CN106716662A - 对多层膜进行蚀刻的方法 - Google Patents

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Abstract

一实施方式的方法包括如下工序：(a)利用在处理容器内产生的等离子体，对上部磁性层进行蚀刻的工序，使上部磁性层的蚀刻在绝缘层的表面结束；(b)利用在处理容器内产生的等离子体，将由于上部磁性层的蚀刻而在掩模以及上部磁性层的表面形成的堆积物去除的工序；(c)利用在处理容器内产生的等离子体，对绝缘层进行蚀刻的工序。在将堆积物去除的工序中，使保持着被处理体的支承构造体倾斜且旋转，将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于支承构造体。

Description

对多层膜进行蚀刻的方法
技术领域
本发明的技术方案涉及对多层膜进行蚀刻的方法。
背景技术
作为使用了磁阻效应元件的存储器元件的一种，具有MTJ(磁性隧道连接，Magnetic Tunnel Junction)构造的MRAM(磁性随机存储器，Magnetic Random AccessMemory)元件引人注目。
MRAM元件包括由含有强磁性体等金属的难蚀刻材料构成的多层膜。在这样的MRAM元件的制造过程中，多层膜使用由Ta(钽)、TiN这样的金属材料形成的掩模来进行蚀刻。在这样的蚀刻中，如日本特开2012-204408号公报所记载那样以往使用了卤素气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-204408号公报
发明内容
发明要解决的问题
本申请发明人进行了利用使用了含有稀有气体的处理气体的等离子体的蚀刻来蚀刻多层膜的尝试。在该蚀刻中，利用源自稀有气体的离子的溅射效果来对多层膜进行蚀刻。然而，在该蚀刻中，蚀刻后的金属附着于由于该蚀刻而形成的形状的表面而形成堆积物。由此，越沿着层叠方向远离掩模该形状变得越粗。即、该形状成为锥形状。因而，需要提高由于蚀刻而形成的形状的垂直性。另外，在这样的蚀刻中，除了要求对蚀刻对象的膜选择性地进行蚀刻之外，还要求对掩模及其基底也选择性地进行蚀刻。
用于解决问题的方案
在一技术方案中，可提供一种等离子体处理装置。该等离子体处理装置具备处理容器、气体供给系统、等离子体源、支承构造体以及排气系统。处理容器提供对被处理体进行等离子体处理的空间。气体供给系统向处理容器内供给气体。等离子体源使由气体供给系统供给的气体激励。支承构造体在处理容器内保持被处理体。排气系统是为了对处理容器内的空间进行排气而设置的。该排气系统设置于支承构造体的正下方。气体供给系统具有向处理容器内供给第1处理气体的第1气体供给部和向处理容器内供给第2处理气体的第2气体供给部。该等离子体处理装置还具备控制器，该控制器根据处理容器内的等离子体生成时或等离子体消失时的等离子体状态对第1气体供给部和第2气体供给部进行控制，以对第1处理气体的供给量和所述第2处理气体的供给量单独地进行调整。支承构造体构成为，将被处理体支承成能够旋转且能够倾斜。该等离子体处理装置还具备用于将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于支承构造体的偏压电力供给部。
在该等离子体处理装置中，在使支承构造体倾斜了的状态、即、使被处理体相对于等离子体源倾斜了的状态下，可进行等离子体蚀刻。由此，能够使离子朝向由于蚀刻而形成的形状的侧面入射。另外，在使支承构造体倾斜了的状态下可使该支承构造体旋转。由此，能够使离子朝向由于蚀刻而形成的形状的侧面的整个区域入射，另外，可提高离子向被处理体入射的面内均匀性。其结果，在由于蚀刻而形成的形状的侧面的整个区域中，可将附着到该侧面的堆积物去除，可提高该形状的垂直性。另外，可在被处理体的面内均匀地进行堆积物的去除，由于蚀刻而形成的形状的面内均匀性得以提高。
另外，在该等离子体处理装置中，能够使用脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压。采用脉冲调制后的直流电压，可将比较低的能量、且较窄的能量范围的离子向被处理体吸引。由此，可选择性地蚀刻由特定的物质构成的区域(膜、或堆积物等)。
在一实施方式中，第1处理气体也可以是稀有气体，第2处理气体也可以是含氢气体。作为含氢气体，可例示CH4气体、NH3气体。这些第1处理气体和第2处理气体也可以被等离子体源激励。
在一实施方式中，第1处理气体也可以是含有氢、氧、氯或氟的气体。这些元素的活性种与蚀刻对象的膜和/或堆积物所含有的物质发生反应，从而能够形成易于与第2处理气体发生反应的物质。另外，第2处理气体也可以含有与蚀刻对象的膜和/或堆积物所含有的物质之间的反应依赖于载置台的温度的气体。或者、第2处理气体也可以是电子给予性的气体。第2处理气体也可以不被激励。
在一实施方式中，支承构造体能具有倾斜轴部。该倾斜轴部在沿着与铅垂方向正交的方向延伸的第1轴线上延伸。另外，等离子体处理装置还能具备驱动装置。该驱动装置是对倾斜轴部进行轴支承并使支承构造体以第1轴线为中心旋转的装置，设置于处理容器的外部。另外，支承构造体具有可将其空心的内部维持成大气压的密封构造。根据该实施方式，使支承构造体的内部与处理容器内的用于等离子体处理的空间分离，可在该支承构造体内设置多种多样的机构。
在一实施方式中，支承构造体能具有保持部、容器部、磁性流体密封部以及旋转马达。保持部是保持被处理体的保持部，能以与第1轴线正交的第2轴线为中心旋转。在一实施方式中，保持部能具有静电卡盘。容器部与保持部一起形成支承构造体的空心的内部。磁性流体密封部对支承构造体进行密封。旋转马达设置于容器部内，使保持部旋转。根据该实施方式，能够使保持有被处理体的保持部倾斜且使该保持部旋转。
在一实施方式中，也可以是，支承构造体还具有传动带，该传动带设置于容器部内，将旋转马达和保持部连结。
在一实施方式中，倾斜轴部也可以具有筒形状。在该实施方式中，偏压电力供给部可经由穿过倾斜轴部的内孔而向容器部的内侧延伸的配线与保持部电连接。
在一实施方式中，在支承构造体不倾斜的状态下，第2轴线能与等离子体源的中心轴线一致。
在一实施方式中，也可以是，倾斜轴部在包括支承构造体的中心与保持部之间的位置的所述第1轴线上延伸。根据该实施方式，在支承构造体的倾斜时，能够减少从等离子体源到被处理体的各位置的距离差。因而，蚀刻的面内均匀性得以进一步提高。在一实施方式中，也可以是，支承构造体能以60度以内的角度倾斜。
在一实施方式中，也可以是，倾斜轴部在包括支承构造体的重心的所述第1轴线上延伸。根据该实施方式，驱动装置所要求的扭矩变小，该驱动装置的控制变得容易。
在另一技术方案中，可提供一种使用等离子体处理装置来对被处理体的多层膜进行蚀刻的方法。被处理体具有：基底层；下部磁性层，其设置于该基底层上；绝缘层，其设置于该下部磁性层上；上部磁性层，其设置于该绝缘层上；以及掩模，其设置于所述上部磁性层上。等离子体处理装置具备处理容器、向该处理容器内供给气体的气体供给系统、等离子体生成用的高频电源以及支承被处理体的支承构造体。该方法包括如下工序：(a)利用在处理容器内产生的等离子体对上部磁性层进行蚀刻的工序(以下称为“工序a”)，使上部磁性层的蚀刻在绝缘层的表面结束；(b)利用在处理容器内产生的等离子体将由于上部磁性层的蚀刻而在掩模和上部磁性层的表面形成的堆积物去除的工序(以下称为“工序b”)；(c)利用在处理容器内产生的等离子体对绝缘层进行蚀刻的工序(以下称为“工序c”)。在该方法的工序b中，使保持有被处理体的支承构造体倾斜且旋转，将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于支承构造体。
在该方法中，在工序b中使支承构造体倾斜，因此，离子朝向上部磁性层的侧面和掩模的侧面入射。另外，在工序b中使支承构造体旋转，因此，可使离子朝向上部磁性层的侧面的整个区域和掩模的侧面的整个区域入射。另外，可使离子大致均匀地向被处理体的面内入射。因而，可在上部磁性层的侧面的整个区域和掩模的侧面的整个区域中将堆积物去除，可提高在上部磁性层形成的形状的垂直性。另外，可提高在上部磁性层形成的形状的面内均匀性。
另外，在工序b中，可使用脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压。采用脉冲调制后的直流电压，可将比较低的能量、且较窄的能量范围的离子向被处理体吸引。由此，可对由特定的物质构成的区域(膜、或堆积物等)选择性地进行蚀刻。
在一实施方式的工序b中，也可以是，生成具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体。该稀有气体也可以是例如Kr(氪)气体。
在一实施方式中，也可以是，交替地反复进行工序a和工序b。根据该实施方式，可在形成大量的堆积物之前将堆积物去除。
