CN102396052A - 等离子体处理装置、等离子体处理方法以及包括待处理基板的元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够在使等离子体密度均一的状态下容易地调节等离子体密度分布的等离子体处理装置和等离子体处理方法以及包括待处理基板的元件的制造方法。在本发明的实施方式中，真空容器(1)的内部被具有连通孔的栅格(4)分成等离子体产生室(2)和等离子体处理室(5)。在等离子体产生室(2)的上壁(26)上，配置磁力线圈(12)使得真空容器(1)内的磁力线从真空容器(1)的中心指向侧壁(27)，并且在等离子体产生室(2)的侧壁(27)的外侧，配置环状永磁体(13)使得指向真空容器(1)的内部的极性是北极而指向真空容器(1)的外部的极性是南极。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置、等离子体处理方法以及包括待处理基板的元件的制造方法。更具体地，本发明涉及诸如通过使用等离子体在待处理基板的表面上形成薄膜或蚀刻待处理基板的表面等利用等离子体处理基板的等离子体处理装置和等离子体处理方法，以及包括待处理基板的元件的制造方法。
背景技术
传统地，例如，在蚀刻装置中，主要使用使用磁体的磁控型等离子体产生装置、使用电子回旋共振的ECR放电型等离子体产生装置以及使用螺旋波的螺旋型等离子体产生装置。
作为等离子体产生装置，专利文献1公开了一种装置，在该装置中，沿着环状中心轴线被磁化的多个永磁体以极性交替的方式被同心地配置于等离子体产生室的上壁，并且磁力线圈(magnetic coil)被进一步配置于等离子体产生室的侧壁的外部。在该装置中，产生如下线圈磁场：通过配置于侧壁的磁力线圈，磁力线指向基板侧，由此产生于等离子体产生室的上壁附近的等离子体被线圈磁场宽范围地扩散(diffuse)。
而且，专利文献2公开了一种装置，在该装置中，连接到自偏压产生用高频电源的基板保持件被配置为离等离子体产生用高频电极足够远，并且磁力线圈不仅被配置于高频电极和基板保持件之间的真空容器的外部，还配置于高频电极的背面。该装置在不损坏待处理物的情况下自由地控制自偏压并且进行稳定的等离子体处理。
实现等离子体的均一化的另一种方法是以极性交替的方式同心地并且三重地配置沿圆筒的中心轴线方向(沿圆筒的纵向)磁化的圆筒形永磁体。在该情况下，在真空容器内产生形成于由配置于外部的两个圆筒形永磁体(中央和最外侧的永磁体)形成的磁力线和由配置于内部的两个圆筒形永磁体(中央和最内侧的永磁体)形成的磁力线之间的边界面(分界线(separatrix))。由于等离子体在由分界线包围的内部膨胀，所以使得永磁体的强度被最优化并且由此可以控制等离子体的扩散区域并且调节均一性。这种类型的磁场产生装置被提出并应用到平面型ECR装置等(参见专利文献3)。
[相关技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]特开平10-270428号公报
[专利文献2]特许第2652547号公报
[专利文献3]特开平6-325899号公报
发明内容
作为用于制造半导体器件的待处理基板，近年来主要使用直径大约为30cm的基板，并且需要在基板的整个表面上均一地进行处理。
然而，在专利文献1中公开的装置中，为了使产生的等离子体扩散和变得均一，当待处理基板变得较大时，由等离子体产生的带电粒子需要在线圈磁场内飞行较长的距离，因此不利地是难以减小装置的尺寸。
另外，如图5A和图5B所示，专利文献1的另一个实施方式公开了一种等离子体处理装置，该装置被构造成通过配置于等离子体产生装置51的上壁的永磁体52和配置于等离子体产生装置51的侧壁的永磁体53a至53h形成均一的等离子体。如图5B所示，永磁体53a至53h以极性交替的方式沿着等离子体产生装置51的侧壁的外周彼此分开地配置于该侧壁。由此，如图5B所示，在等离子体产生装置51内产生的等离子体P1通过由永磁体53a至53h产生的相应的磁场B1而沿箭头示出的方向A返回。
然而，在图5A和图5B所示的构造中，等离子体不利地在等离子体产生装置51的侧壁的配置有永磁体53a至53h的部分和未配置有永磁体53a至53h的部分之间变得不均一。另外，为了调节等离子体密度分布，不利地是每次都需要更换(replace)永磁体52和永磁体53a至53h。图5B是沿着图5A的线VB-VB截取的剖视图。
在专利文献2公开的仅使用磁力线圈的装置构造中，能够获得稳定的放电，但是不能防止带电粒子逃逸到真空容器的壁的行为，因此不利地是难以均一地产生高密度等离子体。
特别地，在专利文献2公开的等离子体蚀刻装置中，如图6所示，能够由线圈61调节等离子体密度分布的区域局限于位于线圈61上侧的区域。由此，不利地是难以调节线圈61的下侧和基板62之间的等离子体密度分布。在图6中，附图标记63表示等离子体产生用高频电极，附图标记64表示配置于高频电极63的背面的磁力线圈。
