內周接觸側壁27 的外周的方式沿著側壁27的外周配置。在圖4D中，施加到磁力線圈41的電流方向與施加到磁力線圈12的電流方向一致。由此，磁力線圈41的磁化方向與磁力線圈12的磁化方向一致。從圖4D明顯看出，兩個磁力線圈所產(chǎn)生的磁力線的沖突區(qū)域不存在。圖4E示出當流過圖4D的真空容器1的側壁27側的磁力線圈的電流反向時(當磁力線圈12的磁化方向與磁力線圈41的磁化方向相反時)的磁力線的分布的計算結果。如從圖4E明顯可見， 出現(xiàn)了磁力線沖突區(qū)域16，但是在本結構中不能調節(jié)沖突區(qū)域16的位置，并且難以有效地調節(jié)等離子體的均一性。根據(jù)本發(fā)明，可以在比傳統(tǒng)情況中的范圍寬的范圍中產(chǎn)生具有良好均一性的等離子體。確定磁路3的結構的有效方法是計算磁力線。使用例如有限元法可以容易地進行該計算。專利文獻3的發(fā)明人已經(jīng)證明計算結果與實際等離子體的密度分布良好地一致；為了實驗性地確認結果，有效的是使用等離子體密度測量方法，諸如Iangmuir探針等。如上所述，構思了磁路3的結構，由此擴大了等離子體的具有良好均一性的范圍， 從而可以比傳統(tǒng)方法更容易地處理大面積基板。而且，流過磁力線圈12的電流根據(jù)使用條件而變化，從而可以在等離子體的具有良好均一性的區(qū)域進行精細的調節(jié)。如從上述說明明顯可知，根據(jù)本發(fā)明，一個或多個磁力線圈12與待處理基板23相對地同心配置于等離子體產(chǎn)生室2的大氣側，并且永磁體13以環(huán)狀配置于等離子體產(chǎn)生裝置的側壁27。使電流沿產(chǎn)生從線圈的中心軸線向下的磁力線的方向流過磁力線圈12(磁力線圈12被配置成使得磁力線圈12的北極位于真空容器側)，并且永磁體13被配置成使得北極指向環(huán)狀形狀的中心。在這樣的磁路結構中，調節(jié)流過磁力線圈12的電流，可以調節(jié)分界線8以形成期望的形狀，可以調節(jié)等離子體密度的均一性的范圍并且可以實現(xiàn)對大面積基板的均一處理。磁力線圈12的使用允許精細地設定調節(jié)范圍，并且可以實現(xiàn)能夠容易地并且最優(yōu)化地調節(jié)等離子體密度的均一性范圍的等離子體處理裝置。S卩，在本實施方式中，在真空容器1的作為與放置有待處理基板23的基板保持件 21相對的表面的上壁沈上，能夠通過被施加的電流調節(jié)磁力線的分布的磁力線圈12被配置成使得磁力線圈12的北極指向真空容器1側(真空容器1的內部)并且南極指向與真空容器1所在側相反的一側(真空容器1的外部)，并且永磁體13被配置于真空容器1的側壁27使得北極指向真空容器1側(真空容器1的內部)并且南極指向與真空容器1所在側相反的一側(真空容器1的外部)。因此，通過從磁力線圈12產(chǎn)生的磁力線和從永磁體13產(chǎn)生的磁力線而產(chǎn)生的分界線8能夠形成為從磁力線圈12側(上壁26)朝向基板保持件12擴展。這里，通過控制施加到磁力線圈12的電流，可以在不改變用于形成分界線8的磁體的情況下控制分界線8的形狀。由此，雖然在專利文獻3中，當分界線8的形狀改變時， 必須改變用于形成分界線8的磁體，但是在本實施方式中，可以僅通過調節(jié)施加到磁力線圈12的電流值來容易地調節(jié)分界線8的形狀，而無需改變磁路3的構造。換言之，在本實施方式中，磁路3被構造為使得由磁路3形成的磁力線的形狀是圖4A至圖4C所示的形狀， 并且磁路3的一個部件被配置為位于基板保持件21的相對側的磁力線圈12。