CN104350584B - 基板处理装置及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明用于适当除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。本发明的装置用于处理由于对被处理基体所含有的被蚀刻层进行蚀刻而沉积的反应生成物。该装置包括处理容器、隔板、等离子体源、载置台、第1处理气体供给部及第2处理气体供给部。处理容器划分出空间。隔板配置于处理容器内，将空间分隔为等离子体生成空间和基板处理空间，用于抑制离子及真空紫外光的透过。等离子体源用于在等离子体生成空间生成等离子体。载置台配置于基板处理空间，用于载置被处理基体。第1处理气体供给部用于向等离子体生成空间供给第1处理气体，该第1处理气体由于等离子体而离解，生成自由基。第2处理气体供给部用于向基板处理空间供给第2处理气体，该第2处理气体不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。

Description

基板处理装置及基板处理方法
技术领域
本申请的各发明及技术方案涉及基板处理装置及基板处理方法。
背景技术
专利文献1记载有一种基板处理方法。在该基板处理方法中，对含有绝缘层夹在下部磁性层及上部磁性层之间而成的磁隧道结(MTJ)的多层膜基体进行处理，从而制造MRAM元件。具体而言，(a)在上部电极层上形成第1掩模，(b)对上部电极层、上部磁性层以及绝缘层进行等离子体蚀刻，(c)除去第1掩模以及在蚀刻时产生而沉积于侧壁等的导电性的反应生成物，(d)在上部电极层上形成第2掩模，(e)对下部电极层进行蚀刻，(e)除去第2掩模以及在蚀刻时产生而沉积于侧壁等的导电性的反应生成物，从而制造MRAM元件。这里，作为用于除去导电性的副生成物的气体，使用氟化合物以及H2O或者含有NH3的气体。也有时利用等离子体激励该气体。
专利文献1：美国发明专利申请公开2004/0137749号说明书
发明内容
发明要解决的问题
然而，像MRAM元件等那样对含有金属的层进行蚀刻来形成器件时，由于蚀刻而使含有金属的层的表面或者侧面成为暴露的状态，因此暴露的部分可能氧化。因此，在蚀刻后，需要利用由绝缘体构成的保护层对含有金属的层进行覆盖保护。并且需要在利用保护层进行覆盖之前，利用专利文献1所述那样的方法除去在蚀刻时 产生而沉积于侧壁等的反应生成物。
这里，所述反应生成物不仅包括金属，还可能包括金属氧化物或者金属卤化物等。但是，专利文献1所述的基板处理方法是以导电性反应生成物为前提，只是使规定气体直接与反应生成物发生反应，或者使规定气体整体被等离子体激励后再与反应生成物发生反应，因此可能无法适当地除去反应生成物。在本技术领域中，期望一种能够适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物的基板处理装置及基板处理方法。
用于解决问题的方案
本申请的一发明的基板处理装置用于处理由于对被处理基体所含有的被蚀刻层进行蚀刻而沉积的反应生成物。该装置包括处理容器、隔板、等离子体源、载置台、第1处理气体供给部及第2处理气体供给部。处理容器划分出空间。隔板配置于处理容器内，将空间分隔为等离子体生成空间和基板处理空间，用于抑制离子及真空紫外光的透过。等离子体源用于在等离子体生成空间生成等离子体。载置台配置于基板处理空间，用于载置被处理基体。第1处理气体供给部用于向等离子体生成空间供给第1处理气体，第1处理气体由于等离子体而离解，生成自由基。第2处理气体供给部用于向基板处理空间供给第2处理气体，该第2处理气体不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。
在该基板处理装置中，在处理容器内配置有隔板，分割成等离子体生成空间和基板处理空间。该隔板用于抑制离子及真空紫外光的透过，中性的自由基能够透过该隔板。并且，第1处理气体供给部向等离子体生成空间供给第1处理气体。通过采用该结构，从第1处理气体生成的离子被隔板阻挡，只有从第1处理气体生成的自由基向基板处理空间移动，与反应生成物发生反应。并且，第2处理气体供给部向基板处理空间供给第2处理气体。因此，第2处理气体 不会暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。这样，在自由基和反应性的第2处理气体的相互作用下，能够适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。
一技术方案为，也可以是，该基板处理装置还包括排气部，该排气部设于基板处理空间，用于对处理容器的空间进行减压。采用这样的结构，从第1处理气体生成的自由基能够适当地向基板处理空间移动。并且，在例如第2处理气体与反应生成物发生反应而生成反应物的情况下，能够在生成反应物不会由于等离子体而分解的情况下，将该反应物排出。
一技术方案为，也可以是，隔板由至少两个板状构件构成，两个板状构件从等离子体生成空间朝向基板处理空间重叠地配置，各板状构件具有在重叠方向上贯通的多个贯通孔，沿重叠方向观察，一个板状构件上的各贯通孔与另一个板状构件上的各贯通孔不重叠。采用这样的结构，能够利用隔板阻断从第1处理气体生成的离子及紫外光，并且能够使从第1处理气体生成的自由基向基板处理空间移动。
一技术方案为，自由基也可以是能够引起还原反应、氧化反应、氯化反应或者氟化反应的自由基。第1处理气体为含有氢元素、氧元素、氯元素或者氟元素的气体。这些自由基与反应生成物发生反应，从而能够将反应生成物变成容易与第2处理气体发生反应的物质。