在一实施方式中，也可以是，脉冲调制后的直流电压在1个周期中具有取高电平的期间和取低电平的期间，该直流电压在1个周期中取高电平的期间的比率即占空比处于10％～90％的范围内。
也可以是，在一实施方式的工序a中，使具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体产生，将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于支承构造体。该稀有气体是例如Kr气体。根据该实施方式，以大致不对基底的绝缘层进行蚀刻的方式对上部磁性层进行蚀刻。
在一实施方式的工序c中，生成具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体，将比在对上部磁性层进行蚀刻的工序中施加于支承构造体的直流电压高的电压的脉冲调制后的直流电压、或、高频偏压电力施加于支承构造体。根据该实施方式，通过使用比在工序a中设定为不对绝缘层进行蚀刻的电压高的偏压，可对绝缘层进行蚀刻。
在一实施方式中，方法还能包括如下工序：(d)利用在处理容器内产生的等离子体对下部磁性层进行蚀刻的工序；(e)利用在处理容器内产生的等离子体对包括PtMn层的基底层进行蚀刻的工序(以下称为“工序e”)。
在一实施方式的工序e中，生成稀有气体的等离子体，能将比在对上部磁性层进行蚀刻的工序中施加于支承构造体的所述直流电压高的电压的脉冲调制后的直流电压、或、高频偏压电力施加于所述支承构造体。根据该实施方式，通过使用比在工序a中设定好的电压高的偏压，可对包括PtMn层的下部磁性层进行蚀刻。
也可以是，一实施方式的工序e包括：将支承构造体设定成非倾斜的第1状态的工序和将支承构造体设定成倾斜且旋转的第2状态的工序。根据该实施方式，可将由于下部磁性层的蚀刻而形成的堆积物去除。
也可以是，一实施方式的工序e包括如下工序：生成含有第1稀有气体的处理气体的等离子体的第1工序，该第1稀有气体具有比氩的原子序数大的原子序数；生成含有第2稀有气体的处理气体的等离子体的第2工序，该第2稀有气体具有比氩的原子序数小的原子序数。也可以是，在一实施方式中，在第1工序和第2工序中向支承构造体供给高频偏压电力。具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体、即第1稀有气体的等离子体具有较高的溅射效率、即、蚀刻效率。因而，含有第1稀有气体的第1处理气体的等离子体与含有氩气体的处理气体的等离子体相比，可形成垂直性较高的形状，可将堆积物较多地去除。然而，第1处理气体的等离子体针对掩模的选择性较差。另一方面，具有比氩的原子序数小的原子序数的稀有气体、即第2稀有气体的等离子体具有较低的溅射效率、即、蚀刻效率。因而，含有第2稀有气体的第2处理气体的等离子体具有较低的蚀刻效率。然而，第2处理气体的等离子体针对掩模的选择性优异。根据该实施方式，在第1工序中，使由于蚀刻而形成的形状的垂直性提高，另外，能够减少对于该形状的侧壁面的堆积物。另外，在第2工序中能够提高被蚀刻层相对于掩模的蚀刻的选择比。由此，可进行满足堆积物的去除、形状的垂直性以及相对于掩模的选择性的蚀刻。
也可以是，在一实施方式中，在第1工序和第2工序中的至少一者中，使支承构造体倾斜且旋转。根据该形态，可将附着到由于蚀刻而形成的形状的侧面的堆积物更高效地去除。
发明的效果
如以上说明那样，可将附着到由于蚀刻而形成的形状的表面的堆积物去除、且相对于掩模及其基底对蚀刻对象的膜选择性地进行蚀刻。
附图说明
图1是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图2是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图3是表示脉冲调制后的偏压的图。
图4是表示被处理体的一个例子的剖视图。
图5是表示一实施方式的等离子体源的图。
图6是表示一实施方式的等离子体源的图。
图7是表示一实施方式的支承构造体的剖视图。
图8是表示一实施方式的支承构造体的剖视图。
图9是表示使用离子能量分析仪对图1所示的等离子体处理装置中的离子能量进行了实测而得到的结果的图表。
图10是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的电压值之间的关系的图表。
图11是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的调制频率之间的关系的图表。
图12是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的ON·占空比之间的关系的图表。
图13是表示一实施方式的对多层膜进行蚀刻的方法的流程图。
图14是表示由具有1000eV的离子能量的稀有气体原子的离子导致的各种金属或金属化合物的溅射率SY的图。
图15是表示由具有300eV的离子能量的稀有气体原子的离子导致的各种金属或金属化合物的溅射率SY的图。
图16是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。
图17是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。
图18是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。
图19是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。
图20是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。
图21是表示工序ST9的一实施方式的流程图。
图22是表示工序ST9的另一实施方式的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明各种的实施方式。此外，在各附图中对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
图1和图2是概略地表示一实施方式的等离子体处理装置的图，在包括沿着铅垂方向延伸的轴线PX的一平面处剖切处理容器来表示该等离子体处理装置。此外，在图1中，示出了后述的支承构造体没有倾斜的状态的等离子体处理装置，在图2中，示出了支承构造体倾斜着的状态的等离子体处理装置。
图1和图2所示的等离子体处理装置10具备处理容器12、气体供给系统14、等离子体源16、支承构造体18、排气系统20、偏压电力供给部22以及控制部Cnt。处理容器12具有大致圆筒形状。在一实施方式中，处理容器12的中心轴线与轴线PX一致。该处理容器12提供了用于对被处理体(以下有时称为“晶圆W”)进行等离子体处理的空间S。
在一实施方式中，处理容器12在其高度方向的中间部分12a、即收容支承构造体18的部分具有大致恒定的宽度。另外，处理容器12呈随着从该中间部分的下端朝向底部去而宽度逐渐变窄的锥形状。另外，处理容器12的底部提供有排气口12e，该排气口12e形成为相对于轴线PX轴对称。
气体供给系统14构成为向处理容器12内供给气体。气体供给系统14具有第1气体供给部14a和第2气体供给部14b。第1气体供给部14a构成为将第1处理气体向处理容器12内供给。第2气体供给部14b构成为将第2处理气体向处理容器12内供给。此外，随后论述气体供给系统14的详细情况。
等离子体源16构成为使供给到处理容器12内的气体激励。在一实施方式中，等离子体源16设置于处理容器12的顶部。另外，在一实施方式中，等离子体源16的中心轴线与轴线PX一致。此外，随后论述与等离子体源16的一个例子有关的详细情况。
支承构造体18构成为在处理容器12内保持晶圆W。该支承构造体18构成为以与轴线PX正交的第1轴线AX1为中心可进行旋转。支承构造体18通过以第1轴线AX1为中心的旋转可相对于轴线PX倾斜。为了使支承构造体18倾斜，等离子体处理装置10具有驱动装置24。驱动装置24设置于处理容器12的外部，产生用于使支承构造体18以第1轴线AX1为中心进行旋转的驱动力。另外，支承构造体18构成为使晶圆W以与第1轴线AX1正交的第2轴线AX2为中心进行旋转。此外，在支承构造体18没有倾斜的状态下，如图1所示，第2轴线AX2与轴线PX一致。另一方面，在支承构造体18倾斜着的状态下，第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜。随后论述该支承构造体18的详细情况。
排气系统20构成为对处理容器12内的空间进行减压。在一实施方式中，排气系统20具有自动压力控制器20a、涡轮分子泵20b以及干泵20c。涡轮分子泵20b设置于自动压力控制器20a的下游。干泵20c经由阀20d与处理容器12内的空间直接连结。另外，干泵20c经由阀20e设置于涡轮分子泵20b的下游。