因此，控制施加到磁力線圈12的電流，可以調節(jié)分界線8的形狀，所述分界線8形成為從真空容器1的上壁26(磁力線圈1 側向基板保持件21側擴展。根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置的示例包括等離子體蝕刻裝置、濺射沉積裝置、 等離子體CVD裝置和灰化裝置。特別地，在等離子體蝕刻裝置中，等離子體處理裝置能應用于離子束蝕刻裝置，所述離子束蝕刻裝置對諸如MRAM等元件進行微細加工處理，所述MRAM包含諸如Cc^eB/Cc^e 多層膜等磁性材料。圖7示出本實施方式所應用到的離子束蝕刻裝置的示例。根據(jù)本實施方式，通過經(jīng)由形成有多個柵格4的離子束透鏡(lens)系統(tǒng)從寬范圍地并且均一地產(chǎn)生的等離子體提取離子束可以獲得具有寬范圍的均一離子密度的離子束。提取的離子束入射到配置于基板保持件21上的待處理基板23，由此可以通過離子沖擊進行物理蝕刻。具體地，在圖7中， 三個柵格(第一柵格、第二柵格和第三柵格)以彼此分開2mm至3mm的方式沿上下方向配置。優(yōu)選地，第一柵格的孔徑為4mm ；第二柵格的孔徑為5mm ；第三柵格的孔徑為6mm。用于調節(jié)基板傾角的機構集成于基板保持機構6中，由此可以使離子束傾斜地入射到待處理基板23，這在補正元件的形狀方面是有效的。特別地，在諸如MRAM元件等半導體元件中，當使用傳統(tǒng)使用的諸如RIE等化學蝕刻時，在蝕刻處理時在元件的側面形成不可預測的反應層，這可能降低元件的特性；然而， 使用上述的基板傾角調節(jié)機構，可以移除反應層?，F(xiàn)在將說明本實施方式的離子束蝕刻裝置被用于離子束照射工藝的情況。作為構成磁致電阻效應元件的多層磁性膜，例如，存在作為一種類型的多層磁性膜(MR層)的多層磁性膜，在該多層磁性膜中，在基板上形成有下部電極并且在下部電極上形成有構成磁致電阻效應元件的七層多層膜。在該情況下，作為七層多層膜，例如，存在如下一種七層多層膜其中作為基層的Ta層形成于最下側，在Ta層上依次堆疊作為反鐵磁性層的PtMn層、磁化固著層(被釘扎層、Ru、被釘扎層)、絕緣層(阻擋層)以及自由層，并且硬掩模層堆疊于多層膜上。利用離子束照射已經(jīng)進行了反應離子蝕刻的多層磁性膜的工藝是利用離子束照射來移除當進行反應離子蝕刻時形成于多層磁性膜上的被損壞層的工藝。以此方式，移除了當進行反應離子蝕刻時由于氧化而損壞的層，由此可以形成高品質的多層磁性膜(MR 層)。在離子束照射工藝中，離子束優(yōu)選地以5度至90度的入射角入射到多層磁性膜的層壓面。原因是，上述范圍內的入射角防止或減少已經(jīng)主要被離子束蝕刻移除的被損壞層的原子和分子在該移除之后再次附著到多層磁性膜的側壁面。另外，離子束照射工藝優(yōu)選地在離子束的加速電壓被設定為50伏至600伏的條件下進行。原因是，上述范圍減小了離子束對多層磁性膜的沖擊。鑒于前述內容，離子束的加速電壓更優(yōu)選地為50伏至200伏。離子束照射工藝還優(yōu)選地在多層磁性膜轉動的狀態(tài)下進行。原因是，在多層磁性膜轉動的狀態(tài)下照射離子束防止或減少已經(jīng)主要被離子束蝕刻移除的被損壞層的原子和分子在該移除之后再次附著到多層磁性膜的側壁面?，F(xiàn)在將參照附圖更詳細地說明本發(fā)明。圖8A是示出根據(jù)本實施方式的磁致電阻效應元件的制造方法的示例的流程圖； 圖8B是示出與圖8A所示的流程圖對應的加工前元件80的剖視結構的圖。在圖8B中，由附圖標記81表示的部分是多層磁性膜(MR層)。