CN107210217B - 对磁性层进行蚀刻的方法 - Google Patents

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Abstract

一实施方式的方法包括将具有磁性层的被处理体载置于在等离子体处理装置的处理容器内设置的静电夹具上的工序；以及对磁性层蚀刻的工序，该工序在处理容器内生成包括异丙醇及二氧化碳在内的处理气体的等离子体。一实施方式中，处理容器内的空间压力设定为1.333Pa以下的压力，静电夹具温度设定为－15度以下的温度，异丙醇的分压设定为该异丙醇的饱和蒸气压以下的分压。

Description

对磁性层进行蚀刻的方法
技术领域
本发明涉及一种对磁性层进行蚀刻的方法。
背景技术
在电子元件的制造中，为了对被处理体的被蚀刻层进行垂直异向性蚀刻，一般使用等离子体蚀刻。等离子体蚀刻还用于蚀刻由磁随机存取存储器(Magnetic RandomAccess Memory：MRAM)所包含的磁性层，即磁性材料所构成的层。磁性材料是难蚀刻的材料，关于其等离子体蚀刻用的处理气体，进行了各种研究。例如，日本特开2005-42143号公报中记载有关于使用含醇的处理气体的磁性层的等离子体蚀刻。具体而言，日本特开2005-42143号公报中记载有使用含有异丙醇的处理气体的磁性层的等离子体蚀刻。
在使用含有异丙醇的处理气体的磁性层的等离子体蚀刻中，含有来自异丙醇的含碳沉积物会过多地附着于被处理体表面，而阻碍蚀刻磁性层的垂直异向性。因此，为了去除该沉积物，日本特开2005-42143号公报中记载有在处理气体中添加氧气、H2O的含氧原子的气体的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2005-42143号公报
发明内容
发明所要解决的问题
为了去除附着于被处理体表面的沉积物，而在处理气体中添加氧气，则虽然沉积物会被去除，但会使氧活性基氧化磁性材料。其结果，会使磁气特性劣化。并且，由于异丙醇的爆炸底限是2％，因此在处理气体中添加氧气时，为了确保排气管线的安全性，需要以大量非活性气体来稀释异丙醇。然而，利用大量非活性气体来稀释异丙醇会使得蚀刻剂浓度下降，因此难以得到良好的蚀刻结果。
并且，还可考虑在处理气体中添加H2O来代替氧气。然而，在处理气体中添加H2O时，会对MRAM所包含的如隧道势垒层的相对于H2O具有潮解性的层施加损伤。如此，使用含有异丙醇的处理气体的有效的磁性层的蚀刻方法在现阶段并不存在。于是，考虑了使用含有甲醇的处理气体来代替异丙醇。
磁性层的等离子体蚀刻中，需要以下3点：(i)使蚀刻剂，即蚀刻剂气体和/或其裂解物充分地吸附于磁性层表面，(ii)通过离子能来将磁性材料转变为易气化的物质(反应产物)，(iii)使该反应产物挥发。这三个必要条件中，为了满足(i)的必要条件，需要提高蚀刻剂的吸附包覆率。吸附包覆率为蚀刻剂通过吸附而包覆于磁性层表面的面积比率，蚀刻剂的分压在饱和蒸气压以下且越靠近饱和蒸气压则越高。另一方面，为了满足(iii)的必要条件，即为了使反应产物挥发，需要在低压条件执行等离子体蚀刻。
因上述理由，在磁性层的等离子体蚀刻中，需要在低压条件下提升蚀刻剂的吸附包覆率。即，需要使用具有低饱和蒸气压的蚀刻剂气体并在低压条件下进行磁性层的等离子体蚀刻。从而，通过在低压下使用具有低饱和蒸气压的异丙醇，而并非使用具有高饱和蒸气压的甲醇，来满足上述(i)及(iii)的必要条件是有效的。然而，使用异丙醇的磁性层的蚀刻方法如上述，存在有磁性层因氧化而损伤的问题。
根据这些背景，在使用含有异丙醇的处理气体的磁性层的蚀刻中，需要去除含碳的沉积物，并抑制因氧化所导致的磁性层的损伤。
用于解决问题的手段
一方式中，提供一种对磁性层进行蚀刻的方法。该方法包括：(a)将具有磁性层的被处理体载置于在等离子体处理装置的处理容器内设置的静电夹具上的工序；以及(b)对磁性层蚀刻的工序，该工序在处理容器内生成包括异丙醇及二氧化碳在内的处理气体的等离子体。
由于上述方法在处理气体中含有异丙醇，因此即使在低压下，仍可得到相对于磁性层的异丙醇及其裂解物，即蚀刻剂的高吸附包覆率。并且，可在低压下使反应产物挥发。此外，处理气体所包含的二氧化碳的等离子体中，虽然氧活性基的产生量较少，但具有高灰化速率。从而，根据该方法，可在使用含有异丙醇的处理气体的磁性层的蚀刻中，去除含碳的沉积物，且能够抑制因氧化所导致的磁性层的损伤。
一实施方式的蚀刻磁性层的工序中，处理容器内的空间压力设定为1.333帕斯卡以下的压力，静电夹具的温度设定为－15℃以下的温度，处理气体中的异丙醇的分压设定为在静电夹具的温度下的该异丙醇的饱和蒸气压以下的分压。一实施方式的蚀刻磁性层的工序中，异丙醇的分压还可设定为该异丙醇的饱和蒸气压以下且该饱和蒸气压的2％以上的分压。并且，一实施方式的蚀刻磁性层的工序中，还可将静电夹具温度设定为－15℃以下且－50℃以上的温度。根据该些实施方式，可更有效率地实现蚀刻剂的高吸附包覆率及反应产物之挥发。
一实施方式中，被处理体可具有：基底层；设置于该基底层上的磁性膜；以及设置于该磁性膜上且包括下部磁性层、隧道势垒层以及上部磁性层的磁性隧道接合层。在该实施方式的蚀刻磁性层的工序中，磁性膜及磁性隧道接合层可作为磁性层而被蚀刻。
一实施方式中，等离子体处理装置具备包括静电夹具的支承结构体，支承结构体还可构成为使静电夹具绕静电夹具的中心轴线旋转，且使该支承结构体以正交于中心轴线的倾斜轴线为中心旋转。该实施方式的蚀刻磁性层的工序包括：在将被处理体相对垂直方向支承为水平的状态下生成所述等离子体的工序；以及在使被处理体相对垂直方向倾斜且使该被处理体旋转的状态下，生成所述等离子体的工序。在水平地支承被处理体的状态下进行磁性层的蚀刻时，反应产物会附着于蚀刻所形成的形状的侧面。在使被处理体相对于垂直方向倾斜，且使该被处理体旋转的状态下生成等离子体时，能够使来自等离子体的活性基朝向蚀刻所形成的形状的侧面所有区域射入。并且，能够在被处理体面内使活性基均匀地射入。从而，根据该实施方式，能够在蚀刻所形成的形状的侧面所有区域中，去除附着于该侧面的沉积物，而可提高该形状的垂直性。并且，可在被处理体的面内均匀地进行沉积物的去除，而提升蚀刻所形成的形状的面内均匀性。
发明效果
如上所述，能够在使用含有异丙醇的处理气体的磁性层的蚀刻中，去除含碳的沉积物，并抑制因氧化所导致的磁性层的损伤。
附图说明
图1为表示第1实施方式相关的蚀刻方法的流程图。
图2的(a)部分为例示可应用图1所示的蚀刻方法的被处理体的剖面图。(b)～(d)部分为例示通过图1所示的蚀刻方法的各工序所得到的产物的剖面图。
图3的(a)～(d)部分为表示通过第1实施方式的方法MT1的各工序所得到的产物的剖面图。
图4为概略地表示可用于实施图1所示的方法的等离子体处理装置的一例的图。
图5为表示醇的饱和蒸气压曲线的图。
图6为表示二氧化碳的等离子体及氧气的等离子体的发光分光测量的结果的图。
图7为概略地表示蚀刻后的被处理体的剖面图。
图8为表示第2实施方式相关的蚀刻方法的流程图。
图9为概略地表示可用于实施图8所示的方法的等离子体处理装置的一例的图。
图10为概略地表示可用于实施图8所示的方法的等离子体处理装置的一例的图。
图11为表示图9所示的等离子体处理装置的等离子体源的图。
图12为表示图9所示的等离子体处理装置的等离子体源的图。
图13为表示图9所示的等离子体处理装置的支承结构体的剖面图。
图14为表示图9所示的等离子体处理装置的支承结构体的剖面图。
图15的(a)部分为表示第2实施方式的被处理体的剖面图。(b)～(d)部分为例示通过第2实施方式的方法MT2的各工序所得到的产物的剖面图。
图16的(a)～(d)部分为表示通过第2实施方式的方法MT2的各工序所得到的产物的剖面图。
图17的(a)～(d)部分为表示通过第2实施方式的方法MT2的各工序所得到的产物的剖面图。
图18为表示将载置有晶圆W的支承结构体设定为倾斜状态的图。
图19为表示第3实施方式相关的蚀刻方法的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对各种实施方式进行详细地说明。另外，在各图中对相同或相当的部分附加相同符号。
(第1实施方式)
图1为表示第1实施方式相关的蚀刻方法的流程图。图1所示的方法MT1为通过对被处理体的等离子体处理来蚀刻磁性材料的方法。
图2的(a)部分为例示可应用图1所示的蚀刻方法的被处理体的剖面图。图2的(b)～(d)部分及图3的(a)～(d)部分为例示通过图1所示的蚀刻方法的各工序所得到的产物的剖面图。图2的(a)部分所示的被处理体含有由磁性材料所构成的层，且具有晶圆W的形态。晶圆W含有构成MRAM元件的多层膜，具体而言，具有基底层L1、磁性膜L2、磁性隧道接合层L3(以下称为“MTJ层L3”)、覆膜L4以及掩模MSK。
基底层L1例如能够由Ta或Ru等构成。磁性膜L2设置于基底层L1上，并例如能够由CoPt构成。MTJ层L3设置于磁性膜L2上，并具有下部磁性层L31、绝缘层L32(隧道势垒层)以及上部磁性层L33。绝缘层L32设置于下部磁性层L31上，上部磁性层L33设置于绝缘层L32上。下部磁性层L31及上部磁性层L33例如能够由CoFeB构成。绝缘层L32例如能够由MgO构成。覆膜L4设置于MTJ层L3上，且例如能够由Ta或Ru等构成。掩模MSK设置于覆膜L4上。掩模MSK例如能够由TiN构成。