在专利文献3公开的装置中，同心地配置三个圆筒形永磁体，所述永磁体被磁化成使得在圆筒的轴线方向上相邻的极性彼此相反。在由该磁路形成的磁力线的分布中，在由位于外部的两个圆筒形永磁体形成的磁力线和由位于内部的两个圆筒形永磁体形成的磁力线之间形成边界面(分界线)。已经证明分界线的位置与等离子体漂浮电位的局部极小值对应并且等离子体密度的均一性在由漂浮电位局部极小部分包围的内部是满意的。由此，为了增大具有满意的等离子体密度均一性的部分的尺寸，有效的是将磁路构造成使得分界线从上述的三个磁体的配置位置朝向基板侧向外扩展。
然而，在专利文献3公开的使用永磁体产生分界线的装置中，需要更换永磁体来调节分界线形状，由此不利地是难以进行调节以获得均一的等离子体分布。
本发明的目的是提供能解决至少一个上述问题的等离子体处理装置。具体地，本发明的目的是提供能够容易地调节等离子体密度分布同时保持等离子体密度均一的等离子体处理装置和等离子体处理方法，以及包括待处理基板的元件的制造方法。
本发明的另一目的是提供能够容易地调节分界线形状并且能够容易地使大面积的等离子体分布均一化的等离子体处理装置和等离子体处理方法，以及包括待处理基板的元件的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，其包括：真空容器；等离子体产生机构，其用于在所述真空容器内产生等离子体；基板保持件，其被配置于所述真空容器内并用于保持待处理基板；以及磁路，其用于在所述真空容器内产生磁场，其中所述磁路包括：第一磁场产生部件，其被设置于所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁，所述第一磁场产生部件能够通过被施加的电流而调节所产生的磁场，并且所述第一磁场产生部件以使得北极和南极中的一方磁极指向所述真空容器的内部并且另一方磁极指向所述真空容器的外部的方式配置；及第二磁场产生部件，其被设置于所述真空容器的侧壁并且以使得所述一方磁极指向所述真空容器的内部且所述另一方磁极指向所述真空容器的外部的方式配置。
根据本发明，提供一种等离子体处理方法，其包括：将待处理基板配置于设置在真空容器内的基板保持件上的步骤；在所述真空容器内产生等离子体的步骤；以及通过对第一磁场产生部件施加电流而产生的磁力线和由第二磁场产生部件产生的磁力线形成从所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁向所述基板保持件扩展的分界线的步骤，其中所述第一磁场产生部件设置于所述上壁并且能够通过被施加的电流调节所产生的磁场，所述第二磁场产生部件被设置于所述真空容器的侧壁，其中，在形成所述分界线的步骤中，通过调节施加到所述第一磁场产生部件的电流能够调节所述分界线的形状。
根据本发明，提供一种包括待处理基板的元件的制造方法，该方法包括：将所述待处理基板配置于基板保持件的步骤，其中所述基板保持件设置在用于进行预定的等离子体处理的真空容器内；在所述真空容器内产生等离子体的步骤；以及通过对第一磁场产生部件施加电流而产生的磁力线和由第二磁场产生部件产生的磁力线形成从所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁向所述基板保持件扩展的分界线以及进行所述预定的等离子体处理的步骤，其中所述第一磁场产生部件设置于所述上壁并且能够通过被施加的电流调节所产生的磁场，所述第二磁场产生部件被设置于所述真空容器的侧壁，其中，在进行所述等离子体处理的步骤中，通过调节施加到所述第一磁场产生部件的电流能够调节所述分界线的形状。
根据本发明，良好地构思了对等离子体产生室施加磁场的磁路的构造，由此可以自由地控制等离子体的均一性的满意范围。为了产生期望的磁场，可以通过改变流过作为磁场部件的磁力线圈的电流而对分界线的形状进行精细的调节。由此，例如，可以形成具有扩展的分界线的磁场并且使等离子体产生室内产生的等离子体在短距离中均一地扩散。如果分界线在产生等离子体的区域的近旁变窄，则可以使用高密度等离子体来处理基板，由此可以以高处理速度进行表面处理。
附图说明
图1是示出根据本发明的等离子体处理装置的实施方式的构造的示意性剖视图；
图2是沿着图1的线II-II截取的剖视图；
图3是示出图1的装置中产生的磁力线的分布的图；
图4A是示出图1的装置中产生的磁力线的分布的计算结果的图；
图4B是示出当图4A中的线圈电流增大时产生的磁力线的分布的计算结果的图；
图4C是示出当图4A中的线圈电流减小时产生的磁力线的分布的计算结果的图；
图4D是示出传统的等离子体处理装置中产生的磁力线的分布的计算结果的图；
图4E是示出当图4D中的真空容器的侧壁的线圈电流的方向反向时产生的磁力线的分布的计算结果的图；
图5A是示出传统的等离子体处理装置的构造的示意性剖视图；