一技术方案为，第2处理气体也可以含有与反应生成物的反应依赖于载置台的温度的气体。一技术方案为，第2处理气体也可以含有电子给予性气体。这样，通过向作为不会暴露于等离子体的空间的基板处理空间供给作为反应性气体的第2处理气体，能够不会使第2处理气体离解地使第2处理气体与反应生成物发生反应。
本申请的另一发明的基板处理方法是使用基板处理装置来处 理由于对被处理基体所含有的被蚀刻层进行蚀刻而沉积的反应生成物的方法。该基板处理装置包括处理容器、隔板、等离子体源、载置台、第1处理气体供给部及第2处理气体供给部。处理容器划分出空间。隔板配置于处理容器内，将空间分隔为等离子体生成空间和基板处理空间，用于抑制离子及真空紫外光的透过。等离子体源用于在等离子体生成空间生成等离子体。载置台配置于基板处理空间，用于载置被处理基体。第1处理气体供给部用于向等离子体生成空间供给第1处理气体，第1处理气体由于等离子体而离解，生成自由基。第2处理气体供给部用于向基板处理空间供给第2处理气体，该第2处理气体不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。该方法包括第1处理步骤及第2处理步骤。在第1处理步骤中，从第1处理气体供给部向生成有等离子体的等离子体生成空间供给第1处理气体，生成自由基，将该自由基供给到基板处理空间而与反应生成物发生反应。在第2处理步骤中，从第2处理气体供给部向基板处理空间供给第2处理气体，使该第2处理气体与反应生成物发生反应。
在该方法所使用的基板处理装置中，在处理容器内配置有隔板，分割成等离子体生成空间和基板处理空间。该隔板用于抑制离子及真空紫外光的透过，中性的自由基能够透过该隔板。并且，第1处理气体供给部向等离子体生成空间供给第1处理气体。使用这样构成的装置，执行第1处理步骤，从而从第1处理气体生成的离子被隔板阻挡，只有从第1处理气体生成的自由基向基板处理空间移动，该自由基与反应生成物发生反应。并且，在该方法所使用的基板处理装置中，第2处理气体供给部向基板处理空间供给第2处理气体。使用这样构成的装置，执行第2处理步骤，从而能够使第2处理气体不会暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。这样，在自由基和反应性的第2处理气体的相互作用下，能够适当地除去在对被蚀刻 膜进行蚀刻时生成的反应生成物
一技术方案为，第1处理步骤和所述第2处理步骤也可以利用同一所述基板处理装置来执行。这样，自由基及第2处理气体的反应能够始终在真空下执行，因此能够避免因处理而形成新的反应生成物。
一技术方案为，第1处理步骤也可以在第2处理步骤之前实施，或者与第2处理步骤同时实施。采用这样的结构，通过使自由基与反应生成物发生反应，能够将反应生成物变成容易与第2处理气体发生反应的物质。
一技术方案为，被蚀刻层也可以是含有金属元素的层。采用这样的结构，即使在反应生成物含有金属、金属氧化物、金属的卤化物等而成为所谓的难蚀刻物质的情况下，也能够在自由基和反应性的第2处理气体的相互作用下，适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。
发明的效果
采用本申请的各发明及技术方案，能够适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。
附图说明
图1是示意性地表示利用一实施方式的基板处理方法制造的MRAM元件的一例的图。
图2是具有一实施方式的基板处理装置的基板处理系统的概要图。
图3是表示一实施方式的基板处理方法的流程图。
图4是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图5是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图6是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图7是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图8是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图9是用于说明图3所示的MRAM元件的制造工序的图。
图10是一实施方式的基板处理装置的概要图。
图11是图10所示的高频天线的俯视图。
图12是用于说明图10所示的隔板及第2气体供给喷嘴的概要图。
图13是用于说明反应生成物的除去工序的详细情况的流程图。
图14是在比较例中所得到的被处理基体的截面SEM图像的示意图。
图15是在第1实施例中所得到的被处理基体的截面SEM图像的示意图。
图16是在第1实施例所得到的被处理基体的SEM图像的示意图。
图17是第2实施例中所得到的被处理基体的截面SEM图像的示意图。
图18是在第2实施例中所得到的被处理基体的SEM图像的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明各实施方式。其中，对于各附图中的同一部分或者相应部分，标注相同的附图标记。
图1是利用一实施方式的基板处理方法制造的MRAM元件100的剖视图。图1所示的MRAM元件100配置于基板B上，从下层起依次层叠有下部电极层101、钉扎层102、第2磁性层103、绝缘层104、第1磁性层105、上部电极层106以及蚀刻掩模107。并且，在MRAM元件100的第1磁性层105、上部电极层106以及蚀刻掩模107这三者 的侧壁上设有绝缘膜108。
下部电极层101是形成于基板B上的具有导电性的电极构件。下部电极层101的厚度例如为大约5nm。钉扎层102配置于下部电极层101和第2磁性层103之间。钉扎层102利用反强磁体的钉扎效应使下部电极层101的磁化方向固定。钉扎层102能够使用例如IrMn(铱锰)、PtMn(铂锰)等反强磁体材料，钉扎层102的厚度为例如大约7nm。
