特許 5807071 基板処理装置及び金属膜のエッチング方法、磁気抵抗効果素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5807071

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】基板処理装置及び金属膜のエッチング方法、磁気抵抗効果素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20151021BHJP

   H01L 21/8246 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 27/22 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20151021BHJP

   C23C 4/10 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20151021BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

   H01L27/10 447

   H01L27/22

   H01L21/302 101C

   H01L21/302 104C

   H01L21/205

   H01L21/31 C

   C23C4/10

   H01L43/08 Z

   H01L43/12

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-551641(P2013-551641)

(86)(22)【出願日】2012年12月19日

(86)【国際出願番号】JP2012082868

(87)【国際公開番号】WO2013099719

(87)【国際公開日】20130704

【審査請求日】2014年3月24日

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2012/073873

(32)【優先日】2012年9月19日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-285545(P2011-285545)

(32)【優先日】2011年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2012-89187(P2012-89187)

(32)【優先日】2012年4月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000227294

【氏名又は名称】キヤノンアネルバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096828

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敬介

(74)【代理人】

【識別番号】100110870

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 芳広

(72)【発明者】

【氏名】中川 行人

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１２９８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４６４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０９１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０５５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３３４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０３２３７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５３５１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４２１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００９６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３８４１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ ４／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４６

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ２７／２２

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１２

Ｃ２３Ｃ １６／５１７

Ｃ２３Ｆ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の処理を行う処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、
前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、
前記構成部材上に固定された導電部材と、
前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、
前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、
前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記導電部材と対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備えた基板処理装置であって、
前記第１の誘電部材は、前記ファラデーシールドがフローティング電位になるように、前記ファラデーシールドを封止するように形成されており、
前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は、前記第１の誘電部材が前記プラズマ中のイオンによりエッチングされないように、前記突出部に交換可能に設けられることを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記第２の誘電部材は、前記突出部に前記第１の誘電部材と所定の間隔を有するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第１の誘電部材は溶射により形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記ファラデーシールドは溶射により形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記ファラデーシールドと前記構成部材の間に、熱膨張係数が前記ファラデーシールドより高く前記構成部材よりも小さい中間層を有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記中間層は、溶射により形成された誘電体であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記構成部材及び前記第２の誘電部材は石英から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記導電部材は蒸着または溶射により前記構成部材上に形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記導電部材は金属板を前記構成部材上に接着することで形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項10】

基板が載置される処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、
前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、
前記構成部材上に固定された導電部材と、
前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、
前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、
前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記導電部材と対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備え、
前記第１の誘電部材は、前記ファラデーシールドがフローティング電位になるように、前記ファラデーシールドを封止するように形成されており、
前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は、前記第１の誘電部材が前記プラズマ中のイオンによりエッチングされないように、前記突出部に交換可能に設けられている基板処理装置を用いて、基板上に形成された金属膜のエッチングを行うことを特徴とする金属膜のエッチング方法。

【請求項11】

前記第２の誘電部材は、前記突出部に前記第１の誘電部材と所定の間隔を有するように設けられていることを特徴とする請求項１０記載の金属膜のエッチング方法。

【請求項12】

前記第２の誘電部材の表面上には前記導電部材に供給される電力により自己バイアスが発生しており、前記自己バイアスは、下記式（１）により求められるファラデーシールドに誘起される電圧Ｖｅの１／２に設定されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の金属膜のエッチング方法。
Ｖｅ＝Ｖａ×（ｄ２×ε１／（ｄ１×ε２＋ｄ２×ε１）） （式１）
（上記式中、Ｖａは前記導電部材に印加される電圧、ｄ１及びε１は導電部材とファラデーシールド間の距離及び比誘電率、ｄ２及びε２はファラデーシールドとプラズマ間の距離及び比誘電率である。）

【請求項13】

前記エッチング方法は、前記プラズマ中のイオンを引き出して形成されるイオンビームを用いてエッチングを行うイオンビームエッチング方法であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の金属膜のエッチング方法。

【請求項14】

前記エッチング方法は、前記プラズマ中のイオンを、前記基板に印加した電圧によって引き込みエッチングを行う反応性イオンエッチング方法であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の金属膜のエッチング方法。

【請求項15】

請求項１０乃至１４のいずれか１項のエッチング方法を用いて製造される磁気抵抗効果素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置及びこれを用いた金属膜のエッチング方法、さらには磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