图5B是沿着图5A的线VB-VB截取的剖视图；
图6是示出另一传统的等离子体处理装置的构造的示意性剖视图；
图7是示出根据本发明的实施方式的离子束蚀刻装置的构造的示意性剖视图；
图8A是示出根据本发明的实施方式的磁致电阻效应元件的制造过程的流程图；
图8B是示出与图8A的流程图对应的加工前元件的剖视结构的图；
图9是示出生产根据本发明的实施方式的磁致电阻效应元件的加工前元件的装置的图；
图10是制造根据本发明的实施方式的磁致电阻效应元件的装置的示意性构造图；
图11是示出根据本发明的实施方式的多层磁性膜的构造的图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的一些优选实施方式。在下面说明的附图中，具有相同功能的部件用相同的附图标记表示，并且不重复对它们的说明。
(第一实施方式)
图1是示意性地示出作为根据本发明的等离子体产生装置的优选实施方式的感应耦合等离子体处理装置的构造的剖视图；图2是沿着图1的线II-II截取的剖视图；图3是示出本实施方式的装置中产生的磁力线的分布的图。
在图1的等离子体处理装置中，真空容器1由具有连通孔的隔壁板(栅格)4分成等离子体产生室2和等离子体处理室5。等离子体产生室2包括诸如SLA(单环天线)11等等离子体产生机构以及具有磁力线圈12和永磁体13的磁路3，并且磁路3在真空容器1内产生磁场。等离子体处理室5包括基板保持机构6。真空容器1包括：供气机构(未示出)，其连接到用于引入等离子体产生用的气体的供气口7；以及排气机构(未示出)，其用于使真空容器1的内部进入要求的减压状态。供气机构和排气机构通常是已知的，由此省略它们的详细说明。
作为等离子体产生机构，不必总是使用SLA；而是可以使用平板电极或其他形状的天线，只要能够产生等离子体即可。当使用平板电极时，优选地该平板电极以面对后面将要说明的待处理基板23的方式配置在真空容器1内。
在本实施方式中，磁路3包括磁力线圈12和永磁体13。磁力线圈12配置于真空容器1的上壁的外部，即，等离子体产生室2的上壁26的外部；磁力线圈12的中心轴线配置为与等离子体产生室2的中心轴线重合。设置一个磁力线圈12或同心地设置多个磁力线圈12，并且将磁力线圈12固定到等离子体产生室2的大气侧(等离子体产生室2的外部)。DC电源25连接到磁力线圈12；从DC电源25供给用于产生磁场的电流，由此磁力线圈12产生磁场。DC电源25被构造为能够调节输出电流的值；电流值能够由未示出的控制装置控制。以使得真空容器1内的磁力线从真空容器1的中心指向真空容器1的侧壁27的方式施加流过磁力线圈12的电流。具体地，设置于等离子体产生室2(真空容器1)的与后面将要说明的基板保持件21相对的上壁26上的磁力线圈12被构造为产生从上壁26指向侧壁27的磁力线(磁力线圈12被配置为使得其北极指向真空容器1侧并且南极指向大气侧(与真空容器1所在侧相反的一侧))。
永磁体13被固定到真空容器1的侧壁27。具体地，如图2所示，在等离子体产生室2的侧壁27的外部，沿等离子体产生室2的中心轴线磁化的永磁体13被相对于等离子体产生室2的中心轴线同心地配置以形成环状。如果环状永磁体13不能沿该环的中心方向被磁化，则永磁体的环可以通过以形成环状的方式配置薄的磁体片而产生，所述薄的磁体片能够获得所需的磁化方向指向等离子体产生室2(真空容器1)的中心轴线(例如，北极指向中心轴线)的磁场。
被施加到所有磁力线圈12的电流被设定为使得等离子体产生室2内的磁力线从真空容器1的中心指向侧壁。
永磁体13以如下方式被配置：所述永磁体13被磁化使得朝向真空容器1的内部、即朝向环的中心轴线的极性是北极并且朝向真空容器1的外部的极性是南极。只要朝向真空容器1的中心轴线的极性是北极的永磁体13是环状并且被配置于真空容器1的侧壁27，就能够自由地决定环的数量。
磁力线圈12的直径和截面形状不受特别的限制。只要磁力线圈12被配置于等离子体产生室2的上壁26上，就不限制磁力线圈12的数量。在图3中，为了形成具有最大可能直径的分界线8，在上壁26的宽区域中产生磁力线，并且在上壁26的端部附近和上壁26的中心附近双重配置磁力线圈12，使得分界线8的端部不仅到达上壁26也到达侧壁27。
考虑每次能适用的处理条件实验性地确定施加到永磁体13和磁力线圈12的电流。
为了对图1的等离子体处理装置中的基板进行处理，首先利用未示出的排出机构(真空泵等)排出真空容器1内的空气以使真空容器1具有预定压力，然后利用未示出的供气机构引入气体以使真空容器1具有预定压力。
基板保持机构6包括用于放置待处理基板23的基板保持件21；例如，基板保持件21通过固定轴22被配置于真空容器1内。基板保持件21和固定轴22接地；为了对基板23施加诸如高频波等偏压，也可以通过在真空容器1和固定轴22之间插入绝缘件等而将基板保持机构6设定在漂浮电位(floating potential)。还可以在基板保持件21和固定轴22内设置用于冷却或加热基板23的机构。