第2磁性层103是配置于钉扎层102上的含有强磁体的层。在钉扎层102的钉扎效应的作用下，第2磁性层103的磁化方向不受外部磁场的影响地保持为一定，作为所谓的固定层发挥作用。第2磁性层103能够使用CoFeB，第2磁性层103的厚度为例如大约2.5nm。
绝缘层104配置为夹在第2磁性层103和第1磁性层105之间。通过使绝缘层104介于第2磁性层103和第1磁性层105之间，在第2磁性层103和第1磁性层105之间产生隧道磁阻效应。即，在第2磁性层103和第1磁性层105之间，产生与第2磁性层103的磁化方向同第1磁性层105的磁化方向之间的相对关系(平行或者逆平行)相应的电阻。绝缘层104能够使用Al2O3、MgO，绝缘层104的厚度为例如1.3nm。
第1磁性层105是配置于绝缘层104上的含有强磁体的层。第1磁性层105的磁化方向追随作为磁信息的外部磁场，第1磁性层105作为所谓的自由层发挥作用。第1磁性层105能够使用CoFeB，第1磁性层105的厚度为例如大约2.5nm。
上部电极层106是形成于基板B上的具有导电性的电极构件。上部电极层106的厚度为例如大约5nm。蚀刻掩模107形成于上部电极层106上。蚀刻掩模107形成为与MRAM100的俯视形状相应的形状。蚀刻掩模107能够使用例如Ta、TiN、Si、W、Ti等，蚀刻掩模107的厚度为例如50nm。
接着，说明MRAM100的制造方法。MRAM100使用例如图2所 示的基板处理系统来制造。图2是概略地表示一实施方式的基板处理系统的俯视图。图2所示的基板处理系统20包括：基板载置台22a～22d、收纳容器24a～24d、装载组件LM、加载互锁真空室LL1、LL2、处理组件PM1、PM2、PM3、以及转移室21。
基板载置台22a～22d沿装载组件LM的一边缘排列。在这些基板载置台22a～22d之上分别载置有收纳容器24a～24d。在收纳容器24a～24d内收纳有被处理基体W。
在装载组件LM内设有搬送机器人Rb1。搬送机器人Rb1用于将被收纳在收纳容器24a～24d中的任一收纳容器内的被处理基体W取出，并将该被处理基体W搬送至加载互锁真空室LL1或者加载互锁真空室LL2。
加载互锁真空室LL1及加载互锁真空室LL2沿装载组件LM的另一边缘设置，构成预备减压室。加载互锁真空室LL1及加载互锁真空室LL2分别经由闸阀连接于转移室21。
转移室21是能够减压的腔室，在该腔室内设有另一搬送机器人Rb2。处理组件PM1～PM3经由对应的闸阀分别连接于转移室21。搬送机器人Rb2用于从加载互锁真空室LL1或者加载互锁真空室LL2取出被处理基体W，并顺次向处理组件PM1、PM2、PM3搬送该被处理基体W。基板处理系统20的处理组件PM1、PM2、PM3可以分别是一实施方式的基板处理装置(用于除去反应生成物的基板处理装置)、成膜装置、等离子体蚀刻装置。成膜装置可以是使用CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)的成膜装置。以下，为了容易说明理解，以处理组件PM1采用用于除去反应生成物的基板处理装置、处理组件PM2采用成膜装置、处理组件PM3采用等离子体蚀刻装置的基板处理系统为例进行说明。
MRAM100按照例如图3所示的流程图来进行制造。图3是表示一实施方式的基板处理方法的流程图。在一实施方式的基板处理方 法中，如图3所示，在工序S1中，利用作为处理组件PM2的成膜装置制造由多层膜构成的被处理基体W。接着，将被处理基体W载置于作为处理组件PM3的等离子体蚀刻装置的静电吸盘。图4示出了MRAM100在制造方法的中间工序生成的被处理基体W的一例。该被处理基体W是下部电极层101、钉扎层102、第2磁性层103、绝缘层104、第1磁性层105以及上部电极层106层叠于基板B上的多层膜材料。在上部电极层106上配置有规定的俯视形状的蚀刻掩模107。以下，以图4所示的被处理基体W为例，说明一实施方式的基板处理方法。
在工序S2中，首先对上部电极106进行蚀刻。此时所使用的蚀刻气体是任意的，能够使用例如Cl2、CH4、He、N2、Ar等。例如供给含有氯Cl2的处理气体，并使其产生等离子体，来对被处理基体W进行蚀刻。处理气体可以含有He、N2、Ar等非活性气体、H2。作为该处理气体，可以采用能够充分获取第1磁性层105与绝缘层104之间的选择比的种类的气体。在工序S2中，利用第1处理气体使第1磁性层105中的没有被蚀刻掩模107覆盖的区域发生反应而被蚀刻，绝缘层104没有被蚀刻。因此，在工序S2中，蚀刻在绝缘层104的表面终止。
在工序S2中，在使用处理气体对第1磁性层105进行蚀刻时，被蚀刻材料等与处理气体等发生反应而生成反应生成物。反应生成物可能含有：掩模107及第1磁性层105所含有的金属、该金属的氧化物、氯化物、氮化物、卤化物、或者含有C、Si的化合物等。该反应生成物如图5所示那样作为残留物Z附着于第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107这三者的侧壁。残留物Z含有导电性物质，因此成为MRAM元件发生漏泄电流的原因。
接着，在工序S3中，为了除去残留物Z，使被处理基体W移向作为处理组件PM1的一实施方式的基板处理装置。对于该工序3， 详细见后述。利用工序S3如图6所示那样将残留物Z从上部电极层106、第1磁性层105及蚀刻掩模107这三者的侧壁除去，之后进入工序S4。