包括自动压力控制器20a和涡轮分子泵20b的排气系统安装于处理容器12的底部。另外，包括自动压力控制器20a和涡轮分子泵20b的排气系统设置于支承构造体18的正下方。因而，在该等离子体处理装置10中，能够形成从支承构造体18的周围到排气系统20的均匀的排气的流动。由此，可达成效率良好的排气。另外，可使在处理容器12内生成的等离子体均匀地扩散。
在一实施方式中，也可以是，在处理容器12内设置有整流构件26。整流构件26具有下端封闭的大致筒形状。该整流构件26以从侧方和下方包围支承构造体18的方式沿着处理容器12的内壁面延伸。在一个例子中，整流构件26具有上部26a和下部26b。上部26a具有恒定的宽度的圆筒形状，沿着处理容器12的中间部分12a的内壁面延伸。另外，下部26b在上部26a的下方与该上部26a连续。下部26b具有宽度沿着处理容器12的内壁面逐渐变窄的锥形状，在其下端呈平板状。在该下部26b形成有许多开口(贯通孔)。根据该整流构件26，能够在该整流构件26的内侧、即收容晶圆W的空间与该整流构件26的外侧、即排气侧的空间之间形成压力差，可对气体在收容晶圆W的空间中的滞留时间进行调整。另外，能实现均匀的排气。
偏压电力供给部22构成为将用于向晶圆W吸引离子的偏压和高频偏压电力选择性地施加于支承构造体18。在一实施方式中，偏压电力供给部22具有第1电源22a和第2电源22b。第1电源22a产生脉冲调制后的直流电压(以下称为“调制直流电压”)作为施加于支承构造体18的偏压。图3是表示脉冲调制后的直流电压的图。如图3所示，调制直流电压是电压值取高电平的期间TH和取低电平的期间TL交替地反复的电压。调制直流电压可设定为例如0V～1200V的范围内的电压值。调制直流电压的高电平的电压值是可设定于该电压值的范围内的电压值，调制直流电压的高电平的电压值是比该高电平的电压值低的电压值。如图3所示，期间TH和与该期间TH连续的期间TL的合计构成1个周期TC。另外，调制直流电压的脉冲调制的频率是1/TC。脉冲调制的频率可任意地设定，但是，脉冲调制的频率是可形成可进行离子的加速的鞘层的频率，是例如400kHz。另外，ON·占空比、即、期间TH在1个周期TC中所占的比率是10％～90％的范围内的比率。
第2电源22b构成为将用于向晶圆W吸引离子的高频偏压电力向支承构造体18供给。该高频偏压电力的频率是适于向晶圆W吸引离子的任意的频率，是例如400kHz。在等离子体处理装置10中，能够将来自第1电源22a的调制直流电压和来自第2电源22b的高频偏压电力选择性地向支承构造体18供给。调制直流电压和高频偏压电力的选择性的供给能由控制部Cnt控制。
控制部Cnt是具备例如处理器、存储部、输入装置、显示装置等的计算机。控制部Cnt按照基于所输入的制程的程序进行动作，送出控制信号。等离子体处理装置10的各部被来自控制部Cnt的控制信号控制。
以下，分别详细地说明气体供给系统14、等离子体源16、支承构造体18。
[气体供给系统]
气体供给系统14如上述那样具有第1气体供给部14a和第2气体供给部14b。第1气体供给部14a经由一个以上的气体喷出孔14e向处理容器12内供给第1处理气体。另外，第2气体供给部14b经由一个以上的气体喷出孔14向处理容器12内供给第2处理气体。气体喷出孔14e设置于比气体喷出孔14f靠近等离子体源16的位置。因而，第1处理气体可向比第2处理气体靠近等离子体源16的位置供给。此外，在图1和图2中，气体喷出孔14e和气体喷出孔14f各自的个数是“1”，但也可以设置有多个气体喷出孔14e和多个气体喷出孔14f。多个气体喷出孔14e也可以相对于轴线PX沿着周向均等地排列。另外，也可以是，多个气体喷出孔14f也相对于轴线PX沿着周向均等地排列。
在一实施方式中，也可以是，在被气体喷出孔14e喷出气体的区域和被气体喷出孔14f喷出气体的区域之间设置有分隔板、所谓离子捕集器。由此，可对从第1处理气体的等离子体朝向晶圆W的离子的量进行调整。
第1气体供给部14a能具有一个以上的气体源、一个以上的流量控制器、一个以上的阀。因而，可对来自第1气体供给部14a的一个以上的气体源的第1处理气体的流量进行调整。另外，第2气体供给部14b能具有一个以上的气体源、一个以上的流量控制器、一个以上的阀。因而，可对来自第2气体供给部14b的一个以上的气体源的第2处理气体的流量进行调整。来自第1气体供给部14a的第1处理气体的流量和该第1处理气体的供给的时刻、以及来自第2气体供给部14b的第2处理气体的流量和该第2处理气体的供给的时刻可由控制部Cnt单独地调整。
以下，针对第1处理气体和第2处理气体，说明三个例子。为了说明这三个例子的第1处理气体和第2处理气体的利用形态，首先，参照图4说明被处理体的例子。图4是表示被处理体的一个例子的剖视图。图4所示的晶圆W是能够从该晶圆W制作具有MTJ构造的MRAM元件的被处理体，包括构成MRAM元件的多层膜。具体而言，晶圆W具有基底层L1、下部磁性层L2、绝缘层L3、上部磁性层L4以及掩模MSK。
基底层L1包括下部电极层L11、反强磁性层L12、强磁性层L13以及非磁性层L14。下部电极层L11能由例如Ta形成。反强磁性层L12设置于下部电极层L11上，能由例如PtMn形成。即、基底层L1能含有PtMn层。强磁性层L13设置于反强磁性层L12上，能由例如CoFe形成。另外，非磁性层L14设置于强磁性层L13上，能由例如Ru形成。
下部磁性层L2、绝缘层L3以及上部磁性层L4是形成MTJ构造的多层膜。下部磁性层L2设置于非磁性层L14上，能由例如CoFeB形成。此外，强磁性层L13、非磁性层L14以及下部磁性层L2构成磁化固定层。绝缘层L3设置于下部磁性层L2与上部磁性层L4之间，能由例如氧化镁(MgO)形成。另外，上部磁性层L4设置于绝缘层L3上，能由例如CoFeB形成。
掩模MSK设置于上部磁性层L4上。掩模MSK能包括第1层L21和第2层L22。第1层L21设置于上部磁性层L4上，能由例如Ta形成。第2层L22设置于第1层L21上，能由例如TiN形成。该晶圆W在没有被掩模MSK覆盖的区域中从上部磁性层L4到反强磁性层L12的多层膜被蚀刻。以下，以该晶圆W为例说明第1处理气体和第2处理气体的三个例子。
在第1例中，第1处理气体能是稀有气体。稀有气体是He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、或Xe气体。另外，第1处理气体能是从He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、和Xe气体中选择的气体。例如，在使用等离子体处理装置10来对图4所示的晶圆W的多层膜进行蚀刻之际，可选择适于各层的蚀刻的稀有气体。
另外，在第1例中，第2处理气体能是含氢气体。作为含氢气体，可例示CH4气体、或NH3气体。源自这样的第2处理气体的氢的活性种利用还原作用将多层膜中所含有的物质、即金属改性成易于蚀刻的状态。另外，CH4气体所含有的碳、或NH3气体所含有的氮与形成掩模MSK的材料结合而形成金属化合物。由此，掩模MSK变得牢固，相对于多层膜的蚀刻速度而言该掩模MSK的蚀刻速度变小。其结果，可提高晶圆W中的除了掩模MSK以外的构成多层膜的层的蚀刻的选择性。
在该第1例中，第1处理气体和第2处理气体能被等离子体源16激励。在该第1例中，利用控制部Cnt的控制，等离子体生成时的第1处理气体和第2处理气体的供给量被单独地控制。
在第2例中，第1处理气体能是被由等离子体源16产生的等离子体离解并生成自由基的分解性的气体。源自第1处理气体的自由基也可以是引起还原反应、氧化反应、氯化反应或氟化反应的自由基。第1处理气体也可以是含有氢元素、氧元素、氯元素或氟元素的气体。具体而言，第1处理气体也可以是Ar、N2、O2、H2、He、BCl3、Cl2、CF4、NF3、CH4、或SF6等。作为生成还原反应的自由基的第1处理气体，可例示H2等。作为生成氧化反应的自由基的第1处理气体，可例示O2等。作为生成氯化反应的自由基的第1处理气体，可例示BCl3、Cl2等。作为生成氟化反应的自由基的第1处理气体，可例示CF4、NF3、SF6等。
另外，在第2例中，第2处理气体能是不暴露于等离子体就与蚀刻对象的物质发生反应的气体。作为该第2处理气体，也可以含有例如与蚀刻对象的物质之间的反应依赖于支承构造体18的温度的气体。具体而言，这样的第2处理气体可使用HF、Cl2、HCl、H2O、PF3、F2、ClF3、COF2、环戊二烯或N,N'-二甲基-甲基脒基(Amidinato)等。另外，第2处理气体能含有电子给予性气体。一般而言，电子给予性气体是指，由电阴性或离子化电势很大程度不同的原子构成的气体、或者包括具有孤立电子对的原子的气体。电子给予性气体具有易于对其他化合物赋予电子的性质。例如、电子给予性气体具有作为配体与金属化合物等结合并蒸发的性质。作为电子给予性气体，可例示SF6、PH3、PF3、PCl3、PBr3、PI3、CF4、AsH3、SbH3、SO3、SO2、H2S、SeH2、TeH2、Cl3F、H2O、H2O2等、或、含有羰基的气体。