待处理基板23被配置于基板保持件21上。基板23的待处理表面面对等离子体产生室2的天线或电极。如在本实施方式中，当SLA 11被配置于等离子体产生室2的侧壁27的外部时，基板23的待处理表面被配置为面对等离子体产生室2。当使用平板状电极时，该电极被配置于等离子体产生室2的上壁的下方，并且该电极被配置成隔着栅格4与基板23的待处理表面相对。然后，从RF电源24对天线11施加RF电力或者对电极施加RF电力和DC电力，由此在等离子体产生室2内产生等离子体。对基板23施加偏压或对整个等离子体产生室2施加偏压，以将等离子体能级增大到高于地线(ground)，由此可以对基板23的表面进行诸如离子蚀刻等预定处理。省略用于载入或载出基板23的机构的图示。
图1所示的构造是概念性的；能够采用与具体的等离子体产生机构的结构和具体的磁路的结构功能等同的任何结构。
图3示出由图1所示的磁路3产生的磁力线14和15的示例。磁力线从磁力线圈12所产生的磁力线14与永磁体13所产生的磁力线15冲突(collide)的区域沿上下方向发散，然后朝向侧壁27扩散。分界线8也沿着磁力线产生并且朝向侧壁27发散。能够由流过磁力线圈12的电流控制分界线8的分布；增大施加到磁力线圈12的电流，可以进一步使磁力线14和15的冲突区域16以及分界线8的位置朝向等离子体产生室2的侧壁27移位。相反，减小施加到磁力线圈12的电流，可以使磁力线的冲突区域16和分界线8的位置朝向磁力线圈12的中心轴线移位。换言之，通过调节施加到磁力线圈12的电流，可以在防止或减小等离子体的发散的同时控制良好的均一化范围。例如，控制装置控制DC电源25，从而可以控制施加到磁力线圈12的电流。可选地，操作员可以直接设定DC电源25的输出值。
例如，图4A示出与图1相同的磁路中产生的磁力线的分布的计算结果的示例；图4B示出当施加到磁力线圈12的电流增大时磁力线的分布；图4C示出当施加到磁力线圈12的电流减小时磁力线的分布。结果，可以看到通过控制施加到磁力线圈12的电流，图4A所示的磁力线的冲突区域16如何移动。还可以看到通过控制施加到磁力线圈12的电流，分界线8如何移动。
图4D示出利用磁力线圈41代替本发明中的磁路3的永磁体13时(与专利文献2的磁路的配置相同的配置)磁力线的分布的计算结果。换言之，图4D是示出当利用磁力线圈41代替永磁体13时的磁力线的分布的图，其中，磁力线圈41以使其内周接触侧壁27的外周的方式沿着侧壁27的外周配置。在图4D中，施加到磁力线圈41的电流方向与施加到磁力线圈12的电流方向一致。由此，磁力线圈41的磁化方向与磁力线圈12的磁化方向一致。从图4D明显看出，两个磁力线圈所产生的磁力线的冲突区域不存在。图4E示出当流过图4D的真空容器1的侧壁27侧的磁力线圈的电流反向时(当磁力线圈12的磁化方向与磁力线圈41的磁化方向相反时)的磁力线的分布的计算结果。如从图4E明显可见，出现了磁力线冲突区域16，但是在本结构中不能调节冲突区域16的位置，并且难以有效地调节等离子体的均一性。
根据本发明，可以在比传统情况中的范围宽的范围中产生具有良好均一性的等离子体。确定磁路3的结构的有效方法是计算磁力线。使用例如有限元法可以容易地进行该计算。专利文献3的发明人已经证明计算结果与实际等离子体的密度分布良好地一致；为了实验性地确认结果，有效的是使用等离子体密度测量方法，诸如langmuir探针等。
如上所述，构思了磁路3的结构，由此扩大了等离子体的具有良好均一性的范围，从而可以比传统方法更容易地处理大面积基板。而且，流过磁力线圈12的电流根据使用条件而变化，从而可以在等离子体的具有良好均一性的区域进行精细的调节。
如从上述说明明显可知，根据本发明，一个或多个磁力线圈12与待处理基板23相对地同心配置于等离子体产生室2的大气侧，并且永磁体13以环状配置于等离子体产生装置的侧壁27。使电流沿产生从线圈的中心轴线向下的磁力线的方向流过磁力线圈12(磁力线圈12被配置成使得磁力线圈12的北极位于真空容器侧)，并且永磁体13被配置成使得北极指向环状形状的中心。在这样的磁路结构中，调节流过磁力线圈12的电流，可以调节分界线8以形成期望的形状，可以调节等离子体密度的均一性的范围并且可以实现对大面积基板的均一处理。磁力线圈12的使用允许精细地设定调节范围，并且可以实现能够容易地并且最优化地调节等离子体密度的均一性范围的等离子体处理装置。
即，在本实施方式中，在真空容器1的作为与放置有待处理基板23的基板保持件21相对的表面的上壁26上，能够通过被施加的电流调节磁力线的分布的磁力线圈12被配置成使得磁力线圈12的北极指向真空容器1侧(真空容器1的内部)并且南极指向与真空容器1所在侧相反的一侧(真空容器1的外部)，并且永磁体13被配置于真空容器1的侧壁27使得北极指向真空容器1侧(真空容器1的内部)并且南极指向与真空容器1所在侧相反的一侧(真空容器1的外部)。因此，通过从磁力线圈12产生的磁力线和从永磁体13产生的磁力线而产生的分界线8能够形成为从磁力线圈12侧(上壁26)朝向基板保持件12扩展。