該多層磁性膜 (MR層)81的示例包括TMR(隧道磁致電阻效應)多層體；CPP(電流垂直于平面)結構的 GMR (巨磁致電阻效應)多層體；包括規(guī)定自由層的磁化方向的偏壓層的TMR層壓體或CPP 結構的GMR層壓體；具有反鐵磁性結合型多層膜的CPP結構的GMR多層體；具有鏡面型自旋閥磁性多層膜的CPP結構的GMR多層體；以及具有雙自旋閥型磁性多層膜的CPP結構的 GMR多層體。作為多層磁性膜(MR層)81，例如，如圖11所示，使用下部電極形成于基板上并且在下部電極上形成有構成磁致電阻效應元件的多層膜的多層磁性膜。在圖11所示的示例中，多層膜形成有七個層，其中作為基層的Ta層形成于最下側，在Ta層上依次堆疊作為反鐵磁性層的PtMn層、磁化固著層(被釘扎層、Ru、被釘扎層)、絕緣層(阻擋層)以及自由層，并且硬掩模層堆疊于多層膜上。在圖8B中由附圖標記82表示的部分是硬掩模層；硬掩模層可以是形成有由下述任一種單體元素構成的單層膜或層壓膜的掩模材料，所述單體元素是Ta(鉭)、Ti (鈦)、 Al (鋁)和Si (硅)，或者可以是形成有由Ta、Ti、Al和Si中的任一種的氧化物或氮化物構成的單層膜或層壓膜的掩模層。圖9是示出根據(jù)本實施方式的磁致電阻效應元件的加工前元件80的制造裝置90 的示例的構造圖。在圖9中，附圖標記91表示真空搬送室；第一反應離子蝕刻室92、第二反應離子蝕刻室93、離子束蝕刻室94和膜形成室95連接到該真空搬送室91，從而經(jīng)由諸如間閥等阻斷部件(blocking means)(未示出)與真空搬送室91連通。真空搬送室91進一步設置有晶片裝卸件96 ；經(jīng)由該晶片裝卸件96，加工前元件 80可以被裝載到真空搬送室91中，并且加工結束后的元件可以被卸載。未示出的搬送部件配置在真空搬送室91內；如箭頭97、98、99、100和101所示，被裝載的加工前元件80能夠被順次地搬送到第一反應離子蝕刻室92，然后從第一反應離子蝕刻室92搬送到第二反應離子蝕刻室93，從第二反應離子蝕刻室93搬送到離子束蝕刻室94然后從離子束蝕刻室94搬送到膜形成室95。加工前元件80的由圖9中的箭頭97、98、99、100和101所示的搬送始終在真空狀態(tài)下經(jīng)由真空搬送室91進行而不打破真空。如箭頭101所示的加工完成后從膜形成室95 搬送的元件從真空搬送室91經(jīng)由晶片裝卸件96卸載到外部。如上所述，利用制造裝置90，根據(jù)圖8A所示的流程圖加工加工前元件80。裝載到真空搬送室91中的加工前元件80首先被搬送到第一反應離子蝕刻室92， 在此處利用形成于加工前元件80的上表面的光致抗蝕劑層83作為PR掩膜84來蝕刻硬掩模層82 (步驟101)。然后，在維持真空狀態(tài)的情況下，將加工前元件80從第一反應離子蝕刻室92搬送到第二反應離子蝕刻室93。然后，通過使用諸如甲醇等具有至少一個羥基的醇作為蝕刻氣體的反應離子蝕刻，利用硬掩膜層82作為掩膜蝕刻多層磁性膜(MR層)81，S卩，多層磁性膜 (MR層)81被微細加工(步驟102)。作為蝕刻氣體，使用具有至少一個羥基的醇，與使用添加了氨氣的一氧化碳氣體的傳統(tǒng)情況相比，這產(chǎn)生增大蝕刻速度并且減少被損壞層(主要由于氧化而被劣化的層) 的效果。例如，作為蝕刻氣體，使用具有至少一個羥基的醇，由此可以將由于氧化而劣化的層的厚度減小到大約幾十埃。通過在第二反應離子蝕刻室93中進行的加工，在多層磁性膜(MR層)81的側壁和上表面、或者在多層磁性膜(MR層)81的側壁以及部分殘留在多層磁性膜(MR層)81的上表面上的硬掩模層82的側壁和上表面形成主要由于氧化而劣化的被損壞層85，如從圖8B 的上方起的第三位置的圖示所示。 