方法MT1中，在等离子体处理装置内处理图2的(a)部分所例示的晶圆W。图4为概略地表示可用于实施图1所示的方法的等离子体处理装置的一例的图。图4所示的等离子体处理装置10是电容耦合型等离子体蚀刻装置，并具备有大致圆筒状的处理容器12。处理容器12内壁面例如由经阳极氧化处理的铝所构成。该处理容器12被保护接地。
处理容器12的底部设置有大致圆筒状的支承部14。支承部14例如由绝缘材料构成。支承部14在处理容器12内从处理容器12底部沿垂直方向延伸。并且，处理容器12内设置有支承结构体PD。支承结构体PD被支承部14所支承。
支承结构体PD在其上表面保持晶圆W。支承结构体PD具有下部电极LE及静电夹具ESC。下部电极LE含有第1板体18a及第2板体18b。第1板体18a及第2板体18b例如由铝等金属所构成，并呈大致圆盘状。第2板体18b设置于第1板体18a上，并电性连接于第1板体18a。
第2板体18b上设置有静电夹具ESC。静电夹具ESC具有将导电膜的电极配置于一对绝缘层或绝缘薄板间的结构。静电夹具ESC的电极经由开关23来电性连接有直流电源22。该静电夹具ESC通过来自直流电源22的直流电压所产生的库伦力等的静电力来吸附晶圆W。由此，静电夹具ESC能够保持晶圆W。
第2板体18b周缘部上，以围绕晶圆W边缘及静电夹具ESC的方式配置有聚焦环FR。聚焦环FR为了提升蚀刻均匀性而设置。聚焦环FR由根据蚀刻对象膜的材料而适当选择的材料构成，例如可由石英构成。
第2板体18b内部设置有制冷剂流道24。制冷剂流道24构成控温机构。制冷剂流道24中，从设置于处理容器12外部的冷却单元经由配管26a而供给有制冷剂。供给至制冷剂流道24的制冷剂会经由配管26b而回到冷却单元。如此，在制冷剂流道24与冷却单元之间循环有制冷剂。通过控制该制冷剂温度，来控制静电夹具ESC所支承的晶圆W温度。
并且，等离子体处理装置10设置有气体供给管线28。气体供给管线28将来自导热气体供给机构的导热气体，例如He气体供给至静电夹具ESC上表面与晶圆W背面之间。
并且，等离子体处理装置10具备有上部电极30。上部电极30在支承结构体PD上方与该支承结构体PD对向配置。下部电极LE与上部电极30设置为相互大致平行。上部电极30与下部电极LE之间提供有用于对晶圆W进行等离子体处理的空间S。
上部电极30经由绝缘性遮蔽构件32来被支承于处理容器12上部。一实施方式中，上部电极30可构成为可改变自支承结构体PD上表面，即晶圆载置面的垂直方向的距离。上部电极30可含有电极板34及电极支承体36。电极板34面向空间S，且该电极板34上设置有多个气体喷出孔34a。该电极板34在一实施方式中由硅构成。
电极支承体36装卸自如地支承电极板34，且例如能够由铝等的导电性材料构成。该电极支承体36可具有水冷结构。电极支承体36内部设置有气体扩散室36a。从该气体扩散室36a连通于气体喷出孔34a的多个气体流通孔36b会朝下方延伸。并且，电极支承体36形成有将处理气体导入至气体扩散室36a的气体导入口36c。该气体导入口36c连接有气体供给管38。
气体供给管38经由阀组42及流量控制器组44来连接有气体源组40。气体源组40含有多个气体源。一例中，气体源组40含有一个以上的醇气体源、稀有气体源、氮气(N2气体)源、氢气(H2气体)源以及二氧化碳(CO2)气体源。一个以上的醇气体源在一例中可包含甲醇气体源、乙醇气体源以及丙醇气体源。丙醇气体包含1－丙醇以及2－丙醇(异丙醇)。并且，稀有气体源可以是He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、Xe气体等任意的稀有气体源。一例中，可以是Ar气体源。
阀组42含有多个阀，流量控制器组44含有质量流量控制器等多个流量控制器。气体源组40的多个气体源会分别经由阀组42所对应的阀及流量控制器组44所对应的流量控制器来连接于气体供给管38。
并且，等离子体处理装置10沿着处理容器12内壁来装卸自如地设置有沉积保护体46。沉积保护体46还设置于支承部14的外周。沉积保护体46防止蚀刻副产物(沉积)附着于处理容器12的情况，且可通过在铝材上包覆Y2O3等的陶瓷来构成。
处理容器12底部侧及支承部14与处理容器12侧壁之间设置有排气板48。排气板48例如能够通过在铝材上包覆Y2O3等的陶瓷来构成。该排气板48下方及处理容器12中设置有排气口12e。排气口12e经由排气管52来连接有排气装置50。排气装置50具有涡轮分子泵等的真空泵，并可将处理容器12内的空间减压至所希望的真空度。并且，处理容器12侧壁设置有晶圆W的送入出口12g，该送入出口12g可通过闸阀54进行开闭。
并且，等离子体处理装置10进一步地具备有第1高频电源62及第2高频电源64。第1高频电源62是产生等离子体生成用的高频波(HighFrequency Wave)的电源，例如产生27～100MHz频率的高频波。第1高频电源62经由匹配器66来连接于上部电极30。匹配器66用于匹配第1高频电源的输出阻抗与负载侧(上部电极30侧)的输入阻抗的电路。另外，第1高频电源62还可以经由匹配器66来连接于下部电极LE。
第2高频电源64是产生用于将离子吸引至晶圆W的高频波，即高频偏压的电源，例如会产生400kHz～13.56MHz范围内的频率的高频偏压。第2高频电源64经由匹配器68来连接于下部电极LE。匹配器68用于匹配第2高频电源64的输出阻抗与负载侧(下部电极LE侧)的输入阻抗的电路。
并且，等离子体处理装置10进一步具备有电源70。电源70连接于上部电极30。电源70将吸引空间S内所存在的正离子至电极板34用的电压施加至上部电极30。在一例中，电源70是产生负直流电压的直流电源。在其他例中，电源70还可以是产生较低频的交流电压的交流电源。从电源70施加至上部电极的电压可为－150V以下的电压。即，电源70所施加至上部电极30的电压可以是绝对值为150以上的负电压。在从电源70将这种电压施加至上部电极30时，空间S所存在的正离子会冲撞电极板34。由此，从电极板34释放出二次电子和/或硅。
并且，一实施方式中，等离子体处理装置10可以进一步具备有控制部Cnt。该控制部Cnt是具备有处理器、存储部、输入装置、显示装置等的电脑，并控制等离子体处理装置10的各部。该控制部Cnt中，使用输入装置，操作员能够为了管理等离子体处理装置10来进行指令的输入操作等，并且，通过显示装置，能够将等离子体处理装置10的运转状况可视化地显示。此外，控制部Cnt的存储部储存有通过处理器来控制等离子体处理装置10执行的各种处理用的控制工艺、以及用于对应处理条件来使等离子体处理装置10的各部执行处理的工艺，即处理指南。
以下，再次参考图1，对方法MT1进行详细地说明。
方法MT1中，首先在工序ST1中，准备图2的(a)部分所示的晶圆W。工序ST1中，将晶圆W送入至等离子体处理装置10内，该晶圆W被载置于支承结构体PD的静电夹具ESC上，通过该静电夹具ESC来被保持。
方法MT1中，接着执行工序ST2。工序ST2中，在处理容器12内生成处理气体的等离子体。一例中，对由Ru所构成的覆膜L4生成含有H2气体的处理气体的等离子体。工序ST2所使用的处理气体还可以进一步含有N2气体等非活性气体。该工序ST2将来自气体源组40的多个气体源中所选择的气体源的处理气体供给至处理容器12内，排气装置50动作来将处理容器12内的压力(以下，称为“处理压力”)设定为规定压力。并且，来自第1高频电源62的高频波及来自第2高频电源64的高频偏压分别被供给至下部电极LE及上部电极30。由此，来生成处理气体的等离子体。这种工序ST2中的等离子体处理装置10的各部动作可通过控制部Cnt来控制。
工序ST2中，通过来自等离子体的活性基，在一例中为通过氢活性基来在从掩模MSK露出的部分蚀刻覆膜L4。其结果，如图2的(b)部分所示，在覆膜L4的所有区域中的从掩模MSK露出的部分被去除。
方法MT1中，接着执行工序ST3。工序ST3为蚀刻磁性层的工序的一实施方式，该工序ST3中蚀刻MTJ层L3的上部磁性层L33。该工序ST3中，将含有异丙醇及二氧化碳的处理气体供给至处理容器12内。该处理气体可以进一步含有Ar气体等稀有气体。该工序ST3将来自气体源组40的多个气体源中所选择的气体源的处理气体供给至处理容器12内，排气装置50动作来将处理容器12内的压力，即处理压力设定为规定压力。并且，来自第1高频电源62的高频波及来自第2高频电源64的高频偏压会分别被供给至下部电极LE及上部电极30。由此，生成处理气体的等离子体。这种工序ST3中的等离子体处理装置10的各部动作可以通过控制部Cnt来控制。
工序ST3中生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂附着于上部磁性层L33表面，以促进该蚀刻剂与构成上部磁性层L33的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图2的(c)部分所示，在从掩模MSK露出的部分蚀刻上部磁性层L33。并且，含有来自异丙醇的碳的沉积物会被来自二氧化碳的氧活性基去除。