该第2例的第1处理气体和第2处理气体能够利用于由图4所示的晶圆W的多层膜的蚀刻产生的堆积物的去除。具体而言，利用源自第1处理气体的自由基对该堆积物进行改性，接下来，使改性后的堆积物与第2处理气体产生反应。由此，可容易地对堆积物进行排气。在该第2例中，第1处理气体和第2处理气体能交替地供给。在第1处理气体的供给时，利用等离子体源16生成等离子体，在第2气体的供给时，等离子体源16的等离子体的生成被停止。这样的第1处理气体和第2处理气体的供给可由控制部Cnt控制。即、在第2例中，与等离子体生成时和等离子体消失时的等离子体状态相应的第1处理气体的供给量和第2处理气体的供给量能通过控制部Cnt对第1气体供给部14a和第2气体供给部14b进行的控制来实现。
[等离子体源]
图5是表示一实施方式的等离子体源的图，是表示从图1的Y方向观察到的等离子体源的图。另外，图6是表示一实施方式的等离子体源的图，表示从铅垂方向观察到的等离子体源。如图1和图5所示，在处理容器12的顶部设置有开口，该开口被电介质板194封闭。电介质板194是板状体，由石英玻璃、或陶瓷形成。等离子体源16设置于该电介质板194上。
更具体而言，如图5和图6所示，等离子体源16具有高频天线140和屏蔽构件160。高频天线140被屏蔽构件160覆盖。在一实施方式中，高频天线140包括内侧天线元件142A和外侧天线元件142B。内侧天线元件142A比外侧天线元件142B靠近轴线PX地设置。换言之，外侧天线元件142B以包围内侧天线元件142A的方式设置于该内侧天线元件142A的外侧。内侧天线元件142A和外侧天线元件142B分别由例如铜、铝、不锈钢等导体形成，以轴线PX为中心呈螺旋状延伸。
内侧天线元件142A和外侧天线元件142B都被多个夹持体144夹持而成为一体。多个夹持体144是例如棒状的构件，相对于轴线PX呈放射状配置。
屏蔽构件160具有内侧屏蔽壁162A和外侧屏蔽壁162B。内侧屏蔽壁162A具有沿着铅垂方向延伸的筒形状，设置于内侧天线元件142A与外侧天线元件142B之间。该内侧屏蔽壁162A包围着内侧天线元件142A。另外，外侧屏蔽壁162B具有沿着铅垂方向延伸的筒形状，以包围外侧天线元件142B的方式设置。
在内侧天线元件142A上设置有内侧屏蔽板164A。内侧屏蔽板164A具有圆盘形状，以堵塞内侧屏蔽壁162A的开口的方式设置。另外，在外侧天线元件142B上设置有外侧屏蔽板164B。外侧屏蔽板164B是环状板，以堵塞内侧屏蔽壁162A与外侧屏蔽壁162B之间的开口的方式设置。
内侧天线元件142A、外侧天线元件142B分别与高频电源150A、高频电源150B连接。高频电源150A和高频电源150B是等离子体生成用的高频电源。高频电源150A和高频电源150B分别向内侧天线元件142A和外侧天线元件142B供给相同的频率或不同的频率的高频电力。例如，若从高频电源150A向内侧天线元件142A以预定的功率供给预定的频率(例如40MHz)的高频电力，则导入到处理容器12内的处理气体被在处理容器12内形成的感应磁场激励，可在晶圆W上的中央部生成环型的等离子体。另外，若从高频电源150B向外侧天线元件142B以预定的功率供给预定的频率(例如60MHz)的高频电力，则导入到处理容器12内的处理气体被在处理容器12内形成的感应磁场激励，可在晶圆W上的周缘部生成另一环型的等离子体。在这些等离子体的作用下，可从处理气体生成自由基。
此外，从高频电源150A和高频电源150B输出的高频电力的频率并不限于上述的频率。例如，从高频电源150A和高频电源150B输出的高频电力的频率也可以是13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz这样的各种频率。但是，需要根据从高频电源150A和高频电源150B输出的高频来对内侧天线元件142A和外侧天线元件142B的电长度进行调整。
该等离子体源16在1mTorr(0.1333Pa)的压力的环境下也可使处理气体的等离子体点火。在低压环境下，等离子体中的离子的平均自由行程变大。因而，可由稀有气体原子的离子的溅射进行蚀刻。另外，在低压环境下，可抑制被蚀刻了的物质再次附着于晶圆W且对该物质进行排气。
[支承构造体]
图7和图8是表示一实施方式的支承构造体的剖视图。图7中示出从Y方向(参照图1)观察到的支承构造体的剖视图，图8中示出从X方向(参照图1)观察到的支承构造体的剖视图。如图7和图8所示，支承构造体18具有保持部30、容器部40以及倾斜轴部50。
保持部30是通过保持晶圆W、以第2轴线AX2为中心进行旋转、来使晶圆W旋转的机构。此外，如上述那样，在支承构造体18没有倾斜的状态下，第2轴线AX2与轴线PX一致。该保持部30具有静电卡盘32、下部电极34、旋转轴部36以及绝缘构件35。
静电卡盘32构成为在其上表面上保持晶圆W。静电卡盘32具有以第2轴线AX2为其中心轴线的大致圆盘形状，具有作为绝缘膜的内层而设置的电极膜。静电卡盘32通过对电极膜施加电压而产生静电力。利用该静电力，静电卡盘32对载置到其上表面的晶圆W进行吸附。可向该静电卡盘32与晶圆W之间供给He气体这样的传热气体。另外，也可以是，在静电卡盘32内内置有用于对晶圆W进行加热的加热器。该静电卡盘32设置于下部电极34上。
下部电极34具有以第2轴线AX2为其中心轴线的大致圆盘形状。在一实施方式中，下部电极34具有第1部分34a和第2部分34b。第1部分34a是沿着第2轴线AX2延伸的下部电极34的中央侧的部分，第2部分34b是比第1部分34a远离第2轴线AX2的部分、即、在比第1部分34a靠外侧的位置延伸的部分。第1部分34a的上表面和第2部分34b的上表面连续，由第1部分34a的上表面和第2部分34b的上表面构成下部电极34的大致平坦的上表面。该下部电极34的上表面与静电卡盘32接触。另外，第1部分34a相对于第2部分34b向下方突出而呈圆柱状。即、第1部分34a的下表面在比第2部分34b的下表面靠下方的位置延伸。该下部电极34由铝这样的导体形成。下部电极34与上述的偏压电力供给部22电连接。即、来自第1电源22a的调制直流电压和来自第2电源22b的高频偏压电力可选择性地向下部电极34供给。另外，在下部电极34设置有制冷剂流路34f。通过向该制冷剂流路34f供给制冷剂，来对晶圆W的温度进行控制。该下部电极34设置于绝缘构件35上。
绝缘构件35由石英、氧化铝这样的绝缘体构成，具有中央开口的大致圆盘形状。在一实施方式中，绝缘构件35具有第1部分35a和第2部分35b。第1部分35a是绝缘构件35的中央侧的部分，第2部分35b是比第1部分35a远离第2轴线AX2的部分、即、在比第1部分35a靠外侧的位置延伸的部分。第1部分35a的上表面在比第2部分35b的上表面靠下方的位置延伸，另外，第1部分35a的下表面也在比第2部分35b的下表面靠下方的位置延伸。绝缘构件35的第2部分35b的上表面与下部电极34的第2部分34b的下表面接触。另一方面，绝缘构件35的第1部分35a的上表面与下部电极34的下表面分开。
旋转轴部36具有大致圆柱形状，与下部电极34的下表面结合。具体而言，与下部电极34的第1部分34a的下表面结合。旋转轴部36的中心轴线与第2轴线AX2一致。通过对该旋转轴部36施加旋转力，保持部30进行旋转。
由这样的各种要素构成的保持部30与容器部40一起形成了空心的空间作为支承构造体18的内部空间。容器部40包括上侧容器部42和外侧容器部44。上侧容器部42具有大致圆盘形状。在上侧容器部42的中央形成有供旋转轴部36贯穿的贯通孔。该上侧容器部42以与绝缘构件35的第2部分35b之间形成有微小的间隙的方式设置在该第2部分35b的下方。另外，外侧容器部44的上端与上侧容器部42的下表面周缘结合。外侧容器部44具有下端被封闭的大致圆筒形状。
在容器部40与旋转轴部36之间设置有磁性流体密封部52。磁性流体密封部52具有内圈部52a和外圈部52b。内圈部52a具有与旋转轴部36同轴地延伸的大致圆筒形状，固定于旋转轴部36。另外，内圈部52a的上端部与绝缘构件35的第1部分35a的下表面结合。该内圈部52a与旋转轴部36一起以第2轴线AX2为中心进行旋转。外圈部52b具有大致圆筒形状，与内圈部52a同轴地设置在该内圈部52a的外侧。外圈部52b的上端部与上侧容器部42的中央侧部分的下表面结合。磁性流体52c介于这些内圈部52a与外圈部52b之间。另外，在磁性流体52c的下方，在内圈部52a与外圈部52b之间设置有轴承53。该磁性流体密封部52提供了对支承构造体18的内部空间气密地进行密封的密封构造。利用该磁性流体密封部52，可使支承构造体18的内部空间自等离子体处理装置10的空间S分离。此外，在等离子体处理装置10中，支承构造体18的内部空间被维持为大气压。