様々な電子部品等の製造において、プラズマによる基板処理が行われている。このようなプラズマを用いた処理装置（以下、「プラズマ処理装置」という）としては、真空容器における放電領域の外部に電力投入用のアンテナを設け、高周波を印加することで真空容器内部に誘導結合プラズマを発生させる装置が一般に用いられている（特許文献１、特許文献２参照）。またアンテナに発生した高周波電圧はプラズマと静電的に結合するため、チャンバ内壁には所謂自己バイアス電位が発生して真空容器内壁がスパッタリングされ、削られてしまう。このような真空容器内壁のエッチングを改善すべく、アンテナに隣接して設けられた２枚の誘電体の間にアースに対してフローティング電位となるファラデーシールドを設置し、真空容器内壁のエッチングを防ぐプラズマ処理装置も提案されている（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−４２１４３号公報

【特許文献2】特開２０１１−１４６６９０号公報

【特許文献3】特開２０１１−１４６４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エッチング装置において基板上に形成された膜のエッチングを行った場合、飛散した被エッチング材の一部は真空容器内壁に付着する。このエッチング材が誘電体である場合は装置の処理特性に影響を及ぼさないが、金属膜である場合はアンテナから投入された電力が真空容器内部に伝わらずプラズマの生成・維持が困難になるという問題が生じる。このような問題を改善するために、誘電体内部を積極的にエッチングすることでアンテナに対向する領域に付着した金属膜を除去する方法が考えられる。このとき誘電体内部もエッチングされていくため、誘電体は定期的に交換される必要が在る。

【0005】

しかし、特許文献３に示される装置の場合、誘電体を交換する場合、誘電体上に設けられたアンテナ、大気側の誘電体及びファラデーシールドを取り外してから交換を行わなければならない。本発明者が研究した結果、アンテナと放電容器内部壁との距離が不均一であると、アンテナ直下の放電容器内部に形成されるプラズマの密度分布が悪化する等の問題が生じることが分かった。従って、上記プラズマ処理装置において所定の性能を得るためには、アンテナと放電容器内部壁との距離及びアンテナとファラデーシールドとの距離の双方において、予め決定された所定の値を維持せねばならない。メンテナンス毎のアンテナ及びファラデーシールドの交換は基板処理の再現性の低下を招き得る。

【0006】

一方、アンテナに接する誘電体と真空容器の間でシールを行い、ファラデーシールド及びプラズマに曝露される誘電体を真空中に設ける構成も考えられる。しかしこのような構成においてはファラデーシールドは誘電体を回り込んだエッチングガスに晒されるため、エッチングガスが反応性ガスである場合にファラデーシールドがエッチングガスと反応することでファラデーシールドの変質が生じ、プラズマ特性の変化が生じ得る。またプラズマに晒される誘電体と真空容器をシールすることでファラデーシールドが設けられる空間とプラズマが生成される空間を隔離することも可能であるが、メンテナンス作業が煩雑になるという問題を有する。

【0007】

本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、プラズマに晒される誘電体を容易に交換可能な基板処理装置を提供すること、及び安定して金属膜のエッチングを長時間継続可能なエッチング方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、放電領域を区画する誘電体の外部壁にアンテナを固定し、内部壁にアースに対してフローティング電位となるファラデーシールドを設け、該ファラデーシールドを耐プラズマ性を有する第１の誘電体で被覆し、アンテナと対向する位置であり且つ該誘電体よりもプラズマ側の位置に第２の誘電体を載置することで、該第２の誘電体を容易に交換可能とし、ファラデーシールドをエッチングガスによる変質から保護することをその要旨とする。

【0009】

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、基板の処理を行う処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、前記構成部材上に固定された導電部材と、前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記導電部材と対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備えた基板処理装置であって、前記第１の誘電部材は、前記ファラデーシールドがフローティング電位になるように、前記ファラデーシールドを封止するように形成されており、前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は、前記第１の誘電部材が前記プラズマ中のイオンによりエッチングされないように、前記突出部に交換可能に設けられることを特徴とする。

【0010】

また本発明の他の一態様は、金属膜のエッチング方法であって、基板が載置される処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、前記構成部材上に固定された導電部材と、前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記導電部材と対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備え、前記第１の誘電部材は、前記ファラデーシールドがフローティング電位になるように、前記ファラデーシールドを封止するように形成されており、前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は、前記第１の誘電部材が前記プラズマ中のイオンによりエッチングされないように、前記突出部に交換可能に設けられている基板処理装置を用いて、基板上に形成された金属膜のエッチングを行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る基板処理装置によれば、プラズマに晒される誘電体を容易に交換可能であり、メンテナンスによる基板処理特性の変動を抑制することが可能となる。また本発明に係るエッチング方法によれば、安定して金属膜のエッチングを長時間継続可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る基板処理装置の一例としてのイオンビームエッチング装置を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る放電容器を説明するための図である。