在一实施方式的基板处理方法中，接着，在工序S4，使被处理基体W移向作为处理组件PM2的成膜装置(例如CVD装置)，如图7所示，利用绝缘膜108将被处理基体W的表面覆盖。该绝缘膜108能够使用例如SiN、SiO2。之后，被处理基体W放回到作为处理组件PM3的等离子体蚀刻装置，以在第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107这三者的侧壁上留有绝缘膜108的方式对绝缘膜108进行蚀刻。
在一实施方式的基板处理方法中，接着，在工序S5，供给含有甲烷(CH4)的气体，并使其产生等离子体，对绝缘层104及第2磁性层103进行蚀刻。在工序S5中被蚀刻后的被处理基体W如图8所示。处理气体可以含有He、N2、Ar等非活性气体、含有羰基的气体、H2等甲烷以外的气体。在工序S5中，绝缘层104、第2磁性层103及钉扎层102这三者的没有被蚀刻掩模107及绝缘膜108覆盖的区域被蚀刻。由此，钉扎层102、第2磁性层103及绝缘层104形成为比第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107宽出在第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107这三者的侧壁上形成的绝缘膜108的膜厚的量。
在一实施方式的基板处理方法中，接着，在工序S6，供给处理气体，并使其产生等离子体，对下部电极层101进行蚀刻。在工序S6中被蚀刻后的被处理基体W如图9所示。处理气体可以含有He、N2、Ar等非活性气体、含有羰基的气体、CH4、H2等气体。在工序S6中，对下部电极层101中的没有被蚀刻掩模107及绝缘膜108覆盖的区域进行蚀刻。由此，下部电极层101形成为比第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107宽出在第1磁性层105、上部电极层 106及蚀刻掩模107这三者的侧壁上形成的绝缘膜108的膜厚的量。
在工序S6结束时，图3所示的等离子体处理结束。这样，从具有多层膜构造的被处理基体W形成期望的形状的MRAM元件。
接着，说明如工序3那样除去反应生成物时所使用的基板处理装置。这里以电感耦合型等离子体处理装置为例，该电感耦合型等离子体处理装置是通过对平面状的高频天线施加高频电力而利用在处理室内被激励的处理气体的等离子体对被处理基体例如半导体晶圆(以下，也简称做“晶圆”)W实施规定的等离子体处理的装置。图10是表示能够用作图2所示的处理组件PM1的一实施方式的等离子体处理装置10的概要图。图11是图10所示的高频天线140的从其上方看到的俯视图。等离子体处理装置10具有金属制(例如铝制)的形成为筒状(例如圆筒状)的处理容器(腔室)192。处理容器192在其内部划分出空间。处理容器192的形状不限于圆筒状。例如也可以为方筒状(例如箱状)。
在处理容器192的底部设有用于载置晶圆W的载置台110。载置台110采用铝等成形为大致柱状(例如圆柱状)。载置台110的形状也不限于圆柱状。例如也可以为棱柱状(例如多棱柱状)。另外，虽未图示，在载置台110上可以根据需要设置利用库仑力吸附保持晶圆W的静电吸盘、加热器、制冷剂流路等温度调整机构等而具有各种功能。对于这样的载置台110的变形例，详见后述。
在处理容器192的顶部设有例如由石英玻璃、陶瓷等构成的板状电介体194，电介体194设置为与载置台110相对。具体而言，板状电介体194形成为例如圆板状，以堵塞被形成在处理容器192的顶部的开口的方式气密地安装于该开口。
在处理容器192的内部设有隔板230，隔板230将空间分隔成等离子体生成空间S1及基板处理空间S2。等离子体生成空间S1是利用等离子体源生成等离子体的空间。基板处理空间S2是用于载置晶圆 W的空间。隔板230具有至少两个板状构件230A、230C。两个板状构件230A、230C从等离子体生成空间S1朝向基板处理空间S2重叠地配置。在板状构件230A和板状构件230C之间配置有将两者之间的间隔维持为规定值的间隔件230B。图12是隔板230的概要图。如图12所示，板状构件230A、230C具有在它们重叠的方向上贯通的多个狭缝231A、231C。该狭缝也可以是贯通孔。并且，板状构件230A上的各狭缝配置为沿重叠方向观察时与另一板状构件230C上的各狭缝不重叠。板状构件230A、230C的材料能够使用例如石英玻璃。间隔件230B的材料能够使用例如Al。将等离子体生成空间S1和基板处理空间S2分隔开的隔板230作为用于抑制离子及真空紫外光的透过的所谓的离子捕集器发挥作用。
在处理容器192上设有用于供给第1处理气体的第1气体供给部120A。第1气体供给部120A用于向所述等离子体生成空间S1供给第1处理气体。在处理容器192的侧壁部形成有气体导入口121，气体导入口121经由气体供给配管123A与气体供给源122A相连接。在气体供给配管123A的中途设有用于控制第1处理气体的流量的流量控制器例如质量流量控制器124A、开闭阀126A。采用这样的气体供给部120A，来自气体供给源122A的第1处理气体能够在被质量流量控制器124A控制为规定流量后从气体导入口121供给到处理容器192的等离子体生成空间S1。
第1处理气体是能够由于等离子体源所产生的等离子体而离解、生成自由基的分解性的气体。该自由基也可以是能够发生还原反应、氧化反应、氯化反应或者氟化反应的自由基。第1处理气体也可以是含有氢元素、氧元素、氯元素或者氟元素的气体。具体而言，是Ar、N2、O2、H2、He、BCl3、Cl2、CF4、NF3、CH4或者SF6等。作为生成还原反应的自由基的第1处理气体，能够列举出H2等。作为生成氧化反应的自由基的第1处理气体，能够列举出O2等。作 为生成氯化反应的自由基的第1处理气体，能够列举出BCl3、Cl2等。作为生成氟化反应的自由基的第1处理气体，能够列举出CF4、NF3、SF6等。