在一实施方式中，在磁性流体密封部52与旋转轴部36之间设置有第1构件37和第2构件38。第1构件37具有沿着旋转轴部36的外周面的一部分、即、后述的第3筒状部36d的上侧部分的外周面和下部电极34的第1部分34a的外周面延伸的大致圆筒形状。另外，第1构件37的上端具有沿着下部电极34的第2部分34b的下表面延伸的环状板形状。该第1构件37与第3筒状部36d的上侧部分的外周面、以及下部电极34的第1部分34a的外周面和第2部分34b的下表面接触。
第2构件38具有沿着旋转轴部36的外周面、即、第3筒状部36d的外周面、和第1构件37的外周面延伸的大致圆筒形状。第2构件38的上端具有沿着绝缘构件35的第1部分35a的上表面延伸的环状板形状。第2构件38与第3筒状部36d的外周面、第1构件37的外周面、绝缘构件35的第1部分35a的上表面以及磁性流体密封部52的内圈部52a的内周面接触。O形密封圈这样的密封构件39a介于该第2构件38与绝缘构件35的第1部分35a的上表面之间。另外，O形密封圈这样的密封构件39b、39c介于第2构件38与磁性流体密封部52的内圈部52a的内周面之间。旋转轴部36与磁性流体密封部52的内圈部52a之间被该构造密封。由此，即使在旋转轴部36与磁性流体密封部52之间存在间隙，也可使支承构造体18的内部空间与等离子体处理装置10的空间S分离。
在外侧容器部44，沿着第1轴线AX1形成有开口。在形成于外侧容器部44的开口嵌入有倾斜轴部50的内侧端部。该倾斜轴部50具有大致圆筒形状，其中心轴线与第1轴线AX1一致。如图1所示，倾斜轴部50延伸到处理容器12的外侧。在倾斜轴部50的一个外侧端部结合有上述的驱动装置24。该驱动装置24轴支承倾斜轴部50的一个外侧端部。在该驱动装置24的作用下，倾斜轴部50旋转，从而支承构造体18以第1轴线AX1为中心进行旋转，其结果，支承构造体18相对于轴线PX倾斜。例如、支承构造体18能以第2轴线AX2相对于轴线PX呈0度～60度以内的范围的角度的方式倾斜。
在一实施方式中，第1轴线AX1包括第2轴线AX2方向上的支承构造体18的中心位置。在该实施方式中，倾斜轴部50在穿过支承构造体18的该中心的第1轴线AX1上延伸。在该实施方式中，在支承构造体18倾斜时，可增大该支承构造体18的上缘与处理容器12(或整流构件26)之间的最短距离WU(参照图2)、以及支承构造体18的下缘与处理容器12(或整流构件26)之间的最短距离WL(参照图2)中的最小距离。即、能够使支承构造体18的轮廓与处理容器12(或整流构件26)之间的最小距离最大化。因而，可缩小处理容器12的水平方向上的宽度。
在另一实施方式中，第1轴线AX1包括第2轴线AX2方向上的支承构造体18的中心与保持部30的上表面之间的位置。即、在该实施方式中，倾斜轴部50在比支承构造体18的中心偏向保持部30侧的位置延伸。根据该实施方式，在支承构造体18的倾斜时，能够减小从等离子体源16到晶圆W的各位置的距离差。因而，蚀刻的面内均匀性可进一步提高。此外，也可以是，支承构造体18能以60度以内的角度倾斜。
在又一实施方式中，第1轴线AX1包括支承构造体18的重心。在该实施方式中，倾斜轴部50在包括该重心的第1轴线AX1上延伸。根据该实施方式，驱动装置24所要求的扭矩变小，该驱动装置24的控制变得容易。
返回图7和图8，各种电气系统用的配线、传热气体用的配管以及制冷剂用的配管穿过倾斜轴部50的内孔。这些配线和配管与旋转轴部36连结。
旋转轴部36具有柱状部36a、第1筒状部36b、第2筒状部36c以及第3筒状部36d。柱状部36a具有大致圆柱形状，在第2轴线AX2上延伸。柱状部36a是用于向静电卡盘32的电极膜施加电压的配线。柱状部36a经由集电环这样的旋转式连接器54与配线60连接。配线60从支承构造体18的内部空间穿过倾斜轴部50的内孔而延伸到处理容器12的外部。该配线60在处理容器12的外部经由开关与电源62(参照图1)连接。
第1筒状部36b与柱状部36a同轴地设置于该柱状部36a的外侧。第1筒状部36b是用于向下部电极34供给调制直流电压和高频偏压电力的配线。第1筒状部36b经由旋转式连接器54与配线64连接。配线64从支承构造体18的内部空间穿过倾斜轴部50的内孔而延伸到处理容器12的外部。该配线64在处理容器12的外部与偏压电力供给部22的第1电源22a和第2电源22b连接。此外，能在第2电源22b与配线64之间设置阻抗匹配用的匹配器。
第2筒状部36c与第1筒状部36b同轴地设置于该第1筒状部36b的外侧。在一实施方式中，在上述的旋转式连接器54内设置有轴承55。该轴承55沿着第2筒状部36c的外周面延伸。该轴承55经由第2筒状部36c支承着旋转轴部36。上述的轴承53支承着旋转轴部36的上侧部分，而轴承55支承着旋转轴部36的下侧部分。这样地利用两个轴承53和轴承55在旋转轴部36的上侧部分和下侧部分这两个部分支承旋转轴部36，因此，可使旋转轴部36以第2轴线AX2为中心稳定地进行旋转。
在第2筒状部36c形成有传热气体供给用的气体管线。该气体管线借助回转管接头这样的旋转接头与配管66连接。配管66从支承构造体18的内部空间穿过倾斜轴部50的内孔而延伸到处理容器12的外部。该配管66在处理容器12的外部与传热气体的源68(参照图1)连接。
第3筒状部36d与第2筒状部36c同轴地设置在该第2筒状部36c的外侧。在该第3筒状部36d形成有用于向制冷剂流路34f供给制冷剂的制冷剂供给管线和将供给到制冷剂流路34f的制冷剂回收的制冷剂回收管线。制冷剂供给管线经由回转管接头这样的旋转接头70与配管72连接。另外，制冷剂回收管线经由旋转接头70与配管74连接。配管72和配管74从支承构造体18的内部空间穿过倾斜轴部50的内孔延伸到处理容器12的外部。并且，配管72和配管74在处理容器12的外部与冷机单元76(参照图1)连接。
另外，如图8所示，在支承构造体18的内部空间设置有旋转马达78。旋转马达78产生用于使旋转轴部36旋转的驱动力。在一实施方式中，旋转马达78设置于旋转轴部36的侧方。该旋转马达78借助传动带82与安装于旋转轴部36的带轮80连结。由此，旋转马达78的旋转驱动力向旋转轴部36传递，保持部30以第2轴线AX2为中心进行旋转。保持部30的转速处于例如48rpm以下的范围内。例如、保持部30可在工艺中以20rmp的转速旋转。此外，用于向旋转马达78供给电力的配线穿过倾斜轴部50的内孔而引出到处理容器12的外部，与设置于处理容器12的外部的马达用电源连接。
这样，支承构造体18可在可维持在大气压的内部空间中设置多种多样的机构。另外，支承构造体18构成为，可将用于连接被收纳于其内部空间的机构和设置于处理容器12的外部的电源、气体源、冷机单元等装置的配线或配管引出到处理容器12的外部。此外，除了上述的配线和配管之外，将被设置于处理容器12的外部的加热器电源和设置于静电卡盘32的加热器连接的配线也可以从支承构造体18的内部空间经由倾斜轴部50的内孔引出到处理容器12的外部。
在此，说明等离子体处理装置10中的离子能量的实测结果。图9是表示使用离子能量分析仪对图1所示的等离子体处理装置中的离子能量进行了实测而得到的结果的图表。图9所示的离子能量是在以下所示的条件下生成等离子体、使用离子能量分析仪进行了实测而得到的。
＜条件>
处理气体：Kr气体、50sccm
处理容器12内的压力：5mTorr(0.1333Pa)
高频电源150A和高频电源150B的功率：50W
调制直流电压的电压值：200V
调制直流电压的调制频率：400kHz
调制直流电压的ON·占空比：50％
在图9中，横轴表示离子能量，左侧的纵轴表示离子电流，右侧的纵轴表示IEDF(离子能量分布函数，Ion Energy Distribution Function)、即、表示离子的计数。如图9所示，在上述的条件下对离子能量进行了实测，结果，生成了以约153.4eV为中心的较窄的能量范围的离子。因而，可确认如下内容：在等离子体处理装置10中为了使稀有气体的等离子体产生、离子吸引，使用调制直流电压，从而可使具有较窄的能量范围、且具有比较低的能量的离子向晶圆W入射。
另一方面，在不是将调制直流电压而是将第2电源22b的高频偏压电力向支承构造体18供给的情况下，即使对高频偏压电力的大小进行调整，离子能量也大于600eV。
接着，与实测结果一起说明等离子体处理装置10中的离子能量的控制性。图10是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的电压值之间的关系的图表。图11是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的调制频率之间的关系的图表。图12是表示图1所示的等离子体处理装置中的离子能量与脉冲调制后的直流电压的ON·占空比之间的关系的图表。图10、图11、图12所示的离子能量是在下述的条件下生成等离子体、使用离子能量分析仪进行了实测而得到的。此外，图10所示的离子能量是将调制直流电压的电压值(横轴)设定成各种不同的电压值而取得的。另外，图11所示的离子能量是将调制直流电压的调制频率(横轴)设定成各种不同的频率而取得的。另外，对于图12所示的离子能量的取得，是将调制直流电压的ON·占空比(横轴)设定成各种不同的比而取得的。另外，图10～图12所示的离子能量(纵轴)表示IEDF是峰值的离子能量。