方法MT1中，接着执行工序ST4。工序ST4，中形成有绝缘膜IL。该绝缘膜IL形成用于防止下部磁性层L31与上部磁性层L33的导通。具体而言，工序ST4中，将晶圆W搬送至成膜装置，在该成膜装置内，如图2的(d)部分所示，在晶圆W表面上形成有绝缘膜IL。该绝缘膜IL例如能够由氮化硅或氧化硅构成。接着，工序ST4在沿着掩模MSK上表面的区域以及沿着绝缘层L32上表面的区域中蚀刻绝缘膜IL。该蚀刻中可使用任意的等离子体处理装置。例如，该蚀刻中可使用等离子体处理装置10。并且，该蚀刻中可使用含有氢氟化碳气体或碳氟气体的处理气体。该蚀刻的结果，如图3的(a)部分所示，沿着掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面而残留有绝缘膜IL。
方法MT1中，接着执行工序ST5。工序ST5中，蚀刻MTJ层L3的绝缘层L32。该工序ST5中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件可以与工序ST3中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件相同。
工序ST5中，生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂附着于绝缘层L32表面，以促进该蚀刻剂与构成绝缘层L32的材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图3的(b)部分所示，在从掩模MSK露出的部分蚀刻绝缘层L32。并且，含有来自异丙醇的碳的沉积物会被来自二氧化碳的氧活性基去除。
方法MT1中，接着执行工序ST6。工序ST6为蚀刻磁性层的工序的一实施方式，在该工序ST6中蚀刻MTJ层L3的下部磁性层L31。该工序ST6中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件可以与工序ST3中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件相同。
工序ST6中，生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂附着于下部磁性层L31表面，以促进该蚀刻剂与构成下部磁性层L31的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图3的(c)部分所示，在从掩模MSK露出的部分蚀刻下部磁性层L31。并且，含有来自异丙醇的碳的沉积物会被来自二氧化碳的氧活性基去除。
方法MT1中，接着执行工序ST7。工序ST7为蚀刻磁性层的工序的一实施方式，该工序ST7中蚀刻磁性膜L2。该工序ST7中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件可以与工序ST3中的等离子体处理装置10的动作及蚀刻条件相同。
工序ST7中，生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂附着于磁性膜L2表面，以促进该蚀刻剂与构成磁性膜L2的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图3的(d)部分所示，在从掩模MSK露出的部分中蚀刻磁性膜L2。并且，含有来自异丙醇的碳的沉积物会被来自二氧化碳的氧活性基去除。
以下，参考图5，对实施方式的蚀刻方法中能够适当地使用的工艺参数的范围(以下，称为“适当的工艺区域”)进行说明。图5为表示醇的饱和蒸气压曲线的图。图5中，横轴表示温度，纵轴表示蒸气压。图5中表示甲醇、乙醇以及异丙醇的各温度与饱和蒸气压的关系。图5中，斜线的标注阴影线的区域为适当的工艺区域。
方法MT1中的工序ST3、工序ST6、工序ST7为蚀刻磁性层的工序，该些工序为了使蚀刻剂与构成磁性层的磁性材料的反应产物气化而进行排气，将处理压力设定为例如10mTorr(1.333Pa)以下的压力。从而，在图5所示的适当的工艺区域中，确定了压力的上限值(参考图5中表示10mTorr的虚线)。并且，该些工序为了在低压的处理压力下提高相对于磁性层表面的蚀刻剂的吸附包覆率，而调整晶圆W温度，即静电夹具温度以及异丙醇的分压。
如图5所示，通过以饱和蒸气压以下且靠近饱和蒸气压的分压来供给醇及其裂解物，即蚀刻剂，可得到高吸附包覆率。在使用甲醇的磁性层的蚀刻中，处理压力为10mTorr以下，且静电夹具温度为－50℃时，会得到降低在所形成的形状的侧面的沉积物的量，而提高该侧面的垂直性的结果。并且，在处理压力为10mTorr以下的设定下，使静电夹具温度从－50℃上升时，会得到沉积物的量有增加倾向的结果。为了促进副产物挥发，提高静电夹具温度是比较好的，但由于提高静电夹具温度时，会使得沉积物的量有增加倾向，因此在使用甲醇的气体系统中，原料气体，即甲醇的表面吸附会成为控制速率因素而使得磁性层的蚀刻不会进行。从而，由于使用甲醇的蚀刻中，在甲醇的温度为－50℃时的饱和蒸气压为约500mTorr，因此在饱和蒸气压的2％以上的分压时，甲醇会以充分的吸附包覆率附着于磁性层表面。然而，甲醇的饱和蒸气压本来就比较高。因此，一实施方式中，使用具有低饱和蒸气压的异丙醇来作为处理气体所包含的醇。
如图5所示，异丙醇是在－15℃以下的温度来使用的，由此与甲醇的情况下得到充分的吸附包覆率的分压相同，在10mTorr以下的处理压力下达到饱和蒸气压的2％的分压。从而，一实施方式的工序ST3中，如图5中的阴影区域所示，将处理压力设定为10mTorr(1.333Pa)以下的压力，将静电夹具温度设定为－15℃以下的温度，将异丙醇的分压设定为静电夹具温度中的该异丙醇的饱和蒸气压以下的分压。并且，一实施方式中，将静电夹具温度设定为－50℃以上的温度。此外，一实施方式中，将异丙醇的分压设定为静电夹具温度中的该异丙醇的饱和蒸气压的2％以上的分压。通过这种条件的设定，会得到来自异丙醇的蚀刻剂相对于磁性层的充分的吸附包覆率，且可进行在低压的处理压力下的蚀刻。其结果，可使蚀刻剂充分地吸附于磁性层表面，而促进蚀刻剂与构成磁性层的磁性材料的反应产物的排气。因此，可提升磁性层的蚀刻垂直异向性。
并且，方法MT1中的工序ST3、工序ST6、工序ST7使用在异丙醇中含有二氧化碳的气体来作为处理气体。图6为表示二氧化碳的等离子体及氧气的等离子体的发光分光测量结果的图。图6的(a)部分表示有氧气的等离子体的发光分光测量结果，(b)部分表示有二氧化碳的等离子体的发光分光测量结果。图6的(a)部分所示发光分光测量结果及图6的(b)部分所示发光分光测量结果，是以下述条件来使用等离子体处理装置10时所得到的。
＜图6的(a)部分所示的发光分光测量结果的取得条件＞
·处理容器12内的空间压力：100mTorr(13.33Pa)。
·处理气体：添加有2％的Ar气体的流量700sccm的氧气。
·等离子体生成用的高频波：150W。
·高频偏压：700W。
＜图6的(b)部分所示的发光分光测量结果的取得条件＞
·处理容器12内的空间压力：100mTorr(13.33Pa)。
·处理气体：添加有2％的Ar气体的流量700sccm的二氧化碳气体。
·等离子体生成用的高频波：150W。
·高频偏压：700W。
如图6所示，二氧化碳的等离子体的氧活性基与Ar比较的相对发光强度很大程度地小于氧气的等离子体的氧活性基与Ar比较的相对发光强度，为氧气的等离子体的氧活性基的发光强度的12％。从而，二氧化碳的等离子体中，氧活性基的产生量会较少。并且，在以与上述发光分光测量结果的取得条件相同的条件下，进行有机膜之灰化时，二氧化碳气体的等离子体的有机膜灰化速率为氧气的等离子体的有机膜灰化速率的50％。由此，确认了二氧化碳气体的等离子体中，虽然氧活性基之产量较少，但却具有高灰化速率。从而，工序ST3、工序ST6以及工序ST7，即方法MT1的蚀刻磁性层的工序中，可去除来自异丙醇的含碳沉积物，且抑制因氧化所导致磁性层的损伤。
以下，使用等离子体处理装置10执行工序ST2、工序ST3、工序ST5、工序ST6以及工序ST7，对蚀刻图2的(a)部分所示的晶圆W的实验例进行说明。该实验例的条件为如下所示。
＜工序ST2的条件＞
·处理容器12内的压力：50mTorr(6.65Pa)。
·处理气体：150sccm的H2气体及50sccm的N2气体。
·等离子体生成用的高频波：200W。
·静电夹具温度：－50℃。
＜工序ST3、工序ST5、工序ST6以及工序ST7的条件＞
·处理容器12内的压力：10mTorr(1.333Pa)。
·处理气体：250sccm的Ar气体、20sccm的二氧化碳气体及20sccm的异丙醇气体。
·等离子体生成用的高频波：300W。
·高频偏压：1000W。
·静电夹具温度：－50℃。