【図3】本発明に好適なファラデーシールドの一例を説明するための図である。

【図4】本発明に好適なファラデーシールドの一例を説明するための図である。

【図5】本発明の一実施形態を説明するための図である。

【図6】本発明の一実施形態を説明するための図である。

【図7】本発明の一実施形態を説明するための図である。

【図8】本発明の一実施形態を説明するための図である。

【図9】本発明の一実施形態を説明するための図である。

【図10】本発明に係る他の形態のイオンビームエッチング装置を説明するための図である。

【図11】本発明に係る基板処理装置の一例としての反応性イオンエッチング装置を説明するための図である。

【図12】本発明に係るイオンビームエッチング装置を用いた基板処理の一実施例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

【0014】

本発明に係る放電容器を用いたプラズマ処理装置の一例としての、イオンビームエッチング装置の概略図を図１に示す。

【0015】

本発明に係るイオンビームエッチング装置は処理空間１０１とプラズマ形成空間１０２を有する真空容器１００を有する。

【0016】

プラズマ形成空間１０２にプラズマを形成するためのプラズマ形成手段として、プラズマ形成空間を構成するベルジャ（放電容器）１０４、ガス導入部１０５、ベルジャ１０４内に誘導磁界を発生させる導電部材から構成されるアンテナ１０６、アンテナ１０６に高周波電力（ソース電力）を供給する放電用電源１１２、放電用電源１１２とアンテナ１０６の間に設けられた整合器１０７、電磁コイル１０８が設置されている。ベルジャ１０４は真空容器１００の一部を構成している。また、処理空間１０１との境界にはグリッド１０９が設置されている。放電用電源１１２から供給された高周波電力がアンテナ１０６に供給され、ベルジャ１０４内部のプラズマ形成空間１０２にプラズマが形成されるようになっている。ベルジャ１０４はその内部壁部にファラデーシールド１１８を備える。

【0017】

処理空間１０１には排気ポンプ１０３が設置されている。また、処理空間１０１内には基板ホルダ１１０があり、基板１１１は基板ホルダ１１０により固定される。

【0018】

プラズマ形成空間１０２にプラズマが形成された後、グリッド１０９に電圧を印加して、プラズマ形成空間１０２内のイオンをビームとして引き出す。引き出されたイオンビームは、ニュートラライザー１１３により電気的に中和されて、基板１１１に照射される。

【0019】

図２に本発明の特徴部分であるベルジャ１０４及びその周辺を拡大した様子を示す。尚、図１において示した装置の一部構成物品は省略して図示している。

【0020】

本発明に係るファラデーシールド１１８は図２に示すように、ベルジャ１０４の内部壁に固定されている。ファラデーシールド１１８の固定には種々の方法が採用し得る。例えば、導体からなるファラデーシールドを真空蒸着或いは無電解めっきや、アルミなどの金属を溶射することでベルジャ１０４の内部壁に固定したファラデーシールド１１８である金属膜を形成する方法が採用し得る。特に金属の溶射によってファラデーシールド１１８を形成することがベルジャ１０４の生産性の観点から好ましい。

【0021】

ベルジャ１０４の材質としては絶縁体の材質が用いられ、加工性に優れる石英が好適に用いられる。導電部であるアンテナ１０６には高周波の印加が可能であり、ベルジャ１０４の内部に放電を形成し得る材質が用いられ、例えば銅やアルミが用いられる。ファラデーシールド１１８には導体が用いられ、例えばアルミや銅、チタン、モリブデン、タンタル、導電性カーボンなどが用いられる。誘導電流による損失を小さくするためには、非磁性材料を用いるのが望ましい。

【0022】

ファラデーシールド１１８は、ベルジャ１０４の外周に位置するアンテナ１０６に対して垂直方向であり且つベルジャ１０４の内壁に沿う方向に伸びる複数の電極を有する。該円周方向に並列した複数の電極を同一電位とするために、各々の電極の一端もしくは両端は、円周方向に伸びる電極に電気的に接続される。該接続する位置は、誘導電流による電力損失が実用的に問題とならないようにアンテナ１０６から離れた位置とすることが望ましい。ファラデーシールド１１８は全体がアースに対してフローティング電位となるように構成される。

【0023】

また、円周方向に並列した複数の電極の開口率が大きすぎると、ベルジャ１０４の内壁のクリーニング効果が薄れ、小さすぎるとアンテナ１０６からの電力利用効率が低下するため、開口率は５０％程度とするのが望ましい。