另外，在处理容器192上设有用于供给第2处理气体等的第2气体供给部120B。第2气体供给部120B用于向所述基板处理空间S2供给第2处理气体。在处理容器192的基板处理空间S2中配置有气体供给头240，气体供给头240经由气体供给配管123B与气体供给源122B相连接。在图12中示出了被配置于隔板230的下方的气体供给头240。气体供给头240朝向下方(即，朝向载置台110的方向)开设有多个气体孔240。这样，气体朝向下方流通，从而能够适当地将反应性的第2处理气体向晶圆W供给。气体孔240也可以朝向上方(即，朝向隔板230的方向)开口。在该情况下，能够使透过了隔板230的自由基与第2处理气体适当地混合。在气体供给配管123B的中途设有用于控制第2处理气体的流量的流量控制器例如质量流量控制器124B、开闭阀126B。采用这样的气体供给部120B，来自气体供给源122B的第2处理气体在被质量流量控制器124B控制为规定流量后从气体供给头240向处理容器192的基板处理空间S2供给。
第2处理气体是不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应的反应性的气体。该第2处理气体也可以含有例如与反应生成物的反应依赖于载置台110的温度的气体。具体而言，能够使用HF、Cl2、HCl、H2O、PF3、F2、ClF3、COF2、环戊二烯或者脒基配体(Amidinato)等。另外，第2处理气体可以包括电子给予性气体。电子给予性气体通常是指电负性或者离子化能力较大的由不同原子构成的气体，或者含有具有孤电子对的原子的气体。电子给予性气体具有容易赋予其他化合物电子的性质。例如，具有作为配体与金属化合物等结合、蒸发的性质。作为电子给予性气体，能够列举出SF6、PH3、PF3、 PCl3、PBr3、PI3、CF4、AsH3、SbH3、SO3、SO2、H2S、SeH2、TeH2、Cl3F、H2O、H2O2等或者含有羰基的气体。
另外，在图10中为了简化说明，将气体供给部120A、120B表现为单一系统的气体管线，但是气体供给部120A、120B不限于供给单一气体种类的处理气体的情况，也可以是将多个气体种类的气体作为处理气体进行供给的情况。该情况下，也可以是，设有多个气体供给源，由多个系统的气体管线构成，在各气体管线上设有质量流量控制器。另外，在图10中，列举了气体供给部120A构成为从处理容器192的侧壁部供给气体的情况的例子，但未必限定于此。也可以构成为例如从处理容器192的顶部供给气体。该情况下，也可以是，在例如板状电介体194的例如中央部形成气体导入口，从此处供给气体。
在处理容器192的底部经由排气管132连接有排气部130，排气部130用于排出处理容器192内的气氛气体。排气部130例如由真空泵构成，能够使处理容器192内减压到规定压力。其中，在等离子体生成空间S1生成的自由基在由于排气部130而形成的、等离子体生成空间S1与基板处理空间S2之间的压力差的作用下从等离子体生成空间S1透过隔板230移向基板处理空间S2。
在处理容器192的侧壁部形成有晶圆搬入搬出口134，在晶圆搬入搬出口134设有闸阀136。例如在搬入晶圆W时，打开闸阀136，利用未图示的搬送臂等搬送机构将晶圆W载置于处理容器192内的载置台110上，之后闭合闸阀136，进行晶圆W的处理。
在处理容器192的顶部，在板状电介体194的上侧面(外侧面)配设有平面状的高频天线140和覆盖高频天线140的屏蔽构件160。本实施方式的高频天线140大致上由配置于板状电介体194的中央部的内侧天线元件142A和包围内侧天线元件142A的外周地配置的外侧天线元件142B构成。各天线元件142A、142B分别形成为由例 如铜、铝、不锈钢等导体构成的螺旋线圈状。
各天线元件142A、142B一起被多个夹持体144夹持而成为一体。各夹持体144例如如图11所示那样形成为棒状，这些夹持体144呈放射线状配置为从内侧天线元件142A的中央附近向外侧天线元件142B的外侧伸出。图11是利用3个夹持体144夹持各天线元件142A、142B的情况的具体例。
屏蔽构件160包括以包围内侧天线元件142A的方式设于各天线元件142A、142B之间的筒状的内侧屏蔽壁162A和以包围外侧天线元件142B的方式设置的筒状的外侧屏蔽壁162B。由此，板状电介体194的上侧面被划分为内侧屏蔽壁162A的内侧的中央部(中央区域)和各屏蔽壁162A、162B之间的周缘部(周缘区域)。
在内侧天线元件142A上以堵塞内侧屏蔽壁162A的开口的方式设有圆板状的内侧屏蔽板164A。在外侧天线元件142B上以堵塞各屏蔽壁162A、162B之间的开口的方式设有环板状的外侧屏蔽板164B。
另外，屏蔽构件160的形状不限于圆筒状。屏蔽构件160的形状也可以为例如方筒状等其他形状，但是优选屏蔽构件160的形状与处理容器192的形状相匹配。这里，例如处理容器192为大致圆筒状，因此相应地，屏蔽构件160也形成为大致圆筒状。此外，如果处理容器192为大致方筒状，优选屏蔽构件160也为大致方筒状。
各天线元件142A、142B分别与高频电源150A、150B连接。由此，能够对各天线元件142A、142B施加相同频率或者不同频率的高频。例如从高频电源150A以规定功率向内侧天线元件142A供给规定频率(例如40MHz)的高频时，在处理容器192内形成的感应磁场的作用下，导入处理容器192内的处理气体被激励，在晶圆W上的中央部生成环型的等离子体。
并且，从高频电源150B以规定功率向外侧天线元件142B供给规 定频率(例如60MHz)的高频时，在处理容器192内形成的感应磁场的作用下，导入处理容器192内的处理气体被激励，在晶圆W上的周缘部生成另外的环型的等离子体。