并且，为了比较，进行了在工序ST3、工序ST5、工序ST6及工序ST7的处理气体使用10sccm的甲醇气体及200sccm的Ne气体的点与实验例有所不同之比较实验例1，以及在工序ST3、工序ST5、工序ST6及工序ST7的处理气体使用100sccm的甲醇气体的点与实验例有所不同的比较实验例2。
图7为概略地表示蚀刻后的晶圆的剖面图。实验例、比较实验例1、比较实验例2中，比较了蚀刻所形成的磁性膜L2、MTJ层L3以及覆膜L4的侧面F1的锥角T1、相对于侧面F1的沉积物(图中以参考符号DP来表示)的有无以及掩模MSK的凸缘部RA1的削蚀(凸缘部的圆滑度)大小。其结果，比较实验例1的蚀刻后的晶圆中，沉积物会附着于侧面F1，且相对于比较实验例2的蚀刻后的晶圆而凸缘部RA1的削蚀并不大，但会在该凸缘部RA1产生削蚀，锥角T1为76度。并且，虽然比较实验例2的蚀刻后的晶圆中，沉积物并未附着于侧面F1，但凸缘部RA1的削蚀较大，并且，锥角T1为70度。另一方面，实验例的蚀刻后的晶圆中，沉积物并未附着于侧面F1，且凸缘部RA1的削蚀也较小，锥角T1为80度。由此，确认了根据使用含有异丙醇及二氧化碳的处理气体来对磁性层进行蚀刻的方法MT1，可以去除沉积物，且抑制凸缘部的削蚀，并提高蚀刻的垂直异向性。
(第2实施方式)
图8为表示第2实施方式相关的蚀刻方法的流程图。虽然图8所示方法MT2与图1所示的MT1同样地含有工序ST1～工序ST7，但方法MT2使用如图9及图10所示的等离子体处理装置那样，在将晶圆水平地支承的状态时，使晶圆相对于垂直方向倾斜，且可形成旋转状态的等离子体处理装置来执行。
图9及图10为概略地表示可用于实施图8所示的方法的等离子体处理装置的一例的图，在含有沿着垂直方向延伸的轴线PX的一平面中截断处理容器，来表示该等离子体处理装置。另外，图9中表示后述支承结构体为未倾斜的状态的等离子体处理装置，图10中表示支承结构体为倾斜的状态的等离子体处理装置。
图9及图10所示的等离子体处理装置110具备有处理容器112、气体供给系统114、等离子体源116、支承结构体118、排气系统120、偏压电力供给部122以及控制部Cnt。处理容器112具有大致圆筒形状。处理容器112的中心轴线与轴线PX一致。该处理容器112提供相对于晶圆W进行等离子体处理用的空间S。
一实施方式中，处理容器112在收纳有其高度方向的中间部分112a，即支承结构体118的部分具有大致固定的宽度。并且，处理容器112从该中间部分下端随着朝向底部而呈宽度渐渐变窄的锥状。并且，处理容器112底部提供排气口112e，该排气口112e相对于轴线PX而形成为轴对称。
气体供给系统114构成为将气体供给至处理容器112内。气体供给系统114具有第1气体供给部114a及第2气体供给部114b。第1气体供给部114a及第2气体供给部114b构成为将方法MT2所使用的处理气体供给至处理容器112内。方法MT2所使用的处理气体也可从第1气体供给部114a及第2气体供给部114b的任一个或两个供给至处理容器112内。或着，第1气体供给部114a及第2气体供给部114b也可将构成方法MT2所使用的处理气体的多个种气体对应于该些多个种气体所要求的解离度来分配，而供给至处理容器112内。另外，关于气体供给系统114，在后面进行详细说明。
等离子体源116构成为激发供给至处理容器112内的气体。一实施方式中，等离子体源116设置于处理容器112的顶部。并且，一实施方式中，等离子体源116的中心轴线与轴线PX一致。另外，关于等离子体源116的一例，在后面进行详细说明。
支承结构体118构成为在处理容器112内保持晶圆W。该支承结构体118构成为可以将正交于轴线PX的第1轴线AX1，即倾斜轴线作为中心旋转。支承结构体118通过以第1轴线AX1为中心的旋转，而可相对于轴线PX倾斜。为了使支承结构体118倾斜，等离子体处理装置110具有驱动装置124。驱动装置124设置于处理容器112外部，并产生以第1轴线AX1为中心的支承结构体118的旋转用驱动力。并且，支承结构体118构成为使晶圆W绕正交于第1轴线AX1的第2轴线AX2，即静电夹具132的中心轴线旋转。另外，在支承结构体118未倾斜的状态下，如图9所示，第2轴线AX2一致于轴线PX。另一方面，在支承结构体118倾斜的状态下，如图10所示，第2轴线AX2相对于轴线PX倾斜。关于该支承结构体118，在后面进行详细说明。
排气系统120构成为将处理容器112内的空间减压。一实施方式中，排气系统120具有自动压力控制器120a、涡轮分子泵120b以及干燥泵120c。涡轮分子泵120b设置于自动压力控制器120a下游。干燥泵120c经由阀120d来直接连接于处理容器112内的空间。并且，干燥泵120c经由阀120e来设置于涡轮分子泵120b下游。
包含自动压力控制器120a及涡轮分子泵120b的排气系统安装于处理容器112底部。并且，包含自动压力控制器120a及涡轮分子泵120b的排气系统设置于支承结构体118的正下方。从而，该等离子体处理装置110可形成从支承结构体118周围至排气系统120的均匀的排气流动。由此，可达到效率良好的排气。并且，可使处理容器112内生成的等离子体均匀地扩散。
一实施方式中，处理容器112内还可设置有整流构件126。整流构件126具有于下端封闭的大致筒形状。该整流构件126以从侧面及下方来围绕支承结构体118的方式来沿着处理容器112内壁面延伸。一例中，整流构件126具有上部126a及下部126b。上部126a具有固定宽度的圆筒形状，且沿着处理容器112的中间部分112a内壁面来延伸。并且，下部126b在上部126a的下方与该上部126a连续。下部126b具有沿着处理容器112内壁面而宽度渐渐变窄的锥形状，且其下端成为平板状。该下部126b形成有多数开口(贯穿孔)。通过该整流构件126，能够在该整流构件126内侧，即收纳有晶圆W的空间以及该整流构件126外侧，即排气侧的空间之间形成压力差，而可调整收纳有晶圆W的空间中的气体滞留时间。并且，可实现均等的排气。
偏压电力供给部122构成为将用于吸引离子至晶圆W的偏压电压及高频偏压选择性地施加至支承结构体118。一实施方式中，偏压电力供给部122具有第1电源122a及第2电源122b。第1电源122a会产生脉冲调制的直流电压(以下，称为“调制直流电压”)来作为施加至支承结构体118的偏压电压。
第2电源122b构成为将用于吸引离子至晶圆W的高频偏压供给至支承结构体118。该高频偏压的频率为适于将离子吸引至晶圆W的任意频率，例如为400kHz。等离子体处理装置110可将来自第1电源122a的调制直流电压与来自第2电源122b的高频偏压选择性地供给至支承沟造体118。调制直流电压及高频偏压的选择性供给可通过控制部Cnt来控制。
控制部Cnt为例如具备有处理器、存储部、输入装置、显示装置等的电脑。控制部Cnt会根据基于所输入的指南的工艺来动作，而送出控制信号。等离子体处理装置110的各部通过来自控制部Cnt的控制信号来控制。
以下，分别对气体供给系统114、等离子体源116、支承结构体118进行详细地说明。
[气体供给系统]
气体供给系统114如上述，具有第1气体供给部114a以及第2气体供给部114b。第1气体供给部114a经由一个以上的气体喷出孔114e来将气体供给至处理容器112内。并且，第2气体供给部114b经由一个以上的气体喷出孔114f来将气体供给至处理容器112内。气体喷出孔114e设定于比气体喷出孔114f更靠近等离子体源116的位置。从而，第1气体供给部114a所供给的气体解离度会比第2气体供给部114b所供给的气体解离度要高。另外，图9及图10中，虽然气体喷出孔114e及气体喷出孔114f的个数分别为“1”，但还可设置有多个气体喷出孔114e及多个气体喷出孔114f。多个气体喷出孔114e也可相对于轴线PX而均等地排列于周向。并且，多个气体喷出孔114f也可相对于轴线PX而均等地排列于周向。
一实施方式中，也可在气体喷出孔114e所喷出气体的区域以及气体喷出孔114f所喷出气体的区域之间设置有分隔板，即所谓的离子阱。由此，可调整从第1气体供给部114a所供给的气体的等离子体朝向晶圆W的离子的量。
第1气体供给部114a可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。从而，可调整第1气体供给部114a的来自一个以上的气体源的气体流量。并且，第2气体供给部114b可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。从而，可调整第2气体供给部114b的来自一个以上的气体源的气体流量。来自第1气体供给部114a的气体流量与该气体的供给时机以及来自第2气体供给部114b的气体流量与该气体的供给时机，通过控制部Cnt来各别调整。
一例中，工序ST3、工序ST4、工序ST5、工序ST6以及工序ST7中所使用的处理气体，是从第1气体供给部114a及第2气体供给部114b的双方供给至处理容器112内。其他例中，工序ST3、工序ST4、工序ST5、工序ST6以及工序ST7所使用的处理气体，是从第1气体供给部114a及第2气体供给部114b的任一个供给至处理容器112内。