【0024】

ファラデーシールド１１８の厚さは薄いことが望ましいが、少なくとも、使用する周波数に対する表皮深さよりも厚くする必要がある。例えば、ファラデーシールド１１８の材料がアルミニウムであり、アンテナ１０６に印加される電力が１３．５６ＭＨｚの高周波である場合、ファラデーシールド１１８の厚みは２０μｍ程度以上あれば良い。

【0025】

アンテナ１０６はベルジャ１０４の外周部において、ファラデーシールド１１８と対向するようにベルジャ１０４の外部壁に固定される。アンテナ１０６の固定にも種々の方法が採用し得る。例えば、溶射或いは無電解めっきによってベルジャ１０４の外部壁上にアンテナ１０６を形成する方法や、金属板をベルジャ１０４の外部壁に接着することでベルジャ１０４の外部壁に固定することでアンテナ１０６を形成する方法などが採用され得る。また導線をアンテナに巻きつけ接着してもよい。特に金属薄板の接着が電力の低損失及び電力供給の容易さの観点から好ましい。

【0026】

尚、本発明において、ファラデーシールドとは、アンテナとプラズマとの間に設置され、アースに対してフローティング電位であり、アンテナから放射される高周波磁場を通過させてプラズマに直接結合させると同時に、アンテナから放射される周方向に不均一な高周波電場を均一化してプラズマに結合させる作用を有する金属製の格子状電極のことを言う。

【0027】

ファラデーシールドを用いることで、プラズマとの間に高周波電場を生成し、スパッタリング作用による放電容器内部壁状態の制御を可能とする。特に、放電容器内部壁に堆積物が付着する場合は、堆積物の付着速度を上回るスパッタリング作用を設定することにより、放電容器内部壁への堆積を抑制することができる。

【0028】

本発明ではベルジャ１０４にアンテナ１０６及びファラデーシールド１１８を固定するため、ベルジャ１０４の加工精度内においてアンテナ１０６とファラデーシールド１１８の距離を一定に保つことが可能となる。

【0029】

また、本発明において、アンテナ１０６及びファラデーシールド１１８の固定とは、上述したような何れかの方法を用いることで、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８をベルジャ１０４と一体とすることをいう。

【0030】

ファラデーシールド１１８は、遮蔽部材１２２ａにより被覆されており、ファラデーシールド１１８が、プラズマ形成空間１０２に導入されたエッチングガスに晒されない構造となっている。遮蔽部材１２２ａは種々の構造を採用し得る。例えば板状の石英から構成され、ファラデーシールド１１８が設けられた空間を封止するようにベルジャ１０４の内壁に取り付けられても良い。また蒸着によりファラデーシールド１１８を覆う誘電体膜を形成してもよい。しかし、ベルジャ１０４との密着性を考慮した場合、遮蔽部材１２２ａは溶射により形成されることが望ましい。遮蔽部材１２２ａを溶射により形成する場合は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）が好適に用いられる。イットリアは化学的に安定であるため特に望ましい。

【0031】

本発明ではさらに、ベルジャ１０４とファラデーシールド１１８と遮蔽部材１２２ａを挟んでアンテナ１０６と対向する位置に遮蔽部材１２２ｂが設けられている。遮蔽部材１２２ｂは真空容器１００の一部を構成するチャンバ壁１００ａに形成された突出部１２６上に載置されており、容易に交換可能である。遮蔽部材１２２ｂの材質としては石英が好適に用いられる。

【0032】

遮蔽部材１２２ｂはアンテナ１０６と対向した位置に在り、且つ遮蔽部材１２２ａよりもプラズマ形成空間１０２側に在るため、アンテナ１０６近傍に発生した自己バイアスによるイオン入射のために表面が削られる。しかし、遮蔽部材１２２ｂは突出部１２６上に載置されているため、メンテナンスの際は他の遮蔽部材１２２ｂと交換すれば足りる。ファラデーシールド１１８を被覆する遮蔽部材１２２ａはアンテナ１０６と遮蔽部材１２２ｂとの間に位置するために自己バイアスで加速されたイオンが直接入射することは無い。このため遮蔽部材１２２ａの交換周期は遮蔽部材１２２ｂに比べて遥かに長くすることが可能である。

【0033】

遮蔽部材１２２ｂの設置方法については、チャンバ壁１００ａに突出部１２６を設けてその上に載置する以外にも種々の形態を採用し得る。例えば、突出部１２６をベルジャ１０４に形成しても良いし、遮蔽部材１２２ｂをチャンバ壁１００ａの一部に螺子止めしても良い。しかし、遮蔽部材１２２ｂの損傷防止、交換容易性の観点からチャンバ壁１００ａに形成された突出部１２６に載置する構成が望ましい。