在这些等离子体的作用下，从第1处理气体生成自由基。从各高频电源150A、150B输出的高频不限于所述频率。例如能够供给13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz等各种频率的高频。需要注意的是，需要根据从高频电源150A、150B输出的高频调整各天线元件142A、142B的电长度。此外，内侧屏蔽板164A、外侧屏蔽板164B分别能够通过致动器168A、168B调整高度。
在等离子体处理装置10上连接有控制部200，利用该控制部200控制等离子体处理装置10的各部分。并且，在控制部200上连接有操作部210，操作部210由供操作者进行命令的输入操作等以管理等离子体处理装置10的键盘、可视化地显示等离子体处理装置10的运行状况的显示器等构成。
此外，在控制部200上还连接有存储部220，存储部220存储有用于在控制部200的控制下实现利用等离子体处理装置10执行各种处理的程序、执行程序所必需的制程数据等。
在存储部220中除了存储有例如用于实施晶圆W的工艺处理的多个工艺处理制程之外，还存储有用于进行处理容器192内的清洁处理等必要的处理的制程等。这些制程是用于控制等离子体处理装置10的各部分的控制参数、设定参数等多个参数值的集合。例如工艺处理制程具有例如处理气体的流量、处理容器192内的压力、施加于各天线元件142A、142B的高频的频率、功率等参数值。
这些制程也可以存储于硬盘、半导体存储器，还可以以存储于CD－ROM、DVD等可移动的计算机可读的存储介质的状态设置在存储部220的规定位置。
控制部200根据来自操作部210的指示等从存储部220读取期望 的工艺处理制程来对各部分进行控制，从而利用等离子体处理装置10执行期望的处理。并且，还能够通过来自操作部210的操作编辑制程。
使用所述等离子体处理装置10除去反应生成物。图13是图3中的工序S3的详细流程。如上所述，反应生成物可能包括：掩模107及第1磁性层105所含有的金属、该金属的氧化物、氯化物、氮化物、卤化物、或者含有C、Si的化合物等。仅利用自由基或者仅反应性气体无法完全除去。因此，对于除去反应生成物，在工序S30(第1处理步骤)进行前处理，在进行处理以使反应生成物容易除去，在所述进行处理的动作之后或者与所述进行处理的动作同时地，在工序S32(第2处理步骤)中除去反应生成物。即，前处理是利用自由基对反应生成物的表面进行处理、以在工序S32中容易除去反应生成物的工序。在工序S30中所使用的气体为所述第1处理气体。第1处理气体根据反应生成物为何物、进而根据在后续工序S32中用于除去反应生成物的气体为何物来决定。
例如，反应生成物设为含有金属、金属氧化物、Si或者SiO2。在该情况下，作为用于除去反应生成物的第2处理气体，能够使用PF3。PF3在金属、化合物上配位而发生剥离、蒸发，之后被排出。这里，PF3对于金属而言具有在中性的金属上配位而蒸发的性质。因此，为了使用PF3高效地除去反应生成物，而执行使金属氧化物还原的前处理。例如，第1处理气体采用H2。供给到等离子体生成空间S1的H2在等离子体的作用下产生氢自由基。产生的氢自由基透过隔板230向基板处理空间S2移动，将金属氧化物还原成金属。之后或者同时供给来的PF3在金属上配位而蒸发并被排出。
此外，例如，反应生成物设为含有金属。在该情况下，作为用于除去反应生成物的第2处理气体，能够使用环戊二烯。环戊二烯能够与离子化的金属发生反应(置换)而生成化合物、蒸发、被排 出。因此，为了使用环戊二烯高效地除去反应生成物，而执行使金属离子化的前处理。例如，第1处理气体选择能够生成用于氯化反应的自由基的气体。例如，采用Cl2。供给到等离子体生成空间S1的Cl2在等离子体的作用下产生氯自由基。产生的氯自由基透过隔板230向基板处理空间S2移动，使金属发生反应而成为金属氯化物。之后或者同时供给来的环戊二烯与金属氯化物反应、蒸发并被排出。
此外，例如，反应生成物设为含有Si。在该情况下，作为用于除去反应生成物的第2处理气体，能够使用HF。HF适合使SiO2灰化。因此，为了使用HF高效地除去反应生成物，而执行将Si氧化的前处理。例如，第1处理气体选择能够生成用于氧化反应的自由基的气体。例如，采用O2。被供给到等离子体生成空间S1的O2在等离子体的作用下产生氧自由基。产生的氧自由基透过隔板230向基板处理空间S2移动，使Si发生反应而成为SiO2。之后或者同时供给来的HF使SiO2灰化。
所述工序S30及工序S32反复执行，从而能够利用自由基进行表面处理并进行除去处理。或者，也可以工序S30及工序S32同时进行来进行处理。
如上所述，在实施方式的等离子体处理装置10中，在处理容器192内配置有隔板230，分隔为等离子体生成空间S1及基板处理空间S2。该隔板230抑制离子及真空紫外光的透过，能够供中性的自由基透过。并且，第1处理气体供给部122A向等离子体生成空间S1供给第1处理气体。采用这样的结构，使从第1处理气体生成的离子被隔板230阻挡，仅从第1处理气体生成的自由基能够向基板处理空间S2移动而与反应生成物发生反应。即，能够使离子对基板造成的损伤最小，并且仅取出反应生成物的处理所需的自由基。并且，第2处理气体供给部122A将第2处理气体向基板处理空间供给。因此， 第2处理气体不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。这样，通过自由基和反应性的第2处理气体的相互作用，能够适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。并且，所述PF3、环戊二烯配位的化合物暴露于等离子体时会离解，因此在等离子体照射环境下，无法使用电子给予性气体有效地进行金属的剥离。另一方面，采用本实施方式的等离子体处理装置10，利用隔板230遮蔽等离子体，因此PF3、环戊二烯配位的化合物不会离解。因此，能够适当地除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。