这里，通过控制施加到磁力线圈12的电流，可以在不改变用于形成分界线8的磁体的情况下控制分界线8的形状。由此，虽然在专利文献3中，当分界线8的形状改变时，必须改变用于形成分界线8的磁体，但是在本实施方式中，可以仅通过调节施加到磁力线圈12的电流值来容易地调节分界线8的形状，而无需改变磁路3的构造。换言之，在本实施方式中，磁路3被构造为使得由磁路3形成的磁力线的形状是图4A至图4C所示的形状，并且磁路3的一个部件被配置为位于基板保持件21的相对侧的磁力线圈12。因此，控制施加到磁力线圈12的电流，可以调节分界线8的形状，所述分界线8形成为从真空容器1的上壁26(磁力线圈12)侧向基板保持件21侧扩展。
根据本发明的等离子体处理装置的示例包括等离子体蚀刻装置、溅射沉积装置、等离子体CVD装置和灰化装置。
特别地，在等离子体蚀刻装置中，等离子体处理装置能应用于离子束蚀刻装置，所述离子束蚀刻装置对诸如MRAM等元件进行微细加工处理，所述MRAM包含诸如CoFeB/CoFe多层膜等磁性材料。
图7示出本实施方式所应用到的离子束蚀刻装置的示例。根据本实施方式，通过经由形成有多个栅格4的离子束透镜(lens)系统从宽范围地并且均一地产生的等离子体提取离子束可以获得具有宽范围的均一离子密度的离子束。提取的离子束入射到配置于基板保持件21上的待处理基板23，由此可以通过离子冲击进行物理蚀刻。具体地，在图7中，三个栅格(第一栅格、第二栅格和第三栅格)以彼此分开2mm至3mm的方式沿上下方向配置。优选地，第一栅格的孔径为4mm；第二栅格的孔径为5mm；第三栅格的孔径为6mm。
用于调节基板倾角的机构集成于基板保持机构6中，由此可以使离子束倾斜地入射到待处理基板23，这在补正元件的形状方面是有效的。
特别地，在诸如MRAM元件等半导体元件中，当使用传统使用的诸如RIE等化学蚀刻时，在蚀刻处理时在元件的侧面形成不可预测的反应层，这可能降低元件的特性；然而，使用上述的基板倾角调节机构，可以移除反应层。
现在将说明本实施方式的离子束蚀刻装置被用于离子束照射工艺的情况。
作为构成磁致电阻效应元件的多层磁性膜，例如，存在作为一种类型的多层磁性膜(MR层)的多层磁性膜，在该多层磁性膜中，在基板上形成有下部电极并且在下部电极上形成有构成磁致电阻效应元件的七层多层膜。在该情况下，作为七层多层膜，例如，存在如下一种七层多层膜：其中作为基层的Ta层形成于最下侧，在Ta层上依次堆叠作为反铁磁性层的PtMn层、磁化固着层(被钉扎层、Ru、被钉扎层)、绝缘层(阻挡层)以及自由层，并且硬掩模层堆叠于多层膜上。
利用离子束照射已经进行了反应离子蚀刻的多层磁性膜的工艺是利用离子束照射来移除当进行反应离子蚀刻时形成于多层磁性膜上的被损坏层的工艺。以此方式，移除了当进行反应离子蚀刻时由于氧化而损坏的层，由此可以形成高品质的多层磁性膜(MR层)。
在离子束照射工艺中，离子束优选地以5度至90度的入射角入射到多层磁性膜的层压面。原因是，上述范围内的入射角防止或减少已经主要被离子束蚀刻移除的被损坏层的原子和分子在该移除之后再次附着到多层磁性膜的侧壁面。
另外，离子束照射工艺优选地在离子束的加速电压被设定为50伏至600伏的条件下进行。原因是，上述范围减小了离子束对多层磁性膜的冲击。鉴于前述内容，离子束的加速电压更优选地为50伏至200伏。
离子束照射工艺还优选地在多层磁性膜转动的状态下进行。原因是，在多层磁性膜转动的状态下照射离子束防止或减少已经主要被离子束蚀刻移除的被损坏层的原子和分子在该移除之后再次附着到多层磁性膜的侧壁面。
现在将参照附图更详细地说明本发明。
图8A是示出根据本实施方式的磁致电阻效应元件的制造方法的示例的流程图；图8B是示出与图8A所示的流程图对应的加工前元件80的剖视结构的图。
在图8B中，由附图标记81表示的部分是多层磁性膜(MR层)。该多层磁性膜(MR层)81的示例包括：TMR(隧道磁致电阻效应)多层体；CPP(电流垂直于平面)结构的GMR(巨磁致电阻效应)多层体；包括规定自由层的磁化方向的偏压层的TMR层压体或CPP结构的GMR层压体；具有反铁磁性结合型多层膜的CPP结构的GMR多层体；具有镜面型自旋阀磁性多层膜的CPP结构的GMR多层体；以及具有双自旋阀型磁性多层膜的CPP结构的GMR多层体。
作为多层磁性膜(MR层)81，例如，如图11所示，使用下部电极形成于基板上并且在下部电极上形成有构成磁致电阻效应元件的多层膜的多层磁性膜。在图11所示的示例中，多层膜形成有七个层，其中作为基层的Ta层形成于最下侧，在Ta层上依次堆叠作为反铁磁性层的PtMn层、磁化固着层(被钉扎层、Ru、被钉扎层)、绝缘层(阻挡层)以及自由层，并且硬掩模层堆叠于多层膜上。