【0034】

本発明に係るアンテナ１０６、ベルジャ１０４、ファラデーシールド１１８及び遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂを有する放電装置の構造は、金属膜をエッチングする基板処理装置に設けられた際に特に効果を奏する。

【0035】

金属膜が形成された基板に対してＩＢＥやＲＩＥといったエッチング処理を行う場合、
エッチングされた金属が飛散し、そのうちの一部はベルジャ１０４の内壁や遮蔽部材１２２ｂの基板を臨む領域に付着する。アンテナ１０６と対向する領域に金属膜が付着すると、アンテナ１０６からプラズマ形成空間１０２に投入された電力が、金属膜中に電流が流れることによって消費され、プラズマ形成空間１０２におけるプラズマの生成・維持が困難となる。

【0036】

このような被エッチング材による金属膜は、アンテナ１０６近傍に発生する自己バイアスによるイオン入射によって除去することが可能である。しかし、実際には被エッチング材による付着速度と、イオン入射によるエッチング速度を等しくすることは困難であり、付着速度よりもエッチング速度を大きくしておく必要がある。

【0037】

従って、基板処理装置において金属膜のエッチングが行われる場合、アンテナ１０６と対向し、プラズマ形成空間１０２の最も内部側に設けられる部材は常にイオン入射によりエッチングされることとなる。本発明ではイオン入射によりエッチングされる遮蔽部材１２２ｂは突出部１２６上に載置されているのみであり、容易に交換可能であるため、特に金属膜のエッチングにおいて効果を奏する。

【0038】

また、フローティング電位であるファラデーシールドを用いることで、アンテナ１０６の対向領域の各点（本発明では基板周方向）におけるプラズマの均一性を向上させることができる。このため、遮蔽部材１２２ｂに付着した金属膜を、アンテナ１０６の対向領域の各点で均一性良好にエッチングすることができ、長時間の安定したプラズマの生成・維持を可能とする。

【0039】

ベルジャ１０４の厚みが薄い場合、遮蔽部材１２２ｂのプラズマ形成空間１０２側の面であってファラデーシールド１１８に対向する位置に生じる自己バイアス電位が、ファラデーシールドの形状を反映してしまうことがある。この結果、堆積物が除去できない領域が縞状に発生し得る。この現象を避けるため、ベルジャ１０４の厚みは１ｍｍ以上であることが望ましい。

【0040】

また、ファラデーシールド１１８を用いて遮蔽部材１２２ｂに付着する金属膜のクリーニング効果を得るには、遮蔽部材１２２ｂ表面に発生する自己バイアス電圧を適正な範囲に規定する必要がある。自己バイアス電位が小さすぎればクリーニングが不十分となり、大きすぎれば非処理基板等への誘電体薄膜付着や誘電体シールドの短寿命化といった不具合が発生する。

【0041】

適正な自己バイアス電位は、遮蔽部材１２２ｂの材質、付着する堆積物の成分等によって異なるが、標準的な装置の使用においては数１００Ｖ〜数ｋＶの範囲に設定される。この値は、スパッタ現象が発生する閾値より大きく、かつ一般的なスパッタ成膜装置のターゲット表面に発生する電位よりは小さい。

【0042】

本発明で想定されている高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、この周波数帯では遮蔽部材１２２ｂの表面に発生する自己バイアス電位は、実際の装置運用においてはファラデーシールド１１８に誘起される高周波電圧のおよそ１／２程度となる。

【0043】

電極に誘起される高周波電圧は、アンテナ１０６に印加される電圧を、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８間の静電容量と、ファラデーシールド１１８とプラズマ間の静電容量とによって分配された値となる。すなわち、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８間の距離をｄ１、比誘電率をε１、ファラデーシールド１１８とプラズマ間の距離をｄ２、比誘電率をε２とすれば、ファラデーシールドに誘起される電圧Ｖｅとアンテナ１０６に印加される電圧Ｖａとの関係は、
Ｖｅ＝Ｖａ×（ｄ２×ε１／（ｄ１×ε２＋ｄ２×ε１）） （式１）
となる。従って、仮にベルジャ１０４と遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂの比誘電率が同一であり、且つファラデーシールド１１８からプラズマ間に遮蔽部材１２２ａと１２２ｂが間隙無く配置されており、アンテナ１０６に印加される電圧が５ｋＶである場合に、自己バイアス電位を１ｋＶとしたい場合、電極電位は２ｋＶであるため、
ｄ１＝１．５×ｄ２
となる。すなわち、放電容器厚みが６ｍｍの場合には誘電体シールド厚みを４ｍｍとすれば良い。他の例では、放電容器厚みが６ｍｍであり、自己バイアス電位を０．５ｋＶとしたい場合、遮蔽部材１２２ａと１２２ｂを併せた厚みを１．５ｍｍとすると良い。