并且，在实施方式的等离子体处理方法中，执行工序S30所示的前处理，能够仅使从第1处理气体生成的自由基向基板处理空间移动而与反应生成物发生反应。并且，通过执行工序S32，能够使第2处理气体不暴露于等离子体地与反应生成物发生反应。这样，在自由基和反应性的第2处理气体的相互作用下，能够适当除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。并且，自由基及第2处理气体的反应能够始终在真空下执行，能够避免因处理而形成新的反应生成物。此外，自由基与反应生成物发生反应，能够将反应生成物变成容易与第2处理气体发生反应的物质。这样，在自由基和反应性的第2处理气体的相互作用下，能够适当除去在对被蚀刻膜进行蚀刻时生成的反应生成物。
以上，基于本发明的实施方式详细地说明了本发明。但是，本发明不限于所述实施方式。本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。
例如，也可以是由下部电极层101、钉扎层102、第2磁性层103及绝缘层104形成多层构造，还可以是由第1磁性层105、上部电极层106及蚀刻掩模107形成多层构造。
例如，前处理S30未必执行，根据反应生成物的种类、第2处理气体的种类，也可以不执行前处理S30。例如，在反应生成物含有C、 含有金属Ti、W的情况下，作为用于除去C的第2处理气体，能够使用O2。另外，作为用于除去Ti的第2处理气体，能够使用Cl2、BCl2等。此外，作为用于除去W的第2处理气体，能够使用NF3、SF6、CF4等。在这些处理中，可以不执行前处理就执行工序S32。另外，在工序S32之后，也可以适当地执行修复、观察等后续工序。
另外，在所述实施方式中，作为等离子体源使用了所谓的ICP(InductivelyCoupled Plasma：电感耦合等离子体)，对这种情况进行了说明，但是并不限定于此，也可以使用电子密度为1010～1012数量级的等离子体源，例如使用ECR(Electron CyclotronResonance：电子回旋共振)、微波的等离子体源。另外，也可以使用CCP(CapacitivelyCoupled Plasma：电容耦合等离子体)等等离子体源。
[实施例]
以下，基于实施例及比较例进一步具体说明本发明，但本发明并不限定于以下实施例。
(比较例1)
在比较例1中，如图5所示那样从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行了蚀刻，以此为初始状态，利用电子显微镜进行了观察。并且，供给HF/CH4气体而与反应生成物发生反应之后，利用电子显微镜进行了观察。图14的(A)是反应生成物除去之前(初始状态)的SEM图像的示意图，图14的(B)是供给了气体之后的SEM图像的示意图。如图14所示，确认到：在利用HF/CH4气体进行了处理的情况下，在处理前后，MRAM元件底部的宽度(Btm CD)为40nm，没有变化。即，确认到：对于因对含有金属的层进行蚀刻而生成的反应生成物，仅利用反应气体无法除去。
(实施例1)
在实施例1中，以图4的状态为初始状态，从基板B的上表面到 绝缘层104的上表面进行蚀刻并利用电子显微镜进行了观察。并且，利用图10所示的等离子体处理装置10，除去反应生成物，利用电子显微镜进行了观察。在实施例1中，第1处理气体使用了BCl3及Ar，第2处理气体使用了HF。详细情况如以下所示。
空间的压力：1Torr(133Pa)
等离子体源的电力：300W
BCl3气体：280sccm
Ar气体：300sccm
HF气体：2000sccm
处理时间：180秒
基板温度：150℃
实施例1的初始状态的截面SEM图像的示意图如图15的(A)所示。图15的(B)是从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行了蚀刻的状态的截面SEM图像的示意图。图15的(C)是利用图10所示的等离子体处理装置10除去反应生成物之后的截面SEM图像的示意图。另外，图16的(A)是从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行了蚀刻的状态的SEM图像的示意图。图16的(B)是利用图10所示的等离子体处理装置10除去反应生成物之后的截面SEM图像的示意图。
如图15的(A)及图15的(B)所示，确认到：Btm CD从23.4nm变为35.8nm。这是因为由于蚀刻而附着有反应生成物。并且，如图15的(B)、图15的(C)及图16所示，确认到：反应生成物被除去，Btm CD从35.8nm变为与初始值基本相等的24nm。这样，确认到：利用图10所示的等离子体处理装置10能够适当地除去反应生成物。
(实施例2)
在实施例2中，以图4的状态为初始状态，从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行蚀刻并利用电子显微镜进行了观察。并且， 利用液体的HF(5％)及PF3除去反应生成物，利用电子显微镜进行了观察。详细情况如以下所示。
空间的压力：20Torr(2660Pa)
等离子体源的电力：0W(无等离子体：Non－Plasma)
PF3气体：25sccm
处理时间：1800秒
基板温度：250℃