在图8B中由附图标记82表示的部分是硬掩模层；硬掩模层可以是形成有由下述任一种单体元素构成的单层膜或层压膜的掩模材料，所述单体元素是Ta(钽)、Ti(钛)、Al(铝)和Si(硅)，或者可以是形成有由Ta、Ti、Al和Si中的任一种的氧化物或氮化物构成的单层膜或层压膜的掩模层。
图9是示出根据本实施方式的磁致电阻效应元件的加工前元件80的制造装置90的示例的构造图。
在图9中，附图标记91表示真空搬送室；第一反应离子蚀刻室92、第二反应离子蚀刻室93、离子束蚀刻室94和膜形成室95连接到该真空搬送室91，从而经由诸如闸阀等阻断部件(blocking means)(未示出)与真空搬送室91连通。
真空搬送室91进一步设置有晶片装卸件96；经由该晶片装卸件96，加工前元件80可以被装载到真空搬送室91中，并且加工结束后的元件可以被卸载。
未示出的搬送部件配置在真空搬送室91内；如箭头97、98、99、100和101所示，被装载的加工前元件80能够被顺次地搬送到第一反应离子蚀刻室92，然后从第一反应离子蚀刻室92搬送到第二反应离子蚀刻室93，从第二反应离子蚀刻室93搬送到离子束蚀刻室94然后从离子束蚀刻室94搬送到膜形成室95。
加工前元件80的由图9中的箭头97、98、99、100和101所示的搬送始终在真空状态下经由真空搬送室91进行而不打破真空。如箭头101所示的加工完成后从膜形成室95搬送的元件从真空搬送室91经由晶片装卸件96卸载到外部。
如上所述，利用制造装置90，根据图8A所示的流程图加工加工前元件80。
装载到真空搬送室91中的加工前元件80首先被搬送到第一反应离子蚀刻室92，在此处利用形成于加工前元件80的上表面的光致抗蚀剂层83作为PR掩膜84来蚀刻硬掩模层82(步骤101)。
然后，在维持真空状态的情况下，将加工前元件80从第一反应离子蚀刻室92搬送到第二反应离子蚀刻室93。然后，通过使用诸如甲醇等具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体的反应离子蚀刻，利用硬掩膜层82作为掩膜蚀刻多层磁性膜(MR层)81，即，多层磁性膜(MR层)81被微细加工(步骤102)。
作为蚀刻气体，使用具有至少一个羟基的醇，与使用添加了氨气的一氧化碳气体的传统情况相比，这产生增大蚀刻速度并且减少被损坏层(主要由于氧化而被劣化的层)的效果。例如，作为蚀刻气体，使用具有至少一个羟基的醇，由此可以将由于氧化而劣化的层的厚度减小到大约几十埃。
通过在第二反应离子蚀刻室93中进行的加工，在多层磁性膜(MR层)81的侧壁和上表面、或者在多层磁性膜(MR层)81的侧壁以及部分残留在多层磁性膜(MR层)81的上表面上的硬掩模层82的侧壁和上表面形成主要由于氧化而劣化的被损坏层85，如从图8B的上方起的第三位置的图示所示。
然后，在维持真空状态的情况下，加工前元件80在完成第二反应离子蚀刻室93中进行的加工之后被搬送到本实施方式的离子束蚀刻室94。然后，在离子束蚀刻室94中，移除被损坏层85(步骤103)。
离子束蚀刻室94是如下处理室：被损坏层85通过使用诸如Ar(氩)、Kr(氪)、Xe(氙)等惰性气体的离子束蚀刻而移除。
如上所述，甚至在使用具有至少一个羟基的醇并且极少损坏的反应离子蚀刻加工中，也会形成被损坏层85。由此，通过离子束蚀刻加工移除该薄的被损坏层85，由此可以获得较高品质的磁性薄膜(MR层)81。
在离子束蚀刻室94中进行的离子束蚀刻中，与等离子体清洗不同，利用指向性离子束以预定入射角照射多层磁性膜的层压面，可以防止或减少已经被离子束的冲击剥离的被损坏层85的原子和分子的一部分再次附着到多层磁性膜(MR层)81侧。
由此，优选地能够将离子束蚀刻室94中的离子束的入射角(相对于多层磁性膜81的层压面的用θ表示的角)改变为期望的角。
以5度至90度的入射角照射的离子束产生的效果是防止已经被离子束的冲击剥离的被损坏层85的原子和分子的一部分再次附着到多层磁性膜(MR层)81侧。
在离子束蚀刻室94中进行的离子束蚀刻中，通过在转动加工前元件80的状态下利用离子束照射加工前元件80，可以防止或减少已经被离子束的冲击剥离的被损坏层85的原子和分子的一部分再次附着到多层磁性膜(MR层)81侧。由此，例如，包括在离子束蚀刻室94中并且支撑加工前元件80的支撑台(未示出)优选地是当照射离子束时可转动的支撑台。
由在第二反应离子蚀刻室93中进行并且使用具有至少一个羟基的醇作为蚀刻气体的反应离子蚀刻加工形成的被损坏层85最多具有大约几十埃的厚度。由此，在离子束蚀刻室94中进行的离子束蚀刻加工还能够以不产生诸如结晶损伤等新损伤的低功率进行，并且不减少生产效率中的作为每单位时间生产量的产量。