然后，在維持真空狀態(tài)的情況下，加工前元件80在完成第二反應離子蝕刻室93中進行的加工之后被搬送到本實施方式的離子束蝕刻室94。然后，在離子束蝕刻室94中，移除被損壞層85 (步驟103)。離子束蝕刻室94是如下處理室被損壞層85通過使用諸如Ar (氬)、Kr (氪)、 Xe(氙)等惰性氣體的離子束蝕刻而移除。如上所述，甚至在使用具有至少一個羥基的醇并且極少損壞的反應離子蝕刻加工中，也會形成被損壞層85。由此，通過離子束蝕刻加工移除該薄的被損壞層85，由此可以獲得較高品質的磁性薄膜(MR層)81。在離子束蝕刻室94中進行的離子束蝕刻中，與等離子體清洗不同，利用指向性離子束以預定入射角照射多層磁性膜的層壓面，可以防止或減少已經(jīng)被離子束的沖擊剝離的被損壞層85的原子和分子的一部分再次附著到多層磁性膜(MR層)81側。由此，優(yōu)選地能夠將離子束蝕刻室94中的離子束的入射角(相對于多層磁性膜81 的層壓面的用θ表示的角)改變?yōu)槠谕慕?。?度至90度的入射角照射的離子束產(chǎn)生的效果是防止已經(jīng)被離子束的沖擊剝離的被損壞層85的原子和分子的一部分再次附著到多層磁性膜(MR層)81側。在離子束蝕刻室94中進行的離子束蝕刻中，通過在轉動加工前元件80的狀態(tài)下利用離子束照射加工前元件80，可以防止或減少已經(jīng)被離子束的沖擊剝離的被損壞層85 的原子和分子的一部分再次附著到多層磁性膜(MR層)81側。由此，例如，包括在離子束蝕刻室94中并且支撐加工前元件80的支撐臺(未示出)優(yōu)選地是當照射離子束時可轉動的支撐臺。由在第二反應離子蝕刻室93中進行并且使用具有至少一個羥基的醇作為蝕刻氣體的反應離子蝕刻加工形成的被損壞層85最多具有大約幾十埃的厚度。由此，在離子束蝕刻室94中進行的離子束蝕刻加工還能夠以不產(chǎn)生諸如結晶損傷等新?lián)p傷的低功率進行， 并且不減少生產(chǎn)效率中的作為每單位時間生產(chǎn)量的產(chǎn)量。由于在第二反應離子蝕刻室93中進行反應離子蝕刻時形成的被損壞層85比進行使用傳統(tǒng)的添加了氨氣的一氧化碳的反應離子蝕刻時形成的被損壞層薄，所以可以通過在進行支配制造裝置的生產(chǎn)效率的反應離子蝕刻的時間內照射離子束來移除被損壞層。由此，根據(jù)本實施方式的磁致電阻效應元件的制造方法和制造裝置80，防止減少在生產(chǎn)效率中作為每單位時間生產(chǎn)量的產(chǎn)量。在被損壞層85的移除完成之后，在維持真空狀態(tài)的情況下，加工前元件80被搬送到膜形成室95，在此處形成保護膜86(步驟104)。在移除被損壞層85之后已經(jīng)被清洗的多層磁性膜(MR層)81被保護膜86覆蓋，從而可以將多層磁性膜(MR層)81保持在清潔狀態(tài)。保護膜86的一個示例是形成有例如氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、二氧化硅膜 (SiO2)、氮化硅膜(SiN)、氧化鉿(HfOx)或鉿硅氧化物(SiHfOx)的膜。形成保護膜86的方法不受特別限制；保護膜86可以通過諸如濺射等PVD (物理汽相沉積)或CVD (化學汽相沉積)形成。將參照圖10說明利用上述制造裝置制造磁致電阻效應元件的方法；例如，該方法將如下進行。已經(jīng)如上所述生產(chǎn)的加工前元件80被載入圖10所示的磁致電阻效應元件的制造裝置110中。通過包括硬掩模層蝕刻部件112和多層磁性膜蝕刻部件113的反應離子蝕刻部件 111對搬送到磁致電阻效應元件的制造裝置Iio中的加工前元件80進行蝕刻處理。