＜条件>
处理气体：Kr气体、50sccm
处理容器12内的压力：5mTorr(0.1333Pa)
高频电源150A和高频电源150B的功率：50W
调制直流电压的电压值：200V(在图10的实测中可变)
调制直流电压的调制频率：400kHz(在图11的实测中可变)
调制直流电压的脉冲调制的ON·占空比：50％(在图12的实测中可变)
如图10所示，可确认：若使施加于支承构造体18(即、下部电极34)的调制直流电压的电压值变化，则可增大离子能量且使离子能量线性地变化。另外，如图11和图12所示，若使施加于支承构造体18(即、下部电极34)的(即、下部电极34)的调制频率或ON占空比变化，则虽然是较小的变动，但可也使离子能量线性地变化。由此，可确认：根据等离子体处理装置10，离子能量的控制性优异。
在此，对于构成图4所示的多层膜的各层的物质，存在适于对该物质选择性地进行蚀刻的离子能量。因而，根据等离子体处理装置10，通过使用(即、下部电极34)，通过根据多层膜中的各层来对其电压值、调制频率和ON·占空比中的一个以上进行调整，可相对于掩模MSK和基底对蚀刻对象的层选择性地进行蚀刻。
另外，在图4所示的多层膜的各层的蚀刻中，被蚀刻削除的物质(即、金属)未被排气而附着于由于蚀刻而形成的形状的表面、特别是侧面。根据等离子体处理装置10，在将如此形成于侧面的堆积物去除之际，能够使支承构造体18倾斜、且、使保持有晶圆W的保持部30以第2轴线AX2为中心进行旋转。由此，能够使离子朝向由于蚀刻而形成的形状的侧面的整个区域入射，可提高离子向晶圆W的入射的面内均匀性。其结果，在由于蚀刻而形成的形状的侧面的整个区域中，可将附着到该侧面的堆积物去除，可提高该形状的垂直性。另外，可在晶圆W的面内均匀地进行堆积物的去除，由于蚀刻而形成的形状的面内均匀性得以提高。
以下，说明对图4所示的晶圆W的多层膜进行蚀刻的方法的一实施方式。图13是表示对一实施方式的多层膜进行蚀刻的方法的流程图。图13所示的方法MT可使用图1等所示的等离子体处理装置10来实施。该方法是利用具有适于该蚀刻的能量的离子来对图4所示的多层膜中的各层进行蚀刻的方法。在此，在方法MT的说明之前，说明稀有气体的种类以及离子能量、与各种金属或金属化合物的溅射率SY之间的关系。
图14是表示由具有1000eV的离子能量的稀有气体原子的离子导致的各种金属或金属化合物的溅射率SY的图。图15是表示由具有300eV的离子能量的稀有气体原子的离子导致的各种金属或金属化合物的溅射率SY的图。在图14和图15中，横轴表示金属或金属化合物的类别，纵轴表示溅射率SY。此外，溅射率SY是在一个离子入射到蚀刻对象的层时从该层释放的构成原子的个数。此外，1000eV这样的比较高的离子能量可通过使用高频偏压电力或比较高的电压值的调制直流电压来获得。另一方面，300eV这样的比较低的离子能量可通过使用比较低的电压值的调制直流电压来获得。
如图14所示，1000eV的Kr离子针对Co和Fe具有约2的溅射率SY，针对Ta、Ti以及MgO具有接近1的溅射率SY。因而，在将1000eV的Kr离子向晶圆W照射的条件下，能够对上部磁性层L4进行蚀刻、且进行由上部磁性层L4的蚀刻产生的堆积物的去除。然而，虽然速度比上部磁性层L4和从该上部磁性层L4产生的堆积物的去除的速度较低，但掩模MSK和基底的绝缘层L3也被蚀刻。
另一方面，如图15所示，300eV的Kr离子针对Co和Fe具有接近1的溅射率SY，针对Ta、Ti以及MgO具有约0.4以下的溅射率SY。因而，在将300eV的Kr离子向晶圆W照射的条件下，能够对上部磁性层L4进行蚀刻、且进行由于上部磁性层L4的蚀刻而产生的堆积物的去除，而且，可大致不对掩模MSK和基底的绝缘层L3蚀刻。即、通过使用可照射具有比较低的离子能量的离子的调制直流电压，可相对于掩模MSK和基底的绝缘层L3选择性地进行上部磁性层L4和从该上部磁性层L4产生的堆积物的去除。
另外，如图15所示那样300eV的Kr离子针对MgO具有约0.4的溅射率SY，另一方面，如图14所示，1000eV的Kr离子针对MgO具有接近1的溅射率。因而，通过使用可照射具有比较高的离子能量的离子的调制直流电压或高频偏压电力，可对绝缘层L3进行蚀刻。
另外，仅使用了稀有气体的情况的绝缘层L3的溅射率比较低，但除了使用稀有气体之外，还使用发挥还原作用的含氢气体，从而能够将绝缘层L3的MgO改性成可获得较高的溅射率SY的Mg(参照图14的Mg的溅射率SY)。由此，能以较高的蚀刻速度对绝缘层L3进行蚀刻。
同样地，也能够使用与绝缘层L3的蚀刻同样的条件来对比绝缘层L3靠下层的下部磁性层L2和基底层L1进行蚀刻。但是，与图14相关联地如上述那样，1000eV的Kr离子也能蚀刻掩模MSK。因此，特别是在基底层L1的蚀刻中，也可以交替地使用Kr气体和Ne气体。1000eV的Kr离子针对形成基底层L1的Co、Fe、Ru、Pt、Mn等具有较高的溅射率SY。即、通过使用可生成含有Kr气体这样的第1稀有气体的处理气体的等离子体、并能够照射具有比较高的能量的Kr离子的调制直流电压或高频偏压电力，可形成垂直性较高的形状，可将堆积物较多地去除。
另一方面，1000eV的Ne离子针对形成基底层L1的Co、Fe、Ru、Pt、Mn等具有较低却接近1的溅射率SY。另外，1000eV的Ne离子针对能形成掩模MSK的Ti或Ta具有比1小的溅射率SY。即、通过使用可生成含有Ne气体这样的第2稀有气体的处理气体的等离子体、照射具有比较高的能量的Ne离子的调制直流电压或高频偏压电力，可以实质上不蚀刻掩模MSK的方式对基底层L1进行蚀刻。因而，即使是比较高的离子能量的离子向晶圆W照射的条件，也可通过交替地使用第1稀有气体和第2稀有气体来对基底层L1选择性地进行蚀刻，另外，可提高在基底层L1形成的形状的垂直性，也可将由蚀刻产生的堆积物去除。
再次参照图13。图13所示的方法MT至少部分地利用参照图14和图15而进行了说明的上述的特性。以下，与图13一起，参照图16～图20且详细地说明方法MT。图16～图20是表示方法MT的各工序中或各工序后的被处理体的状态的剖视图。此外，在以下的说明中，等离子体处理装置10设为用于方法MT的实施。然而，只要是能够使支承构造体倾斜且使保持晶圆W的保持部旋转、能够从偏压电力供给部将调制直流电压施加于支承构造体的等离子体处理装置，就可将任意的等离子体处理装置用于方法MT的实施。
在方法MT中，首先，在工序ST1中，准备图4所示的晶圆W，并将晶圆W收容于等离子体处理装置10的处理容器12内。并且，晶圆W由保持部30的静电卡盘32保持。
在接下来的工序ST2中，上部磁性层L4被蚀刻。在工序ST2中，向处理容器12内供给稀有气体和含氢气体。在一实施方式中，稀有气体是具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体，是例如Kr气体。另外，含氢气体是例如CH4气体或NH3气体。
另外，在工序ST2中，处理容器12内的空间S的压力被排气系统20减压成预定的压力。例如，处理容器12内的空间S的压力设定成0.4mTorr(0.5Pa)～20mTorr(2.666Pa)的范围内的压力。另外，在工序ST2中，稀有气体和含氢气体被等离子体源16激励。因此，等离子体源16的高频电源150A和高频电源150B向内侧天线元件142A和外侧天线元件142B供给例如27.12MHz或40.68MHz的频率、且10W～3000W的范围内的功率值的高频电力。另外，在工序ST2中，调制直流电压施加于支承构造体18(下部电极34)。该直流电压的电压值设定成比较低的电压值，以便抑制掩模MSK和绝缘层L3的蚀刻。例如、该直流电压的电压值可设定成300V以下的电压值、例如200V。另外，该直流电压的调制频率可设定成例如400kHz。而且，该直流电压的脉冲调制的ON·占空比可设定成10％～90％的范围的比。
而且，在工序ST2中，支承构造体18能设定成非倾斜状态。即、在工序ST2中，支承构造体18可配置成轴线PX与第2轴线AX2一致。此外，也可以是，在工序ST2的全部期间、或一部分期间中，支承构造体18设定成倾斜状态。即、也可以是，在工序ST2的全部期间、或一部分期间中，支承构造体18配置成第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜。也可以是，例如，支承构造体18在工序ST2的期间中交替地设定成非倾斜状态和倾斜状态。