又一例中，第1气体供给部114a及第2气体供给部114b也可将工序ST3、工序ST4、工序ST5、工序ST6以及工序ST7中所使用的处理气体所包含的多个种气体，对应于该些多个种气体所要球的解离度来分配而供给至处理容器112内。例如，也可在工序ST3、工序ST5、工序ST6以及工序ST7中，从第1气体供给部114a供给有异丙醇、二氧化碳以及稀有气体中的一种以上的气体，而从第2气体供给部114b供给有该些异丙醇、二氧化碳以及稀有气体中的其他一种以上的气体。
[等离子体源]
图11为表示图9所示的等离子体处理装置的等离子体源的图，为表示从图9的Y方向观察的等离子体源的图。并且，图12为表示图9所示的等离子体处理装置的等离子体源的图，表示从垂直方向观察的等离子体源。如图9及图10所示，处理容器112的顶部设置有开口，该开口通过介电体板294来封闭。介电体板294为板状体，且由石英玻璃或陶瓷所构成。等离子体源116设置于该介电体板294上。
如图11及图12所示，等离子体源116具有高频天线240以及遮蔽构件260。高频天线240通过遮蔽构件260被覆盖。一实施方式中，高频天线240含有内侧天线元件242A以及外侧天线元件242B。内侧天线元件242A设置于比外侧天线元件242B更靠近轴线PX。换言之，外侧天线元件242B以围绕内侧天线元件242A的方式来设置于该内侧天线元件242A外侧。各内侧天线元件242A及外侧天线元件242B例如由铜、铝、不锈钢等的导体所构成，并以轴线PX为中心来延伸为螺旋状。
内侧天线元件242A及外侧天线元件242B一同被多个夹持体244所夹持而成为一体。多个夹持体244例如棒状构件，且相对于轴线PX配置为放射状。
遮蔽构件260具有内侧遮蔽壁262A以及外侧遮蔽壁262B。内侧遮蔽壁262A具有沿垂直方向延伸的筒形状，且设置于内侧天线元件242A与外侧天线元件242B之间。该内侧遮蔽壁262A围绕内侧天线元件242A。并且，外侧遮蔽壁262B具有沿垂直方向延伸的筒形状，且设置为围绕外侧天线元件242B。
内侧天线元件242A上设置有内侧遮蔽板264A。内侧遮蔽板264A具有圆盘形状，且设置为阻塞内侧遮蔽壁262A的开口。并且，外侧天线元件242B上设置有外侧遮蔽板264B。外侧遮蔽板264B为环状板，且设置为阻塞内侧遮蔽壁262A与外侧遮蔽壁262B之间的开口。
内侧天线元件242A、外侧天线元件242B分别连接于高频电源250A、高频电源250B。高频电源250A及高频电源250B是等离子体生成用的高频电源。高频电源250A及高频电源250B将相同频率或相异频率分别供给至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B。例如，在从高频电源250A以规定功率来将规定频率(例如40MHz)的高频波供给至内侧天线242A时，会通过形成于处理容器112内的感应磁场来激发导入至处理容器112内的处理气体，而在晶圆W上的中央部生成甜甜圈型的等离子体。并且，在从高频电源250B以规定功率来将规定频率(例如60MHz)的高频波供给至外侧天线242B时，会通过形成于处理容器12内的感应磁场来激发导入至处理容器112内的处理气体，而在晶圆W上的周缘部生成另一甜甜圈型的等离子体。通过该些等离子体来从处理气体生成自由基。
另外，高频电源250A及高频电源250B所输出的高频波频率并不限于上述频率。例如，高频电源250A及高频电源250B所输出的高频波频率还可以是13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz等的各种频率。但是，需要对应于高频电源250A及高频电源250B所输出的高频波来调整内侧天线元件242A及外侧天线242B的电性长度。
该等离子体源116即使在1mTorr(0.1333Pa)的压力环境下，仍可点燃处理气体的等离子体。在低压环境下，等离子体中的离子的平均自由行程会变大。从而，可进行基于稀有气体原子溅射的蚀刻。并且，可在低压环境下抑制被蚀刻的物质再次附着于晶圆W，并将该物质排气。
[支承体结构]
图13及图14为表示图9所示的等离子体处理装置的支承结构体的剖面图。图13中表示有从Y方向(参考图9)观察的支承结构体的剖面图，图14中表示有从X方向(参考图9)观察的支承结构体的剖面图。如图13及图14所示，支承结构体118具有保持部130、容器部140以及倾斜轴部150。
保持部130为，保持晶圆W，并通过以第2轴线AX2为中心旋转来使晶圆W旋转的机构。另外，如上述，第2轴线AX2在支承结构体118未倾斜的状态下，与轴线PX一致。该保持部130具有静电夹具132、下部电极134、旋转轴部136以及绝缘构件135。
静电夹具132构成为在其上表面保持晶圆W。静电夹具132具有以第2轴线AX2作为其中心轴线的大致圆盘形状，且具有作为绝缘膜内层来设置的电极膜。静电夹具132通过将电压施加至电极膜来产生静电力。通过该静电力，静电夹具132将其上表面所载置的晶圆W吸附。该静电夹具132与晶圆W之间供给有He气体等的导热气体。并且，静电夹具132内还可以在内部含有用于加热晶圆W的加热器。所述静电夹具132设置于下部电极134上。
下部电极134具有以第2轴线AX2为中心轴线的大致圆盘形状。一实施方式中，下部电极134具有第1部分134a及第2部分134b。第1部分134a为沿着第2轴线AX2延伸的下部电极134的中央侧部分，第2部分134b为比第1部分134a更从第2轴线AX2远离，即，比第1部分134a更靠外侧而延伸的部分。第1部分134a上表面与第2部分134b上表面连续，且通过第1部分134a上表面与第2部分134b上表面来构成下部电极134的大致平坦的上表面。该下部电极134上表面相接有静电夹具132。并且，第1部分134a会比第2部分134b更朝下方突出，而成为圆柱状。即，第1部分134a下表面会比第2部分134b下表面更朝下方延伸。该下部电极134由铝等的导体构成。下部电极134与上述偏压电力供给部122电性连接。即，下部电极134可选择性地供给有来自第1电源22a的调制直流电压以及来自第2电源22b的高频偏压。并且，下部电极134中设置有制冷剂流道134f。通过将制冷剂供给至该制冷剂流道134f，由此控制晶圆W温度。该下部电极134设置于绝缘构件135上。
绝缘构件135由石英、氧化铝等的绝缘体构成，并具有在中央有开口的大致圆盘形状。一实施方式中，绝缘构件135具有第1部分135a及第2部分135b。第1部分135a为绝缘构件135的中央侧部分，第2部分135b为比第1部分135a更从第2轴线AX2远离，即，比第1部分135a更靠外侧而延伸的部分。第1部分135a上表面会比第2部分135b上表面更靠下方而延伸，并且，第1部分135a下表面也会比第2部分135b下表面更靠下方而延伸。绝缘构件135的第2部分135b上表面相接于下部电极134的第2部分134b下表面。另一方面，绝缘构件135的第1部分135a上表面从下部电极134下表面分离。
旋转轴部136具有大致圆柱形状，且连结于下部电极134下表面。具体而言，连结于下部电极134的第1部分134a下表面。旋转轴部136的中心轴线与第2轴线AX2一致。通过对该旋转轴部136施加旋转力，由此使保持部130旋转。
通过这种各要件所构成的保持部130与容器部140一同形成中空空间来作为支承结构体118的内部空间。容器部140含有上侧容器部142及外侧容器部144。上侧容器部142具有大致圆盘形状。在上侧容器部142中央形成有旋转轴部136通过的贯穿孔。该上侧容器部142设置为在绝缘构件135的第2部分135b下方，相对于该第2部分135b提供有些许的间隙。并且，在上侧容器部142的下表面周缘连结有外侧容器部144上端。外侧容器部144具有下端被闭塞的大致圆筒形状。
容器部140与旋转轴部136之间设置有磁性流体密封部152。磁性流体密封部152具有内轮部152a及外轮部152b。内轮部152a具有与旋转轴部136同轴延伸的大致圆筒形状，并相对于旋转轴部136被固定。并且，内轮部152a上端部连结于绝缘构件135的第1部分135a下表面。该内轮部152a与旋转轴部136以第2轴线AX2为中心一同旋转。外轮部152b具有大致圆筒形状，并在内轮部152a外侧设置为与该内轮部152a同轴。外轮部152b上端部连结于上侧容器部142的中央侧部分的下表面。该些内轮部152a与外轮部152b之间夹设有磁性流体152c。并且，在磁性流体152c下方，内轮部152a与外轮部152b之间设置有轴承153。该磁性流体密封部152提供气密地密封支承结构体118的内部空间的密封结构。通过该磁性流体密封部152，支承结构体118的内部空间从等离子体处理装置110的空间S分离。另外，等离子体处理装置110中，支承结构体118的内部空间被维持为大气压。
一实施方式中，在磁性流体密封部152与旋转轴部136之间设置有第1构件137及第2构件138。第1构件137具有沿着旋转轴部136外周面的一部分，即，后述第3筒状部136d上侧部分的外周面及下部电极134的第1部分134a外周面延伸的大致圆筒形状。并且，第1构件137上端具有沿着下部电极134的第2部分134b下表面来延伸的环状板形状。该第1构件137会相接于第3筒状部136d的上侧部分外周面以及下部电极134的第1部分134a外周面与第2部分134b下表面。