【0044】

遮蔽部材１２２ａ及び１２２ｂの間に間隙が在る場合や遮蔽部材１２２ａ及び１２２ｂの材質が異なる場合は、ファラデーシールド１１８と遮蔽部材１２２ｂのプラズマに接する面までの各部材の比誘電率に各部材の厚みを乗じたものの和を、ファラデーシールド１１８から遮蔽部材１２２ｂのプラズマに接する面までの距離で除した平均の比誘電率を求めることで式１のε２を求めることが可能である。遮蔽部材１２２ａと１２２ｂの間隙については比誘電率を１とし、遮蔽部材１２２ａのプラズマ形成空間１０２側の表面から遮蔽部材１２２ｂのファラデーシールド側の表面までの距離を乗ずればよい。

【0045】

このように遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂ、ベルジャ１０４の各々の厚みや比誘電率を、遮蔽部材１２２ｂ上のエッチングしたい物質の種類にあわせて設定することで、遮蔽部材１２２ｂ上に生じる自己バイアスを制御することができ、遮蔽部材１２２ｂへのエッチング特性を変化させることが可能である。

【0046】

本発明においては、ベルジャ１０４の外周をアンテナが１回巻かれているシングルループアンテナ（以下、「ＳＬＡ」という）が好適に用いられる。この理由について以下で説明する。

【0047】

ループアンテナのインダクタンスＬは次式から求められる。
Ｌ＝ｋ×μ₀×π×ａ²×ｎ²／ｂ （式２）
（但し、ｋ：長岡係数、μ₀：真空の透磁率、ａ：コイルの半径、ｂ：コイルの長さ、ｎ：コイルの巻き数）

【0048】

実施例に示されるプラズマ装置のアンテナ１０６が例えば幅３ｍｍの金属線を巻いたコイルである場合のインダクタンスを求める。ベルジャ１０４の外周にアンテナ１０６を複数巻いた場合はその間隔を１ｍｍとする。その他の数値として、ｋ：長岡係数、μ₀＝１、ａ＝０．３ｍ、ｎ＝１〜３、ｂ＝０．００３＋ｎ×０．００１ｍを代入すれば、ｎ＝１ではＬ＝２．３μＨ、ｎ＝２ではＬ＝８μＨ、ｎ＝３ではＬ＝１６．６μＨとなる。
実施例にあるように、高周波の周波数が１３．５６ＭＨｚであれば、アンテナ１０６のインピーダンスはそれぞれ、約２００Ω、約６８０Ω、約１４００Ωと、巻き数が多いほどインピーダンスが高くなる。

【0049】

アンテナ１０６に供給される高周波電力が同じであれば、このインピーダンスに比例して高周波電圧の最大値は大きく、高周波電流の最大値は小さくなる。誘導結合によりプラズマを生成するには高周波電流をなるべく大きくし、更には、高電圧による絶縁破壊を防止する必要があるため、アンテナ１０６のインピーダンスはできるだけ小さくすることが望ましい。すなわち、ファラデーシールド１１８に対向する（ファラデーシールド１１８から見た）アンテナ１０６の面積及びアンテナ１０６の電圧を小さくする必要があり、このためにはアンテナのターン数を少なくすることが望ましい。

【0050】

また、すでに述べたように、ファラデーシールド１１８に遮蔽部材１２２ｂの内壁をクリーニングするための効果を付与するには、ファラデーシールド１１８に適正な自己バイアス電位を発生させる必要がある。しかしアンテナインピーダンスが高く、アンテナに高い高周波電圧が発生する構造であると、自己バイアス電位制御のために遮蔽部材１２２ａ及び遮蔽部材１２２ｂを薄くする必要が生じる。従って、遮蔽部材１２２ｂ上に堆積した物質を積極的にエッチングするためには、遮蔽部材１２２ａ及び遮蔽部材１２２ｂの強度や交換周期の観点から、アンテナ１０６はＳＬＡであることが好ましい。