在工序ST2中，以上述的条件生成的离子被由调制直流电压产生的鞘层加速而向上部磁性层L4入射。该离子的能量虽然对由Co和Fe形成的上部磁性层L4进行蚀刻，但对由Ta和TiN形成的掩模MSK、以及由MgO形成的绝缘层L3实质上不蚀刻。因而，在工序ST2中，能够相对于掩模MSK和绝缘层L3选择性地蚀刻上部磁性层L4。另外，在工序ST2中，源自含氢气体的氢的活性种对上部磁性层L4的表面进行改性。由此，上部磁性层L4的蚀刻被促进。而且，在工序ST2中，通过含氢气体中的氮或碳与掩模MSK之间的反应形成金属化合物。由此，掩模MSK变得牢固，掩模MSK的蚀刻被抑制。
通过这样的工序ST2的执行，如图16的(a)所示那样上部磁性层L4被蚀刻，但上部磁性层L4的构成物质、例如、Co和Fe未被排气而能附着于晶圆W的表面。该构成物质附着于例如掩模MSK的侧面、上部磁性层L4的侧面以及绝缘层L3的上表面。其结果，如图16的(a)所示那样形成堆积物DP1。
在接下来的工序ST3中，堆积物DP1被去除。在工序ST3中，为了将附着到掩模MSK的侧面和上部磁性层L4的侧面的堆积物DP1去除，支承构造体18设定成倾斜状态。即、支承构造体18的倾斜被设定为第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜。该倾斜的角度、即第2轴线AX2相对于轴线PX的夹角能任意地设定，是例如比0度大且60度以下的角度。另外，在工序ST3中，保持部30以第2轴线AX2为中心进行旋转。该旋转的转速能任意地设定，是例如20rpm。工序ST3的其他条件也可以与工序ST2的条件相同。即、在工序ST3中，可向处理容器12内供给具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体、例如Kr气体、和含氢气体。另外，稀有气体和氢气被等离子体源16激励。另外，在工序ST3中，调制直流电压施加于支承构造体18(下部电极34)。
在该工序ST3中，如图16的(b)所示，以与离子(图中以圆形表示)的吸引方向(图中以朝下的箭头所示)交叉的方式配置堆积物DP1。即、晶圆W配置成，离子朝向上部磁性层L4的侧面和掩模MSK的侧面入射。另外，在工序ST3中，保持部30被旋转，因此，离子朝向上部磁性层L4的侧面的整个区域和掩模MSK的侧面的整个区域入射。另外，离子向晶圆W的面内大致均匀地入射。因而，如图16的(c)所示，在上部磁性层L4的侧面的整个区域和掩模MSK的侧面的整个区域中，可将堆积物DP1去除，可提高在上部磁性层L4形成的形状的垂直性。另外，可提高在上部磁性层L4形成的形状的面内均匀性。另外，在工序ST3中，源自含氢气体的氢的活性种对堆积物DP1进行改性。由此，堆积物DP1的去除被促进。
此外，工序ST2和工序ST3也可以交替地执行多次。由此，可在堆积物DP1大量形成之前将该堆积物DP1去除、同时对上部磁性层L4进行蚀刻。
在接下来的工序ST4中，形成绝缘膜IL。该绝缘膜IL是为了防止下部磁性层L2与上部磁性层L4之间的导通而形成的。具体而言，在工序ST4中，晶圆W向成膜装置输送，在该成膜装置内如图17的(a)所示那样在晶圆W的表面上形成绝缘膜IL。该绝缘膜IL可由例如氮化硅或氧化硅形成。接下来，在沿着掩模MSK的上表面的区域、以及沿着绝缘层L3的上表面的区域中，绝缘膜IL被蚀刻。该蚀刻能够利用任意的等离子体处理装置。例如，该蚀刻能够使用等离子体处理装置10。另外，该蚀刻能够使用含有氢氟碳化合物气体或氟碳化合物气体的处理气体。该蚀刻的结果，如图17的(b)所示，绝缘膜IL沿着掩模MSK的侧面和上部磁性层L4的侧面残留。
在接下来的工序ST5中，绝缘层L3被蚀刻。在工序ST5中，向处理容器12内供给稀有气体和含氢气体。稀有气体是具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体，是例如Kr气体。另外，含氢气体是例如CH4气体或NH3气体。另外，在工序ST5中，处理容器12内的空间S的压力被排气系统20减压成预定的压力。例如，处理容器12内的空间S的压力设定成0.4mTorr(0.5Pa)～20mTorr(2.666Pa)的范围内的压力。另外，在工序ST5中，稀有气体和含氢气体被等离子体源16激励。因此，等离子体源16的高频电源150A和高频电源150B向内侧天线元件142A和外侧天线元件142B供给例如27.12MHz或40.68MHz的频率、且10W～3000W的范围内的功率值的高频电力。
如上述那样，在绝缘层L3的蚀刻中，需要使离子能量比较高的离子向晶圆W入射。因此，在工序ST5中，比在工序ST2中向支承构造体18(下部电极34)施加的调制直流电压高的电压值的调制直流电压、或、高频偏压电力向支承构造体(下部电极34)供给。在使用调制直流电压的情况下，该调制直流电压的脉冲调制的ON·占空比和调制频率也可以与工序ST2中的直流电压的脉冲调制的ON·占空比和调制频率相同，但该直流电压的电压值设定成比300V大的电压值。另一方面，在使用高频偏压电力的情况下，该高频偏压电力能设定成100W～1500W，其频率能设定成400kHz。而且，在工序ST5中，支承构造体18能设定成非倾斜状态。即、在工序ST5中，支承构造体18以第2轴线AX2与轴线PX一致的方式配置。此外，也可以是，在工序ST5的全部期间、或一部分期间中，支承构造体18设定成倾斜状态。即、也可以是，在工序ST5的全部期间、或一部分期间中，以第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜的方式配置支承构造体18。例如，也可以是，支承构造体18在工序ST5的期间中交替地设定成非倾斜状态和倾斜状态。
在工序ST5中，以上述的条件生成的离子向绝缘层L3入射。该离子能具有可对绝缘层L3进行蚀刻的能量。另外，绝缘层L3的构成物质被源自在工序ST5所使用的含氢气体的氢的活性种还原。例如、MgO被还原。由此，如参照图14进行了说明那样，绝缘层L3以可获得较高的溅射率SY的方式被改性。其结果，绝缘层L3的蚀刻速度得以提高。通过该工序ST5，如图18的(a)所示，绝缘层L3被蚀刻。在该工序ST5中，绝缘层L3的构成物质不被排气而能附着于晶圆W的表面。例如，该构成物质附着于掩模MSK的侧面、上部磁性层L4的侧面、绝缘层L3的侧面以及下部磁性层L2的表面。其结果，形成堆积物DP2。
在接下来的工序ST6中，堆积物DP2被去除。在工序ST6中，为了将堆积物DP2去除，支承构造体18设定成倾斜状态。即、以第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜的方式设定支承构造体18的倾斜。该倾斜的角度、即第2轴线AX2相对于轴线PX所成的角度能任意地设定，但是，是例如比0度大且60度以下的角度。另外，在工序ST3中，保持部30以第2轴线AX2为中心进行旋转。该旋转的转速能任意地设定，是例如20rpm。工序ST6的其他条件与工序ST5的条件相同。采用该工序ST6，能够使离子效率良好地向堆积物DP2入射，因此，如图18的(b)所示，可将堆积物DP2去除。另外，通过使用含氢气体，可对堆积物DP2进行改性来促进该堆积物DP2的去除。
此外，工序ST5和工序ST6也可以交替地执行多次。由此，在堆积物DP2大量形成之前，可将该堆积物DP2去除、同时对绝缘层L3进行蚀刻。
在接下来的工序ST7中，如图19的(a)所示，下部磁性层L2被蚀刻，在接下来的工序ST8中，如图19的(b)所示，由于工序ST6的蚀刻而产生的堆积物DP3被去除。下部磁性层L2由与上部磁性层L4同样的物质形成，因此，在一实施方式中，工序ST7的条件也可以是与工序ST2同样的条件。另外，工序ST8的条件也可以是与工序ST3同样的条件。另外，工序ST7和工序ST8也可以交替地执行多次。即、在工序ST7和工序ST8这两个工序中，生成稀有气体(例如、Kr气体)和含氢气体的等离子体，向支承构造体18的下部电极34施加调制直流电压。调制直流电压的电压值是300V以下、是例如200V。另外，在工序ST8中，支承构造体18设定成倾斜状态，保持部30旋转。此外，也可以是，在工序ST7的全部期间的一部分中，支承构造体18设定成倾斜状态，保持部30旋转。
或者、在别的实施方式中，工序ST7的条件也可以与工序ST5相同，工序ST8的条件也可以与工序ST6相同。即、在工序ST7和工序ST8这两个工序中，生成稀有气体(例如、Kr气体)和含氢气体的等离子体，向支承构造体18的下部电极34供给电压值比较高的、例如、比300V大的调制直流电压、或、高频偏压电力。另外，在工序ST8中，支承构造体18设定成倾斜状态，保持部30旋转。此外，也可以是，在工序ST7的全部期间的一部分中，支承构造体18设定成倾斜状态，保持部30旋转。在该实施方式中，能够以同样的条件一并对绝缘层L3和下部磁性层L2进行蚀刻。