由于在第二反应离子蚀刻室93中进行反应离子蚀刻时形成的被损坏层85比进行使用传统的添加了氨气的一氧化碳的反应离子蚀刻时形成的被损坏层薄，所以可以通过在进行支配制造装置的生产效率的反应离子蚀刻的时间内照射离子束来移除被损坏层。由此，根据本实施方式的磁致电阻效应元件的制造方法和制造装置80，防止减少在生产效率中作为每单位时间生产量的产量。
在被损坏层85的移除完成之后，在维持真空状态的情况下，加工前元件80被搬送到膜形成室95，在此处形成保护膜86(步骤104)。在移除被损坏层85之后已经被清洗的多层磁性膜(MR层)81被保护膜86覆盖，从而可以将多层磁性膜(MR层)81保持在清洁状态。
保护膜86的一个示例是形成有例如氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、二氧化硅膜(SiO2)、氮化硅膜(SiN)、氧化铪(HfOx)或铪硅氧化物(SiHfOx)的膜。形成保护膜86的方法不受特别限制；保护膜86可以通过诸如溅射等PVD(物理汽相沉积)或CVD(化学汽相沉积)形成。
将参照图10说明利用上述制造装置制造磁致电阻效应元件的方法；例如，该方法将如下进行。已经如上所述生产的加工前元件80被载入图10所示的磁致电阻效应元件的制造装置110中。
通过包括硬掩模层蚀刻部件112和多层磁性膜蚀刻部件113的反应离子蚀刻部件111对搬送到磁致电阻效应元件的制造装置110中的加工前元件80进行蚀刻处理。例如，硬掩模层由蚀刻部件112(反应离子蚀刻装置)蚀刻，蚀刻部件112使用多层磁性膜的光致抗蚀剂层作为PR掩模并利用反应离子蚀刻进行硬掩模层的蚀刻(步骤S301)。
然后，多层磁性膜由蚀刻部件113(反应离子蚀刻装置)蚀刻，蚀刻部件113利用反应离子蚀刻进行构成磁致电阻效应元件的多层磁性膜的蚀刻。
然后，通过离子束照射部件114(离子束蚀刻装置)移除由反应离子蚀刻部件111进行的处理所形成的被损坏层(步骤303)。根据本实施方式的等离子体处理装置优选地应用到离子束照射部件114。
然后，通过形成保护膜用的保护膜形成部件115利用保护膜覆盖在移除被损坏层之后已经被清洗的多层磁性膜(MR层)(步骤304)，该多层磁性膜被保持在清洁状态并且被载出。
这些工艺通过构成真空维持部件116的真空室117和真空泵118在维持真空的状态下进行。
甚至在这种串列式制造装置中，由于进行根据本发明的磁致电阻效应元件的制造方法并且通过离子束照射移除多层磁性膜(MR层)的由反应离子蚀刻不可避免地产生的被损坏层，所以可以制造高品质的磁致电阻效应元件。而且，由于通过提高磁特性能够改善产量，所以可以提高生产效率。
另外，在根据本实施方式的等离子体处理装置中进行离子束照射以移除在磁致电阻效应元件的制造中产生的被损坏层，由此可以在均一的等离子体密度的情况下照射离子束并且高品质地移除被损坏层。
(第二实施方式)
虽然在第一实施方式中，磁路3包括磁力线圈12和永磁体13，其中磁力线圈12以北极指向真空容器1的内部且南极指向真空容器1的外部的方式配置于上壁26，永磁体13以北极指向真空容器1的内部且南极指向真空容器1的外部的方式配置于侧壁27，但是在本实施方式中，磁路3的构造不限于该构造。
在本发明中，只要使用磁力线圈12被配置于与基板保持件21相对的真空容器1侧(上壁26)的磁路3并且由此可以形成从基板保持件21的相对侧朝向基板保持件21扩展的分界线8，则可以自由地构造磁路3。
例如，在图1所示的构造中，施加到磁力线圈12的电流方向和永磁体13的磁化方向可以反向使得这些方向与第一实施方式的方向相反。具体地，磁力线圈12可以被构造为使得磁力线形成为从侧壁27侧朝向上壁26侧扩展(磁力线圈的南极指向真空容器1的内部且北极指向真空容器1的外部)，并且永磁体13可以被配置成使得磁力线形成为从侧壁27的外侧朝向上壁26的内侧扩展(南极指向真空容器1的内部且北极指向真空容器1的外部)。
配置于侧壁27的磁体不限于永磁体；只要能够产生磁场，就可以使用任何部件，诸如磁力线圈或电磁体等。如上所述，当使用除了永磁体以外的诸如磁力线圈等磁场产生部件时，磁场产生部件以使得磁力线形成为从侧壁27上的配置位置朝向外侧扩展或磁力线形成为从该配置位置的外侧朝向该配置位置扩展的方式被配置于侧壁27。换言之，磁场产生部件优选地设置为使得磁场产生部件的一个磁极指向真空容器1的内部且另一磁极指向真空容器1的外部。
磁场产生部件的磁化方向与磁力线圈12的磁化方向相关。换言之，磁场产生部件的指向真空容器的内部的磁极需要与磁力线圈12的指向内部的磁极一致。如在第一实施方式中，当磁力线圈12的指向真空容器1的内部的磁极是北极时，磁场产生部件的指向真空容器1的内部的磁极是北极。另一方面，当磁力线圈12的指向真空容器1的内部的磁极是南极时，磁场产生部件的指向真空容器1的内部的磁极是南极。利用该构造，可以形成从上壁26朝向基板保持件21扩展的分界线8。