例如， 硬掩模層由蝕刻部件112(反應離子蝕刻裝置)蝕刻，蝕刻部件112使用多層磁性膜的光致抗蝕劑層作為PR掩模并利用反應離子蝕刻進行硬掩模層的蝕刻(步驟S301)。然后，多層磁性膜由蝕刻部件113(反應離子蝕刻裝置)蝕刻，蝕刻部件113利用反應離子蝕刻進行構成磁致電阻效應元件的多層磁性膜的蝕刻。然后，通過離子束照射部件114(離子束蝕刻裝置)移除由反應離子蝕刻部件111 進行的處理所形成的被損壞層(步驟30 。根據(jù)本實施方式的等離子體處理裝置優(yōu)選地應用到離子束照射部件114。然后，通過形成保護膜用的保護膜形成部件115利用保護膜覆蓋在移除被損壞層之后已經(jīng)被清洗的多層磁性膜(MR層)(步驟304)，該多層磁性膜被保持在清潔狀態(tài)并且被載出。這些工藝通過構成真空維持部件116的真空室117和真空泵118在維持真空的狀態(tài)下進行。甚至在這種串列式制造裝置中，由于進行根據(jù)本發(fā)明的磁致電阻效應元件的制造方法并且通過離子束照射移除多層磁性膜(MR層)的由反應離子蝕刻不可避免地產(chǎn)生的被損壞層，所以可以制造高品質的磁致電阻效應元件。而且，由于通過提高磁特性能夠改善產(chǎn)量，所以可以提高生產(chǎn)效率。
另外，在根據(jù)本實施方式的等離子體處理裝置中進行離子束照射以移除在磁致電阻效應元件的制造中產(chǎn)生的被損壞層，由此可以在均一的等離子體密度的情況下照射離子束并且高品質地移除被損壞層。(第二實施方式)雖然在第一實施方式中，磁路3包括磁力線圈12和永磁體13，其中磁力線圈12以北極指向真空容器1的內部且南極指向真空容器1的外部的方式配置于上壁沈，永磁體13 以北極指向真空容器1的內部且南極指向真空容器1的外部的方式配置于側壁27，但是在本實施方式中，磁路3的構造不限于該構造。在本發(fā)明中，只要使用磁力線圈12被配置于與基板保持件21相對的真空容器1 側(上壁26)的磁路3并且由此可以形成從基板保持件21的相對側朝向基板保持件21擴展的分界線8，則可以自由地構造磁路3。例如，在圖1所示的構造中，施加到磁力線圈12的電流方向和永磁體13的磁化方向可以反向使得這些方向與第一實施方式的方向相反。具體地，磁力線圈12可以被構造為使得磁力線形成為從側壁27側朝向上壁沈側擴展(磁力線圈的南極指向真空容器1的內部且北極指向真空容器1的外部)，并且永磁體13可以被配置成使得磁力線形成為從側壁 27的外側朝向上壁沈的內側擴展(南極指向真空容器1的內部且北極指向真空容器1的外部)。配置于側壁27的磁體不限于永磁體；只要能夠產(chǎn)生磁場，就可以使用任何部件， 諸如磁力線圈或電磁體等。如上所述，當使用除了永磁體以外的諸如磁力線圈等磁場產(chǎn)生部件時，磁場產(chǎn)生部件以使得磁力線形成為從側壁27上的配置位置朝向外側擴展或磁力線形成為從該配置位置的外側朝向該配置位置擴展的方式被配置于側壁27。換言之，磁場產(chǎn)生部件優(yōu)選地設置為使得磁場產(chǎn)生部件的一個磁極指向真空容器1的內部且另一磁極指向真空容器1的外部。磁場產(chǎn)生部件的磁化方向與磁力線圈12的磁化方向相關。換言之，磁場產(chǎn)生部件的指向真空容器的內部的磁極需要與磁力線圈12的指向內部的磁極一致。如在第一實施方式中，當磁力線圈12的指向真空容器1的內部的磁極是北極時，磁場產(chǎn)生部件的指向真空容器1的內部的磁極是北極。另一方面，當磁力線圈12的指向真空容器1的內部的磁極是南極時，磁場產(chǎn)生部件的指向真空容器1的內部的磁極是南極。利用該構造，可以形成從上壁沈朝向基板保持件21擴展的分界線8。