第2构件138具有沿着旋转轴部136外周面，即第3筒状部136d外周面以及沿着第1构件137外周面延伸的大致圆筒形状。第2构件138上端具有沿着绝缘构件135的第1部分135a上表面延伸的环状板形状。第2构件138相接于第3筒状部136d外周面、第1构件137外周面、绝缘构件135的第1部分135a上表面以及磁性流体密封部152的内轮部152a内周面。该第2构件138与绝缘构件135的第1部分135a上表面之间夹设有O型环等密封构件139a。并且，第2构件138与磁性流体密封部152的内轮部152a内周面之间夹设有O型环等密封构件139b及139c。根据所述结构，密封旋转轴部136与磁性流体密封部152的内轮部152a之间。由此，即使旋转轴部136与磁性流体密封部152之间存在有间隙，但仍会使支承结构体118的内部空间与等离子体处理装置110的空间S分离。
外侧容器部144沿着第1轴线AX1来形成有开口。形成于外侧容器部144的开口嵌入有倾斜轴部150的内侧端部。该倾斜轴部150具有大致圆筒形状，其中心轴线与第1轴线AX1一致。如图9所示，倾斜轴部150延伸至处理容器112外侧。倾斜轴部150一边的外侧端部连结有上述驱动装置124。该驱动装置124支承倾斜轴部150一边的外侧端部。通过该驱动装置124来旋转倾斜轴部150，使支承结构体118以第1轴线AX1为中心旋转，其结果，使支承结构体118会相对于轴线PX倾斜。例如，支承结构体118可以相对于轴线PX而第2轴线AX2成为0度～60度以内范围的角度来倾斜。
一实施方式中，第1轴线AX1含有第2轴线AX2方向中的支承结构体118的中心位置。该实施方式中，倾斜轴部150在通过支承结构体118的该中心的第1轴线AX1上延伸。该实施方式在支承结构体118倾斜时，可使该支承结构体118上缘与处理容器112(或整流构件126)之间的最短距离WU(参考图10)以及支承结构体118下缘与处理容器112(或整流构件126)之间的最短距离WL(参考图10)中的最小距离变大。即，能够将支承结构体118的外轮廓与处理容器112(或整流构件126)之间的最小距离最大化。从而，可缩小处理容器112的水平方向宽度。
另一实施方式中，第1轴线AX1含有第2轴线AX2方向中的支承结构体118中心与保持部130上表面之间的位置。即，该实施方式中，倾斜轴部150延伸于比支承结构体118中心更偏向保持部130侧的位置。根据该实施方式，可以进一步在支承结构体118倾斜时，降低等离子体源116至晶圆W的各位置的距离差。从而，可以进一步提升蚀刻的面内均匀性。另外，支承结构体118也可以以60度以内的角度倾斜。
又一实施方式中，第1轴线AX1含有支承结构体118的重心。该实施方式中，倾斜轴部150延伸于含有该重心的第1轴线AX1上。根据该实施方式，可使驱动装置124所要求的力矩变小，而容易控制该区动装置124。
回到图13及图14，在倾斜轴部150内孔通过有各种电气系统用配线、导热气体用配管以及制冷剂用配管。该些配线及配管连结于旋转轴部136。
旋转轴部136具有柱状部136a、第1筒状部136b、第2筒状部136c以及第3筒状部136d。柱状部136a具有大致圆柱形状，并延伸于第2轴线AX2上。柱状部136a是用于将电压施加至静电夹具132的电极膜的配线。柱状部136a经由集电环等旋转连结器154来连接于配线160。配线60从支承结构体118内部空间通过倾斜轴部150内孔，而延伸至处理容器112外部。该配线60在处理容器112外部经由开关而连接于电源162(参考图9)。
第1筒状部136b在柱状部136a外侧设置为与该柱状部136a同轴。第1筒状部136b是用于将调制直流电压及高频偏压供给至下部电极134的配线。第1筒状部136b经由旋转连结器154来连接于配线164。配线164从支承结构体118内部空间通过倾斜轴部150内孔来延伸至处理容器112外部。该配线164在处理容器112外部连接于偏压电力供给部122的第1电源122a及第2电源122b。另外，第2电源122b与配线164之间可以设置有阻抗匹配用的匹配器。
第2筒状部136c在第1筒状部136b外侧设置为与该第1筒状部136b同轴。一实施方式中，上述旋转连结器154内设置有轴承155。该轴承155沿着第2筒状部136c外周面来延伸。该轴承155经由第2筒状部136c来支承旋转轴部136。相对于上述轴承153支承旋转轴136上侧部分，轴承155支承旋转轴部136下侧部分。如此，通过两个轴承153及轴承155，旋转轴部136其上侧部分及下侧部分被支承，因此可使旋转轴部136以第2轴线AX2为中心稳定旋转。
第2筒状部136c中形成有导热气体供给用的气体管线。该气体管线会经由转动连结器等旋转接头来连接于配管166。配管166会从支承结构体118内部空间通过倾斜轴部150内孔来延伸至处理容器112外部。该配管166在处理容器112的外部连接于导热气体源168(参考图9)。
第3筒状部136d在第2筒状部136c外侧设置为与该第2筒状部136c同轴。该第3筒状部136d形成有用于将制冷剂供给至制冷剂流道134f的制冷剂供给管线以及回收供给至制冷剂流道134f的制冷剂的制冷剂回收管线。制冷剂供给管线经由转动连结器等旋转接头170来连接于配管172。并且，制冷剂回收管线经由旋转接头170来连接于配管174。配管172及配管174会从支承结构体118内部空间通过倾斜轴部150内部来延伸至处理容器112外部。然后，配管172及配管174会在处理容器112外部连接于冷却单元176(参考图9)。
并且，如图14所示，支承结构体118内部空间设置有旋转马达178。旋转马达178会产生用于使旋转轴部136旋转的驱动力。一实施方式中，旋转马达178设置于旋转轴部136侧边。该旋转马达178经由传送带182来连结安装于旋转轴部136的滑轮180。由此，旋转马达178的旋转驱动力会传递至旋转轴部136，而使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转。保持部130的转速在例如48rpm以下的范围内。例如，保持部130在工艺中以20rmp的转速来旋转。另外，用于将电力供给至旋转马达178的配线会通过倾斜轴部150内孔而被拉出至处理容器112外部，并连接于设置于处理容器112外部的马达用电源。
如此，支承结构体118可在能维持为大气压的内部空间设置多种机构。并且，支承结构体118构成为可将连接收纳于其内部空间的机构与设置于处理容器112外部的电源、气体源、冷却单元等的装置用的配线或配管拉出至处理容器112外部。另外，除了上述配线及配管之外，还可以将连接设置于处理容器112外部的加热器电源与设置于静电夹具132的加热器的配线从支承结构体118内部空间经由倾斜轴部150内孔来拉出至处理容器112外部。
并且，在图2的(a)所示的多层膜的各层的蚀刻中，没有将因蚀刻而被削蚀的物质(即，磁性材料)或来自异丙醇之过多的碳排气，而附着于蚀刻所形成的形状的表面，特别是侧面。通过等离子体处理装置110，可在去除这种形成于侧面的沉积物时，使支承结构体118倾斜，且使保持有晶圆W的保持部130以第2轴线AX2为中心旋转。由此，能够使活性基朝向蚀刻所形成的形状的侧面所有区域入射，而可提升相对于晶圆W的离子的入射面内均匀性。其结果，可在蚀刻所形成的形状的侧面所有区域中，去除附着于该侧面的沉积物，而可提高该形状的垂直性。并且，可在晶圆W面内均匀地进行沉积物的去除，而可提升蚀刻所形成的形状的面内均匀性。
以下，再次参考图8，对方法MT2进行说明。并且，以下说明中，除了图8以外，还参考图15～图17。图15的(a)部分是与图2(a)部分相同的剖面图，例示有应用方法MT2之前的状态的晶圆W。图15的(b)～(d)部分、图16的(a)～(d)部分以及图17的(a)～(d)部分为例示以方法MT2的各工序所到的产物的剖面图。以下说明中，虽然说明对晶圆W使用等离子体处理装置110来实施方法MT2的例，但只要是能够形成将晶圆W水平地支承的状态、以及使晶圆W相对于垂直方向倾斜并旋转的状态的等离子体处理装置，可在实施方法MT2中使用任意等离子体处理装置。
方法MT2中，首先在工序ST1中准备图15的(a)部分所示的晶圆W，并收纳于等离子体处理装置10的处理容器12内。然后，通过保持部130的静电夹具132来保持晶圆W。
方法MT2中，接着执行工序ST2。工序ST2中，在处理容器112内生成处理气体的等离子体。一例中，为了蚀刻由Ru所构成的覆膜L4而生成含有H2气体的处理气体的等离子体。工序ST2所使用的处理气体还可以进一步含有N2等气体的非活性气体。该工序ST2将来自第1气体供给部114a及第2气体供给部114b中的至少一个的处理气体供给至处理容器112内，而排气系统120动作来将处理容器112内的压力，即处理压力设定为规定压力。并且，来自高频电源250A及高频电源250B的高频波分别被供给至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B。并且，来自第1电源122a的调制直流电压或来自第2电源122b的高频偏压被供给至支承结构体118。由此，来生成处理气体的等离子体。另外，一实施方式的工序ST2中，支承结构体18可设定为非倾斜状态。即，工序ST2中，支承结构体18设置为第2轴线AX2一致于轴线PX。这种工序ST2中的等离子体处理装置110的各部动作可通过控制部Cnt来控制。