在接下来的工序ST9中，基底层L1被蚀刻。在一实施方式中，从基底层L1的非磁性层L14到反强磁性层L12被蚀刻到下部电极层L11的表面(上表面)。
图21是表示工序ST9的一实施方式的流程图。如图21所示，在一实施方式的工序ST9中，首先，在工序ST91中，在处理容器12内生成等离子体。在工序ST91中用于生成等离子体的条件与工序ST5的条件相同。即、在该实施方式中，能使用工序ST5的条件一并对从绝缘层L3、下部磁性层L2以及非磁性层L14到反强磁性层L12进行蚀刻。另外，在工序ST9中，维持在工序ST91中设定好的等离子体生成的条件且执行工序ST92和工序ST93。在工序ST92中，支承构造体18设定成第1状态、即非倾斜状态。在接下来的工序ST93中，支承构造体18维持成第2状态、即倾斜状态、保持部30旋转。支承构造体18的倾斜角度是例如比0度大且60度以下的角度。另外，保持部30的转速是例如20rpm。
根据图21所示的实施方式，在工序ST92中，如图20的(a)所示，从非磁性层L14到反强磁性层L12的各层被蚀刻，由于该蚀刻而产生的堆积物DP4在工序ST93中被去除(参照图20的(b))。由此，附着到由于蚀刻而形成于晶圆W的形状的侧面的堆积物从该形状的侧面的整个区域被去除、且在晶圆W的面内也被均匀地去除。因而，可提高由于蚀刻而形成于晶圆W的形状的垂直性。
图22是表示工序ST9的另一实施方式的图。图22所示的工序ST9包括工序ST95和工序ST96。在工序ST95中，生成含有第1稀有气体的处理气体的等离子体，该第1稀有气体具有比氩的原子序数大的原子序数。第1稀有气体是例如Kr气体。在工序ST96中，生成含有第2稀有气体的处理气体的等离子体，该第2稀有气体具有比氩的原子序数小的原子序数。第2稀有气体是例如Ne气体。另外，在该实施方式中，在工序ST95和工序ST96这两个工序中，高频偏压电力能向支承构造体18(下部电极34)供给。另外，在工序ST95和工序ST96中的至少一者的全部期间或一部分期间中，支承构造体18倾斜，保持部30旋转。
如上述那样，能量比较高的Kr离子针对形成基底层L1的Co、Fe、Ru、Pt、Mn等具有较高的溅射率SY。因而，含有Kr气体这样的第1稀有气体的处理气体可在基底层L1形成垂直性较高的形状，可将由于蚀刻而产生的堆积物高效地去除。另一方面，能量比较高的Ne离子针对形成基底层L1的Co、Fe、Ru、Pt、Mn等具有较低但接近1的溅射率SY。另外，能量比较高的Ne离子针对能形成掩模MSK的Ti或Ta具有小于1的溅射率SY。因而，含有Ne这样的第2稀有气体的处理气体实质上不对掩模MSK进行蚀刻，但能够对基底层L1进行蚀刻。通过交替地使用这样的第1稀有气体和第2稀有气体，可相对于掩模MSK对基底层L1选择性地进行蚀刻，可提高在基底层L1形成的形状的垂直性，另外，也可进行由于蚀刻而产生的堆积物的去除。
以上，对各种的实施方式进行了说明，但并不限定于上述的实施方式，可构成各种变形方式。例如，在图21所示的实施方式中，也可以是，在工序ST92中，高频偏压电力向支承构造体18(即、下部电极34)供给，在工序ST93中，调制直流电压施加于支承构造体18(即、下部电极34)。即、也可以是，在工序ST92中，将高频偏压电力用于从非磁性层L14到反强磁性层L12的主蚀刻(日文：メインエッチング)，在由于该主蚀刻而产生的堆积物的去除、即、过蚀刻中使用调制直流电压。
附图标记说明
10、等离子体处理装置；12、处理容器；14、气体供给系统；14a、第1气体供给部；14b、第2气体供给部；16、等离子体源；18、支承构造体；20、排气系统；20b、涡轮分子泵；22、偏压电力供给部；22a、第1电源；22b、第2电源；24、驱动装置；26、整流构件；30、保持部；32、静电卡盘；34、下部电极；34f、制冷剂流路；36、旋转轴部；40、容器部；50、倾斜轴部；52、磁性流体密封部；54、旋转式连接器；60、配线；62、电源；64、配线；66、配管；68、传热气体的源；70、旋转接头；72、配管；74、配管；76、冷机单元；78、旋转马达；80、带轮；82、传动带；150A、150B、高频电源；AX1、第1轴线；AX2、第2轴线；Cnt、控制部；W、晶圆；L1、基底层；L11、下部电极层；L12、反强磁性层；L13、强磁性层；L14、非磁性层；L2、下部磁性层；L3、绝缘层；L4、上部磁性层；MSK、掩模；MT、方法。

Claims (12)

1.一种方法，其是使用等离子体处理装置来对被处理体的多层膜进行蚀刻的方法，其中，
所述被处理体具有：基底层；下部磁性层，其设置于该基底层上；绝缘层，其设置于该下部磁性层上；上部磁性层，其设置于该绝缘层上；以及掩模，其设置于所述上部磁性层上，
所述等离子体处理装置具备：处理容器；气体供给系统，其向该处理容器内供给气体；等离子体生成用的高频电源；以及支承构造体，其支承被处理体，
该方法包括如下工序：
利用在所述处理容器内产生的等离子体，对所述上部磁性层进行蚀刻的工序，使该上部磁性层的蚀刻在所述绝缘层的表面结束；
利用在所述处理容器内产生的等离子体，将由于所述上部磁性层的蚀刻而在所述掩模以及所述上部磁性层的表面形成的堆积物去除的工序；
利用在所述处理容器内产生的等离子体，对所述绝缘层进行蚀刻的工序，
在将所述堆积物去除的所述工序中，使保持着所述被处理体的所述支承构造体倾斜且旋转，将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于所述支承构造体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
在将所述堆积物去除的工序中，生成具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
交替地反复进行对所述上部磁性层进行蚀刻的工序和将所述堆积物去除的工序。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，
所述脉冲调制后的直流电压在1个周期中具有取高电平的期间和取低电平的期间，该直流电压的在1周期中取高电平的期间的比率即占空比处于10％～90％的范围内。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，
在对所述上部磁性层进行蚀刻的工序中，产生具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体，并将脉冲调制后的直流电压作为用于离子吸引的偏压施加于所述支承构造体。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
在对所述绝缘层进行蚀刻的工序中，生成具有比氩的原子序数大的原子序数的稀有气体的等离子体，将电压比在对所述上部磁性层进行蚀刻的工序中施加于所述支承构造体的所述直流电压高的脉冲调制后的直流电压、或高频偏压电力施加于所述支承构造体。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法，其中，
该方法还包括如下工序：
利用在所述处理容器内产生的等离子体，对所述下部磁性层进行蚀刻的工序；
利用在所述处理容器内产生的等离子体，对包括PtMn层的所述基底层进行蚀刻的工序。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
在对所述基底层进行蚀刻的所述工序中，生成稀有气体的等离子体，将电压比在对所述上部磁性层进行蚀刻的工序中施加于所述支承构造体的所述直流电压高的脉冲调制后的直流电压、或高频偏压电力施加于所述支承构造体。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
对所述基底层进行蚀刻的所述工序包括如下工序：
将所述支承构造体设定成非倾斜的第1状态的工序；
将所述支承构造体设定成倾斜且旋转的第2状态的工序。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，
对所述基底层进行蚀刻的所述工序包括如下工序：
生成含有第1稀有气体的处理气体的等离子体的第1工序，该第1稀有气体具有比氩的原子序数大的原子序数；
生成含有第2稀有气体的处理气体的等离子体的第2工序，该第2稀有气体具有比氩的原子序数小的原子序数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，
在对所述基底层进行蚀刻的所述工序中，向所述支承构造体供给高频偏压电力。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，
在所述第1工序和所述第2工序中的至少一者中，使所述支承构造体倾斜且旋转。
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