实施例2的初始状态的截面SEM图像的示意图如图17的(A)所示。图17的(B)是从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行了蚀刻的状态的截面SEM图像的示意图。图17的(C)是除去了反应生成物之后的截面SEM图像的示意图。另外，图18的(A)是从基板B的上表面到绝缘层104的上表面进行了蚀刻的状态的SEM图像的示意图。图18的(B)是除去反应生成物之后的截面SEM图像的示意图。
如图17的(A)及图17的(B)所示，确认到：Btm CD从23.4nm变为30nm。这是因为由于蚀刻而附着有反应生成物。并且，如图17的(B)、图17的(C)及图18所示，确认到：反应生成物被除去，Btm CD从30nm变为28nm。这样，确认到：能够适当地除去反应生成物。
附图标记说明
10、等离子体处理装置(基板处理装置)；12、处理容器；20、基板处理系统；100、MRAM元件；101、下部电极层；102、钉扎层；103、第2磁性层；104、绝缘层；105、第1磁性层；106、上部电极层；107、蚀刻掩模；108、绝缘膜；110、载置台；120A、第1气体供给部；120B、第2气体供给部；192、处理容器；S1、等离子体生成空间；S2、基板处理空间；W、被处理基体；Z、残留物。

Claims (12)

1.一种基板处理装置，其用于处理由于对被处理基体所含有的被蚀刻层进行蚀刻而沉积的反应生成物，
该基板处理装置包括：
处理容器，其划分出空间；
隔板，其配置于所述处理容器内，将所述空间分隔为等离子体生成空间及基板处理空间，用于抑制离子及真空紫外光的透过；
等离子体源，其用于在所述等离子体生成空间生成等离子体；
载置台，其配置于所述基板处理空间，用于载置所述被处理基体；
第1处理气体供给部，其用于向所述等离子体生成空间供给第1处理气体，该第1处理气体由于所述等离子体而离解，生成自由基；
第2处理气体供给部，其用于向所述基板处理空间供给第2处理气体，该第2处理气体不暴露于所述等离子体地与所述反应生成物发生反应，
其中，为了通过所述自由基和所述第2处理气体之间的相互作用来除去所述反应生成物，所述第1处理气体供给部在所述第2处理气体供给部向所述基板处理空间供给所述第2处理气体之前、或者与所述第2处理气体供给部向所述基板处理空间供给所述第2处理气体同时地，向所述等离子体生成空间供给所述第1处理气体以从所述等离子体生成空间向所述基板处理空间供给所述自由基。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其中，
该基板处理装置还包括排气部，该排气部设于所述基板处理空间，用于对所述处理容器的空间进行减压。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其中，
所述隔板由至少两个板状构件构成，
两个所述板状构件从所述等离子体生成空间朝向所述基板处理空间重叠地配置，
各板状构件具有在重叠方向上贯通的多个贯通孔，
沿重叠方向观察，一个所述板状构件上的各贯通孔与另一个所述板状构件上的各贯通孔不重叠。
4.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其中，
所述自由基为能够引起还原反应、氧化反应、氯化反应或者氟化反应的自由基。
5.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其中，
所述第1处理气体为含有氢元素、氧元素、氯元素或者氟元素的气体。
6.根据权利要求1或2所述的基板处理装置，其中，
所述第2处理气体含有与所述反应生成物的反应依赖于所述载置台的温度的气体。
7.根据权利要求6所述的基板处理装置，其中，
所述第2处理气体含有电子给予性气体。
8.根据权利要求1、2、7中的任一项所述的基板处理装置，其中，
所述第1处理气体供给部与所述第2处理气体供给部向所述基板处理空间供给所述第2处理气体同时地，向所述等离子体生成空间供给所述第1处理气体以从所述等离子体生成空间向所述基板处理空间供给所述自由基。
9.一种基板处理方法，其是使用基板处理装置来处理由于对被处理基体所含有的被蚀刻层进行蚀刻而沉积的反应生成物的基板处理方法，
所述基板处理装置包括：
处理容器，其划分出空间；
隔板，其配置于所述处理容器内，将所述空间分隔为等离子体生成空间及基板处理空间，用于抑制离子及真空紫外光的透过；
等离子体源，其用于在所述等离子体生成空间生成等离子体；
载置台，其配置于所述基板处理空间，用于载置所述被处理基体；
第1处理气体供给部，其用于向所述等离子体生成空间供给第1处理气体，该第1处理气体由于所述等离子体而离解，生成自由基；
第2处理气体供给部，其用于向所述基板处理空间供给第2处理气体，该第2处理气体不暴露于所述等离子体地与所述反应生成物发生反应，
所述基板处理方法包括：
第1处理步骤，在该步骤中，从所述第1处理气体供给部向生成有等离子体的所述等离子体生成空间供给所述第1处理气体，生成自由基，将该自由基供给到所述基板处理空间而与所述反应生成物发生反应；
第2处理步骤，在该步骤中，从所述第2处理气体供给部向所述基板处理空间供给所述第2处理气体，使所述第2处理气体与所述反应生成物发生反应，
其中，为了通过所述自由基和所述第2处理气体之间的相互作用来除去所述反应生成物，所述第1处理步骤在所述第2处理步骤之前实施，或者所述第1处理步骤与所述第2处理步骤同时实施。
10.根据权利要求9所述的基板处理方法，其中，
所述第1处理步骤和所述第2处理步骤利用同一所述基板处理装置来执行。
11.根据权利要求9或10所述的基板处理方法，其中，
所述被蚀刻层是含有金属元素的层。
12.根据权利要求9或10所述的基板处理方法，其中，
所述第1处理步骤与所述第2处理步骤同时实施。
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