【0051】

ＳＬＡを形成する際のアンテナの巻き方については、プラズマの基板周方向の均一性を高めるためにベルジャ１０４の外周を１回転させることが好ましい。ただし、アンテナ１０６がベルジャ１０４の外周に巻かれ始める給電端部、及びベルジャ１０４の外周から離れる終端部においては、端部付近でのプラズマ密度分布を調整するために、巻き数を１回より僅かに増やし、端部同士を重ねるように巻いてもよい。

【0052】

図３に本発明に好適なファラデーシールド１１８の一例を示す。ファラデーシールド１１８は、導体１１８ａが間隙１１８ｂを有しつつ並列しており、各導体１１８ａは連結部１１８ｃにより保持される。連結部１１８ｃも導体により構成される。

【0053】

図４にはファラデーシールド１１８の他の例を示す。図４に示すファラデーシールド１１８も同様に、導体１１８ａ、間隙１１８ｂ及び連結部１１８ｃから構成される。

【0054】

以下に図５乃至９を用いて、本発明に係る他の実施形態を示す。尚、以下の実施形態において基本的な装置構成は図１に示す実施形態と同様であり、遮蔽部材１２２ｂや突出部１２６等を省略して図示している。

【0055】

図５に、本発明に係る基板処理装置の他の実施形態を示す。

【0056】

本実施形態では、ベルジャ１０４の外部壁において、アンテナ１０６の固定部分に凹部１２０が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。

【0057】

図６に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。

【0058】

本実施形態では、ベルジャ１０４の外部壁において、アンテナ１０６の固定部分に凸部１２１が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。

【0059】

図７に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。

【0060】

本実施形態では、ベルジャ１０４の内部壁において、ファラデーシールド１１８の固定部分に凹部１２７が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。

【0061】

図８に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。

【0062】

本実施形態では、ベルジャ１０４の内部壁において、ファラデーシールド１１８の固定部分に凸部１２８が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。

【0063】

図９に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。本実施形態では、ファラデーシールド１１８は中間層１２９上に形成されている。プラズマ形成空間１０２にプラズマを形成した状態においてベルジャ１０４は加熱され、ベルジャ１０４上に形成されたファラデーシールドも加熱される。ファラデーシールド１１８を蒸着や溶射によってベルジャ１０４上に形成した場合、ファラデーシールド１１８を構成する金属膜と、ベルジャ１０４を構成する誘電体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張量の違いによりファラデーシールド１１８の密着性が低下し、膜剥がれ等の問題が生じ得る。

【0064】

このため、本実施形態では、ベルジャ１０４とファラデーシールド１１８との間に、熱膨張係数がベルジャ１０４を構成する材料よりも大きく、ファラデーシールド１１８を構成する材料よりも小さい材料からなる中間層１２９を設けている。中間層１２９を設けることで、ファラデーシールド１１８と、ファラデーシールド１１８が接している部材との熱膨張量の差を低減し、密着性の低下を抑制している。

【0065】

さらに、中間層１２９はファラデーシールド１１８を溶射により形成する場合に特に効果を奏する。溶射は形成したい膜の粒子を高エネルギーで基材に吹きつけることで膜を形成していく。このため形成されたばかりの溶射膜は温度が高く、熱膨張量が大きい。時間が経過するにつれて溶射膜の温度が低下し、併せて膜の熱膨張量も小さくなっていく。このとき膜の収縮量が大きいと、溶射膜の剥がれや、基材のクラックといった問題が生じる。

【0066】

本実施形態のように熱膨張係数がベルジャ１０４より大きく、ファラデーシールド１１８より小さい材料からなる中間層１２９を形成することで、ファラデーシールド１１８の膜剥がれに加えてベルジャ１０４の損傷を抑制することができる。

【0067】

尚、上述した実施形態では、放電容器が真空室の外部に連結されるものを示した。しかし本発明に係る放電容器はこれに限らず、例えば放電容器が真空室の内部に取り付けられても良い。また、図１０に示すように、真空室内部に絶縁性部材１２５を設け、該絶縁性部材１２５でプラズマ形成空間１０２と他の空間（図１０においては処理空間１０１）を区画することで放電容器を形成しても良い。その場合は、例えば、石英からなる絶縁性部材１２５、真空室の内壁及びグリッド１０９によって放電容器が形成される。そして絶縁性部材１２５のプラズマ形成空間１０２側の壁にファラデーシールド１１８が固定され、他の空間側の壁にアンテナ１０６が固定される。

【0068】

上述した実施形態では基板処理装置がＩＢＥ装置である場合について説明した。本発明に係る基板処理装置はＩＢＥ装置以外にも、ＲＩＥ装置やＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などであってもよい。