例如，當磁場產(chǎn)生部件是磁力線圈時，沿著側壁27的外周配置多個磁力線圈并且磁力線圈的指向真空容器1的內部的磁極與磁力線圈12的指向真空容器1的內部的磁極一致。由此，當磁力線圈12的指向真空容器1的內部的磁極是北極時，設置于側壁27的磁力線圈以指向真空容器1的內部的磁極是北極且指向真空容器1的外部的磁極是南極的方式配置于側壁27。雖然在上述實施方式中，配置于上壁沈上的磁力線圈12被說明為具有調節(jié)分界線8的形狀的功能的構造，但是本發(fā)明不限于該構造。如從上述說明清楚地可知，在本發(fā)明中，重要的是，在不更換諸如磁體等磁場產(chǎn)生部件的情況下，能夠調節(jié)從上壁沈朝向基板保持件21擴展的分界線8的形狀。由此，在本發(fā)明中，實質上重要的是，設置能夠改變所產(chǎn)生的磁場(即，所產(chǎn)生的磁力線的形狀)的磁場產(chǎn)生部件。因此，在本發(fā)明中，只要磁場產(chǎn)生部件能夠通過施加到其上的電流調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，則磁場產(chǎn)生部件不限于磁力線圈12，并且可以使用諸如電磁體等任何磁場產(chǎn)生部件。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其包括 真空容器；等離子體產(chǎn)生機構，其用于在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體； 基板保持件，其被配置于所述真空容器內并用于保持待處理基板；以及磁路，其用于在所述真空容器內產(chǎn)生磁場，其中所述磁路包括第一磁場產(chǎn)生部件，其被設置于所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁，所述第一磁場產(chǎn)生部件能夠通過被施加的電流而調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，并且所述第一磁場產(chǎn)生部件以使得北極和南極中的一方磁極指向所述真空容器的內部并且另一方磁極指向所述真空容器的外部的方式配置；及第二磁場產(chǎn)生部件，其被設置于所述真空容器的側壁并且以使得所述一方磁極指向所述真空容器的內部且所述另一方磁極指向所述真空容器的外部的方式配置。
2.根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述第一磁場產(chǎn)生部件是磁力線圈。
3.根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述第二磁場產(chǎn)生部件是至少一個永磁體。
4.根據(jù)權利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述永磁體是所述一方磁極指向所述真空容器的內部且所述另一方磁極指向所述真空容器的外部的環(huán)狀永磁體。
5.根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，所述真空容器由具有連通孔的隔壁板分成等離子體處理室和等離子體產(chǎn)生室，所述等離子體處理室用于處理所述待處理基板，所述等離子體產(chǎn)生室用于利用所述等離子體產(chǎn)生機構產(chǎn)生等離子體，所述第二磁場產(chǎn)生部件被設置于所述等離子體產(chǎn)生室的側壁的外側。
6.根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 所述一方磁極是北極而所述另一方磁極是南極。