例如，当磁场产生部件是磁力线圈时，沿着侧壁27的外周配置多个磁力线圈并且磁力线圈的指向真空容器1的内部的磁极与磁力线圈12的指向真空容器1的内部的磁极一致。由此，当磁力线圈12的指向真空容器1的内部的磁极是北极时，设置于侧壁27的磁力线圈以指向真空容器1的内部的磁极是北极且指向真空容器1的外部的磁极是南极的方式配置于侧壁27。
虽然在上述实施方式中，配置于上壁26上的磁力线圈12被说明为具有调节分界线8的形状的功能的构造，但是本发明不限于该构造。
如从上述说明清楚地可知，在本发明中，重要的是，在不更换诸如磁体等磁场产生部件的情况下，能够调节从上壁26朝向基板保持件21扩展的分界线8的形状。由此，在本发明中，实质上重要的是，设置能够改变所产生的磁场(即，所产生的磁力线的形状)的磁场产生部件。因此，在本发明中，只要磁场产生部件能够通过施加到其上的电流调节所产生的磁场，则磁场产生部件不限于磁力线圈12，并且可以使用诸如电磁体等任何磁场产生部件。
Claims (10)
1.一种等离子体处理装置，其包括：
真空容器；
等离子体产生机构，其用于在所述真空容器内产生等离子体；
基板保持件，其被配置于所述真空容器内并用于保持待处理基板；以及
磁路，其用于在所述真空容器内产生磁场，其中
所述磁路包括：
第一磁场产生部件，其被设置于所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁，所述第一磁场产生部件能够通过被施加的电流而调节所产生的磁场，并且所述第一磁场产生部件以使得北极和南极中的一方磁极指向所述真空容器的内部并且另一方磁极指向所述真空容器的外部的方式配置；及
第二磁场产生部件，其被设置于所述真空容器的侧壁并且以使得所述一方磁极指向所述真空容器的内部且所述另一方磁极指向所述真空容器的外部的方式配置。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第一磁场产生部件是磁力线圈。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二磁场产生部件是至少一个永磁体。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述永磁体是所述一方磁极指向所述真空容器的内部且所述另一方磁极指向所述真空容器的外部的环状永磁体。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述真空容器由具有连通孔的隔壁板分成等离子体处理室和等离子体产生室，所述等离子体处理室用于处理所述待处理基板，所述等离子体产生室用于利用所述等离子体产生机构产生等离子体，
所述第二磁场产生部件被设置于所述等离子体产生室的侧壁的外侧。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述一方磁极是北极而所述另一方磁极是南极。
7.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
流过所述磁力线圈的电流的施加方向使得所述真空容器内的磁力线从所述真空容器的中心指向所述侧壁。
8.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
多个所述磁力线圈被同心地设置于所述真空容器的所述上壁的外侧，并且所述磁力线圈被缠绕成使得电流沿相同方向流动。
9.一种等离子体处理方法，其包括：
将待处理基板配置于设置在真空容器内的基板保持件上的步骤；
在所述真空容器内产生等离子体的步骤；以及
通过对第一磁场产生部件施加电流而产生的磁力线和由第二磁场产生部件产生的磁力线形成从所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁向所述基板保持件扩展的分界线的步骤，其中所述第一磁场产生部件设置于所述上壁并且能够通过被施加的电流调节所产生的磁场，所述第二磁场产生部件被设置于所述真空容器的侧壁，
其中，在形成所述分界线的步骤中，通过调节施加到所述第一磁场产生部件的电流能够调节所述分界线的形状。
10.一种包括待处理基板的元件的制造方法，所述方法包括：
将所述待处理基板配置于基板保持件的步骤，其中所述基板保持件设置在用于进行预定的等离子体处理的真空容器内；
在所述真空容器内产生等离子体的步骤；以及
通过对第一磁场产生部件施加电流而产生的磁力线和由第二磁场产生部件产生的磁力线形成从所述真空容器的与所述基板保持件相对的上壁向所述基板保持件扩展的分界线以及进行所述预定的等离子体处理的步骤，其中所述第一磁场产生部件设置于所述上壁并且能够通过被施加的电流调节所产生的磁场，所述第二磁场产生部件被设置于所述真空容器的侧壁，
其中，在进行所述等离子体处理的步骤中，通过调节施加到所述第一磁场产生部件的电流能够调节所述分界线的形状。
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