【0069】

本発明をＲＩＥ装置に用いた実施形態について図１１を用いて以下に説明する。

【0070】

本実施形態におけるＲＩＥ装置は真空容器２００を備える。真空容器２００は内部に、プラズマが形成され基板処理が行われる処理空間２０１を有する。真空容器２００はチャンバ壁２００ａ、２００ｂ及び誘電窓２０４から構成される。基板ホルダ２１０は基板２１１を保持可能であり、基板２１１に所定の電圧を印加するための電源２３１及び整合器２３０を備える。また処理空間２０１内にエッチングガスを導入するためのガス導入部２０５、真空容器２００内を排気するための排気手段２０３を備える。誘電窓２０４には処理空間２０１にパワーを投入するためのアンテナ２０６が固定されており、アンテナ２０６は整合器２０７及び電源２１２に接続される。

【0071】

誘電窓２０４の処理空間２０１側にはアースに対してフローティング電位であるファラデーシールド２１８が形成されており、ファラデーシールド２１８を封止するように遮蔽部材２２２ａが形成されている。チャンバ壁２００ａには突出部２２６が設けられており、遮蔽部材２２２ｂが載置可能となっている。

【0072】

アンテナ２０６近傍では自己バイアスが発生し、処理空間２０１に形成されたプラズマ中のイオンがアンテナ２０６に向かって加速されるが、誘電窓２０４とファラデーシールド２１８と遮蔽部材２２２ａとを挟んでアンテナ２０６に対向する位置に遮蔽部材２２２ｂがあるため、イオンは遮蔽部材２２２ｂに入射する。遮蔽部材２２２ｂは突出部２２６に載置されているので容易に交換可能である。

【実施例1】

【0073】

本発明に係る基板処理装置を用いてエッチングを行う一例について以下で説明する。本実施例では図１に示すＩＢＥ装置を用いて基板処理を行う。

【0074】

図１２は、本発明に係るＩＢＥ装置によって加工可能な素子の一例として垂直磁化型ＴＭＲ素子（以下、Ｐ−ＴＭＲ素子ともいう）７００の積層構造の模式図を示している。Ｐ−ＴＭＲ素子は、基板７０１の上に下層から順に、バッファー層としてＲｕＣｏＦｅ層７０２とＴａ層７０３、フリー層としてＣｏＦｅＢ層７０４、バリア層としてのＭｇＯ層７０５、第１のリファレンス層としてＣｏＦｅ層７０６、第２のリファレンス層としてＣｏＦｅＢ層７０７、配向分離層としてＴａ層７０８、第３のリファレンス層７０９、非磁性中間層としてＲｕ層７１０、第４のリファレンス層７１１、キャップ層としてＴａ層７１２が形成されている。バリア層は高いＭＲ比を得るためにＭｇＯが好適である。その他、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも１つまたは２つ以上を含有する酸化物でも良い。第３のリファレンス層はＣｏとＰｄの積層構造からなり、本実施例ではＣｏ／Ｐｄが交互に各々４層積層された後、Ｃｏが成膜されている。第４のリファレンス層７１１はＣｏ／Ｐｄの積層構造からなり、ＣｏとＰｄが交互に各々１４層積層されている。

【0075】

上述したように、Ｐ−ＴＭＲ素子は多数の金属膜から構成されるため、積層膜に対してエッチングを行った際に金属粒子が飛散し、その一部は遮蔽部材１２２ｂ上に堆積する。しかし遮蔽部材１２２ｂ表面上に該金属粒子の堆積速度を上回る速度でエッチングが進行するように自己バイアスを設定することで遮蔽部材１２２ｂ上に金属膜が積層することを抑制できる。また消耗した遮蔽部材１２２ｂを容易に交換することができるため生産性の向上が望める。

【0076】

本実施例では図１に示すＩＢＥ装置を用いてＰ−ＴＭＲ素子の加工を行ったが、図１１に示すＲＩＥ装置を用いて加工を行ってもよい。ＲＩＥにおいても一部の被エッチング材は物理的にエッチングされ、飛散した金属粒子が遮蔽部材１２２ｂ上に堆積し得るためである。

【0077】

上述したＰ−ＴＭＲ素子の加工以外にも他の金属膜の加工において本発明に係る基板処理装置は適用可能であり、本発明の効果を奏するものである。また実施例で示したＰ−ＴＭＲ素子のパターンを形成する工程以外にも、パターン加工後の素子側壁の金属膜をＩＢＥにより除去する際や、金属膜表面の平坦化処理を行う場合など、広く金属膜の加工に適用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】