工序ST2中，通过来自等离子体的活性基，在一例中为氢活性基来在从掩模MSK露出的部分蚀刻由Ru所构成的覆膜L4。其结果，如图15的(b)部分所示，在覆膜L4的所有区域中从掩模MSK露出的部分被去除。
方法MT2中，接着执行工序ST3。工序ST3为蚀刻磁性层的工序的一实施方式，该工序ST3中蚀刻MTJ层L3的上部磁性层L33。方法MT2的工序ST3含有工序ST3a与工序ST3b。工序ST3a与工序ST3b将含有异丙醇及二氧化碳的处理气体供给至处理容器112内。该处理气体可以进一步含有Ar气体等稀有气体。工序ST3a与工序ST3b将来自第1气体供给部114a及第2气体供给部114b中的至少一个的处理气体供给至处理容器112内，而排气系统120动作来将处理容器112内的压力，即处理压力设定为规定压力。并且，来自高频电源250A及高频电源250B的高频波分别被供给至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B。并且，来自第1电源122a的调制直流电压或来自第2电源122b的高频偏压被供给至支承结构体118。由此，来生成处理气体的等离子体。另外，方法MT2的工序ST3中的处理压力、静电夹具温度以及异丙醇的分压等各种条件设定为与方法MT1的工序ST3相同的条件。
工序ST3a中，可与上述处理气体的等离子体的生成同样地将支承结构体118设定为非倾斜状态。即，工序ST3a中，支承结构体118配置为第2轴线AX2一致于轴线PX。由此，晶圆W成为相对于垂直方向而保持为水平的状态。工序ST3a生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂会附着于上部磁性层L33表面，以促进该蚀刻剂与构成上部磁性层L33的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图15的(c)部分所示，在从掩模MSK露出的部分中蚀刻上部磁性层L33。并且，含有来自异丙醇的碳的沉积物会被来自二氧化碳的氧活性基去除。此时，如图15的(c)部分所示，含有反应产物和/或来自异丙醇的碳的沉积物DP1附着于掩模MSK侧面、覆膜侧面以及上部磁性层L33侧面。
接着工序ST3b中，为了去除所述沉积物DP1，而将支承结构体118设定为倾斜状态。即，以第2轴线AX2会相对于轴线PX倾斜的方式来设定支承结构体118的倾斜。该倾斜角度，即第2轴线AX2相对于轴线PX构成的角度可任意地设定，例如为大于0度且60度以下的角度。并且，工序ST3b中，保持部130会以第2轴线AX2为中心旋转。该旋转的转速可任意设定，例如为20rpm。由此，如图18所示，以交叉于等离子体中离子等活性基(图中以圆形表示)的吸引方向(图中以向下之箭头表示)的方式来配置沉积物PD1。即，以活性基朝向掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面来入射的方式来配置晶圆W。并且，工序ST3b中，由于保持部130会旋转，因此活性基朝向掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面的所有区域入射。并且，活性基在晶圆W面内大致均匀地入射。从而，如图15的(d)部分所示，可在掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面的所有区域中去除沉积物DP1，而提高覆膜L4及上部磁性层L33所形成的形状的侧面垂直性。并且，可在晶圆W面内均匀地得到相关垂直性。
另外，工序ST3a及工序ST3b也可以交替地执行多次。由此，可在大量地形成沉积物DP1前，去除该沉积物DP1，且蚀刻上部磁性层L33。
方法MT2中，接着执行工序ST4。方法MT2的工序ST4是与方法MT1的工序ST4相同的工序，如图16的(a)部分所示，在成膜装置内，在晶圆W表面上形成有绝缘膜IL。接着，在沿着掩模MSK上表面的区域以及沿着绝缘层L32上表面的区域中蚀刻绝缘膜IL。该蚀刻可以使用任意的等离子体处理装置。例如，该蚀刻可以使用等离子体处理装置110。该蚀刻结果，如图16的(b)部分所示，沿着掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面残留有绝缘膜IL。
方法MT2中，接着执行工序ST5。工序ST5中，蚀刻MTJ层L3的绝缘层L32。该工序ST5中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件可以与方法MT2的工序ST3中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件相同。
工序ST5与方法MT2的工序ST3相同地含有在处理气体的等离子体的生成中将支承结构体118设定为非倾斜状态的工序ST5a，以及将支承结构体118设定为倾斜状态，且使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转的工序ST5b。该些工序ST5a及工序ST5b也可交替地执行多次。工序ST5a中蚀刻绝缘层L32，但如图16的(c)部分所示，含有反应产物及来自异丙醇的碳的沉积物DP2会附着于掩模MSK侧面、覆膜侧面、上部磁性层L33侧面以及绝缘层L32侧面。接着工序ST5b通过使晶圆W倾斜，且旋转来使等离子体中的活性基效率良好地入射至沉积物DP2，其结果，如图16的(d)部分所示，该沉积物DP2被去除。
方法MT2中，接着执行工序ST6。工序ST6中，蚀刻MTJ层L3的下部磁性层L31。该工序ST6中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件可与方法MT2工序ST3中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件相同。
工序ST6与方法MT2的工序ST3同样地含有在处理气体的等离子体的生成中将支承结构体118设定为非倾斜状态的工序ST6a，以及将支承结构体118设定为倾斜状态，且使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转的工序ST6b。该些工序ST6a及工序ST6b也可交替地执行多次。工序ST6a中蚀刻下部磁性层L31，但如图17的(a)部分所示，含有反应产物和/或来自异丙醇的碳的沉积物DP3会附着于掩模MSK侧面、覆膜侧面、上部磁性层L33侧面以及下部磁性层L31侧面。接着工序ST6b通过使晶圆W倾斜，且旋转来使等离子体中的活性基效率良好地入射至沉积物DP3，其结果，如图17的(b)部分所示，该沉积物DP3被去除。
方法MT2中，接着执行工序ST7。工序ST7中，蚀刻磁性膜L2。该工序ST7中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件可与方法MT2的工序ST3中的等离子体处理装置110的动作及蚀刻条件相同。
工序ST7与方法MT2的工序ST3同样地含有在处理气体的等离子体的生成中将支承结构体118设定为非倾斜状态的工序ST7a，以及将支承结构体18设定为倾斜状态，且使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转的工序ST7b。该些工序ST7a及工序ST7b也可交替地执行多次。工序ST7a中蚀刻磁性膜L2，但如图17的(c)部分所示，含有反应产物和/或来自异丙醇的碳的沉积物DP4会附着于掩模MSK侧面、覆膜侧面、上部磁性层L33侧面、绝缘层L32侧面、下部磁性层L31侧面以及磁性膜L2侧面。接着工序ST7b通过使晶圆W倾斜，且旋转来使等离子体中的活性基效率良好地入射至沉积物DP4，其结果，如图17的(d)部分所示，该沉积物DP4被去除。
[第3实施方式]
图19为表示第3实施方式相关的蚀刻方法的流程图。图19所示的方法MT3中，使用如等离子体处理装置110那样，可形成使晶圆相对于垂直方向来倾斜，且旋转的状态的等离子体处理装置来执行。但是，方法MT3在使用该等离子体处理装置的蚀刻中，不形成水平地支承晶圆的状态，而形成使该晶圆相对垂直方向来倾斜并旋转的状态，在这点上与方法MT2不同。以下，根据使用等离子体处理装置110的例，对方法MT3进行说明。
如图19所示，方法MT3中，首先在工序ST1中，准备图15的(a)部分所示的晶圆W，并收纳至等离子体处理装置110的处理容器12内。然后，将晶圆W水平地载置于保持部130的静电夹具132上。