7.根據(jù)權利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，流過所述磁力線圈的電流的施加方向使得所述真空容器內的磁力線從所述真空容器的中心指向所述側壁。
8.根據(jù)權利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，多個所述磁力線圈被同心地設置于所述真空容器的所述上壁的外側，并且所述磁力線圈被纏繞成使得電流沿相同方向流動。
9.一種等離子體處理方法，其包括將待處理基板配置于設置在真空容器內的基板保持件上的步驟； 在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體的步驟；以及通過對第一磁場產(chǎn)生部件施加電流而產(chǎn)生的磁力線和由第二磁場產(chǎn)生部件產(chǎn)生的磁力線形成從所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁向所述基板保持件擴展的分界線的步驟，其中所述第一磁場產(chǎn)生部件設置于所述上壁并且能夠通過被施加的電流調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，所述第二磁場產(chǎn)生部件被設置于所述真空容器的側壁，其中，在形成所述分界線的步驟中，通過調節(jié)施加到所述第一磁場產(chǎn)生部件的電流能夠調節(jié)所述分界線的形狀。
10. 一種包括待處理基板的元件的制造方法，所述方法包括將所述待處理基板配置于基板保持件的步驟，其中所述基板保持件設置在用于進行預定的等離子體處理的真空容器內；在所述真空容器內產(chǎn)生等離子體的步驟；以及通過對第一磁場產(chǎn)生部件施加電流而產(chǎn)生的磁力線和由第二磁場產(chǎn)生部件產(chǎn)生的磁力線形成從所述真空容器的與所述基板保持件相對的上壁向所述基板保持件擴展的分界線以及進行所述預定的等離子體處理的步驟，其中所述第一磁場產(chǎn)生部件設置于所述上壁并且能夠通過被施加的電流調節(jié)所產(chǎn)生的磁場，所述第二磁場產(chǎn)生部件被設置于所述真空容器的側壁，其中，在進行所述等離子體處理的步驟中，通過調節(jié)施加到所述第一磁場產(chǎn)生部件的電流能夠調節(jié)所述分界線的形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在使等離子體密度均一的狀態(tài)下容易地調節(jié)等離子體密度分布的等離子體處理裝置和等離子體處理方法以及包括待處理基板的元件的制造方法。在本發(fā)明的實施方式中，真空容器(1)的內部被具有連通孔的柵格(4)分成等離子體產(chǎn)生室(2)和等離子體處理室(5)。在等離子體產(chǎn)生室(2)的上壁(26)上，配置磁力線圈(12)使得真空容器(1)內的磁力線從真空容器(1)的中心指向側壁(27)，并且在等離子體產(chǎn)生室(2)的側壁(27)的外側，配置環(huán)狀永磁體(13)使得指向真空容器(1)的內部的極性是北極而指向真空容器(1)的外部的極性是南極。
文檔編號H01L21/31GK102396052SQ20108001414
公開日2012年3月28日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權日2009年2月6日
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