方法MT3中，接着执行工序ST2。方法MT3的工序ST2中，与方法MT2的工序ST2同样地在处理容器112内生成处理气体的等离子体。一例中，为了蚀刻由Ru所构成的覆膜L4而生成含有H2气体的处理气体的等离子体。该处理气体还可以进一步含有N2等气体的非活性气体。工序ST2中，支承结构体118可设定为非倾斜状态。即，工序ST2中，支承结构体118配置为第2轴线AX2一致于轴线PX。
接着，执行工序ST30。工序ST30为蚀刻磁性层的工序的一实施方式，该工序ST30中，蚀刻MTJ层L3的上部磁性层L33。具体而言，方法MT3的工序ST30中，首先形成将晶圆W水平地载置于保持部130的静电夹具132上的状态。接着，工序ST30中，将含有异丙醇及二氧化碳的处理气体供给至处理容器112内。该处理气体还可以进一步含有Ar气体等稀有气体。工序ST30中，将来自第1气体供给部114a及第2气体供给部114b中的至少一个的处理气体供给至处理容器112内，而排气系统120动作来将处理容器112内的压力，即处理压力设定为规定压力。
接着，工序ST30中，将电压施加至静电夹具132的电极膜，并通过该静电夹具132来保持晶圆W。接着，工序ST30中，使支承结构体118倾斜，而使晶圆W以倾斜状态被保持。支承结构体118的倾斜被设定为第2轴线AX2会相对于轴线PX倾斜。该倾斜角度，即第2轴线AX2相对于轴线PX所构成的角度可任意地设定，例如为大于0度且60度以下的角度。工序ST30中，进一步使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转。该旋转的旋转速度可任意地设定，例如为20rpm。
接着，工序ST30中，将来自高频电源250A及高频电源250B的高频波分别施加至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B。然后，来自第1电源122a的调制直流电压或来自第2电源122b的高频偏压会被供给至支承结构体118。由此，生成处理气体的等离子体。另外，方法MT3的工序ST30中的处理压力、静电夹具温度以及异丙醇的分压等各种条件设定为与方法MT2的工序ST3相同的条件。
该工序ST30中，生成处理气体的等离子体，而使得异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂附着于上部磁性层L33表面，以促进该蚀刻剂与构成上部磁性层L33的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图15的(d)部分所示，在从掩模MSK露出的部分中蚀刻上部磁性层L33。
方法MT3中，接着执行工序ST4。方法MT3的工序ST4是与方法MT2的工序ST4相同的工序，如图16的(a)部分所示，在成膜装置内在晶圆W表面上形成有绝缘膜IL。接着，使用任意等离子体蚀刻装置，在沿着掩模MSK上表面的区域以及沿着绝缘层L32上表面的区域中蚀刻绝缘膜IL。该蚀刻结果，如图16的(b)部分所示，沿着掩模MSK侧面、覆膜L4侧面以及上部磁性层L33侧面残留有绝缘膜IL。
接着，执行工序ST50。工序ST50中，首先在等离子体处理装置110的处理容器12内将图16的(b)部分所示的晶圆W水平地载置于保持部130的静电夹具132上。接着，工序ST50中，将含有异丙醇及二氧化碳的处理气体供给至处理容器112内。该处理气体还可以进一步含有Ar气体等稀有气体。工序ST50中，将来自第1气体供给部114a及第2气体供给部114b中的至少一个的处理气体供给至处理容器112内，而排气系统120动作来将处理容器112内的压力，即处理压力设定为规定压力。
接着，工序ST50中，将电压施加至静电夹具132的电极膜，并通过该静电夹具132来保持晶圆W。接着，工序ST50中，使支承结构体118倾斜，而使晶圆W保持在倾斜状态。支承结构体118的倾斜设定为第2轴线AX2相对于轴线PX来倾斜。该倾斜角度，即第2轴线AX2相对于轴线PX所构成的角度可任意地设定，例如为大于0度且60度以下的角度。工序ST50中，进一步使保持部130以第2轴线AX2为中心旋转。该旋转的旋转速度可任意地设定，例如为20rpm。
接着，工序ST50中，将来自高频电源250A及高频电源250B的高频波分别施加至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B。然后，来自第1电源122a的调制直流电压或来自第2电源122b的高频偏压被供给至支承结构体118。由此，来生成处理气体的等离子体。另外，方法MT3的工序ST50中的处理压力、静电夹具温度以及异丙醇的分压等各种条件设定为与方法MT2的工序ST5相同的条件。
工序ST50中，生成处理气体的等离子体，而使异丙醇和/或其裂解物，即蚀刻剂会附着于绝缘层L32表面，以促进该蚀刻剂与构成绝缘层L32的磁性材料的反应。然后，将反应产物排气。其结果，如图16的(d)部分所示，在从掩模MSK露出的部分中蚀刻绝缘层L32。
方法MT3中，接着执行工序ST60及工序ST70。工序ST60及工序ST70中，使用与工序ST50中的处理气体相同的处理气体，且工序ST60及工序ST70中的处理压力、静电夹具温度以及异丙醇的分压等各种条件设定为与工序ST50相同的条件。从而，工序ST60及工序ST70中，维持工序ST50所形成的晶圆W的倾斜及旋转，并且连续地利用工序ST50所生成的等离子体。然后，工序ST60中，如图17的(b)部分所示，蚀刻MTJ层L3的下部磁性层L31，工序ST70如图17的(d)部分所示，蚀刻磁性膜L2。
另外，即使在各工序ST60及工序ST70中，也可在等离子体处理装置110的处理容器12内，将晶圆水平地载置于保持部130的静电夹具132上，接着，将处理气体供给至处理容器112内，而排气系统120动作来将处理压力设定为规定压力，接着，将电压施加至静电夹具132的电极膜，并通过该静电夹具132来保持晶圆W，接着，使晶圆W倾斜且旋转，之后将来自高频电源250A及高频电源250B的高频波分别供给至内侧天线元件242A及外侧天线元件242B，进一步将来自第1电源122a的调制直流电压或来自第2电源122b的高频偏压供给至支承结构体118。
以上，对各种实施方式进行了说明，但并不限于上述实施方式而可进行各种变形。上述实施方式的方法关于一种具有MTJ层的MRAM元件的制造，但本发明所公开的技术思想可应用于具有由磁性材料所构成的磁性层的任意被处理体。
符号说明
10-等离子体处理装置，12-处理容器，30-上部电极，LE-下部电极，40-气体源组，50-排气装置，110-等离子体处理装置，112-处理容器，114-气体供给系统，114a-第1气体供给部，114b-第2气体供给部，118-支承结构体，132-静电夹具，PD-支承结构体，ESC-静电夹具，Cnt-控制部，W-晶圆，L1-基底层，L2-磁性膜，L3-MTJ层，L31-下部磁性层，L32-绝缘层，L33-上部磁性层，L4-覆膜，MSK-掩模。

Claims (6)

1.一种对磁性层进行蚀刻的方法，包括：
将具有所述磁性层的被处理体载置于在等离子体处理装置的处理容器内设置的静电夹具上的工序；以及
对所述磁性层进行蚀刻的工序，该工序为在所述处理容器内生成包括异丙醇及二氧化碳在内的处理气体的等离子体，并且所述静电夹具的温度设定为－15℃以下的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
在对所述磁性层进行蚀刻的所述工序中，
所述处理容器内的空间压力设定为1.333帕斯卡以下的压力，
所述处理气体中的所述异丙醇的分压设定为在所述静电夹具的温度下的该异丙醇的饱和蒸气压以下的分压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
在对所述磁性层进行蚀刻的所述工序中，所述异丙醇的分压设定为该异丙醇的饱和蒸气压以下且该饱和蒸气压的2％以上的分压。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，
在对所述磁性层进行蚀刻的所述工序中，所述静电夹具的温度设定为－15℃以下且－50℃以上的温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述被处理体具有：基底层；设置于该基底层上的磁性膜；以及设置于该磁性膜上的磁性隧道接合层，该磁性隧道接合层包括下部磁性层、隧道势垒层及上部磁性层，
在对所述磁性层进行蚀刻的所述工序中，所述磁性膜及所述磁性隧道接合层作为所述磁性层被蚀刻。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述等离子体处理装置具备包括所述静电夹具的支承结构体，
所述支承结构体构成为，使所述静电夹具绕该静电夹具的中心轴线旋转，且使该支承结构体以正交于所述中心轴线的倾斜轴线为中心旋转，
对所述磁性层进行蚀刻的所述工序包含以下至少一个工序：
在将所述被处理体相对垂直方向支承为水平的状态下生成所述等离子体的工序；
在使所述被处理体相对垂直方向倾斜且使该被处理体旋转的状态下，生成所述等离子体的工序。
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