JP2002540548A

JP2002540548A - 反応性イオンビームエッチング方法及び当該方法を使用して製造された薄膜ヘッド

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Publication number: JP2002540548A
Application number: JP2000608372A
Authority: JP
Inventors: カート・イー・ウイリアムズ; ボリス・エル・ドラズ; ダニエル・エス・ハインズ; ジョン・エフ・ロンドノ
Original assignee: ビーコ・インストゥルーメンツ・インコーポレーション
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2002-11-26
Also published as: EP1183684B1; WO2000058953A3; EP1183684A2; DE60039293D1; ATE399363T1; US6238582B1; WO2000058953A2; AU4047500A

Abstract

(57)【要約】イオン源内及び基板上の炭素質付着物（例えば、ポリマー）の形成を制御するのにイオン源に含まれるプラズマに酸化剤を使用する反応性イオンビームエッチング方法。炭素質付着物形成種を有するプラズマによってイオン源を動作した後で、イオン源の動作中に、酸化剤（種）を含むプラズマがイオン源内に生成される。好ましくは、イオン源内に、炭素質付着物形成種が存在する時間と酸化剤が存在する時間の間は本質的に継続的にプラズマが維持される。酸化種を有するプラズマを含むイオン源から抽出された反応性イオンビームは、試料基板構造の炭素質（例えば、ポリマー）付着物を形成可能な種を有するイオンビームを使用した以前の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）プロセッシングステップから形成される場合があったように、試料上に形成された炭素質材料付着物（例えば、ポリマー）を除去（即ち、エッチング）するために、試料基板に衝突可能となる。好ましくは、酸化種を含む反応性イオンビームは試料に、イオンビームが衝突する他の材料よりも炭素質付着物（例えば、ポリマー）のエッチングの選択性を高める角度で入射する。薄膜磁気ヘッドは、以前のフッ化炭素ベースＲＩＢＥステップ中に形成されるいかなる炭素質材料（例えば、ポリマー）付着物をも除去するのに酸化種を有するＲＩＢＥを使用するポールトリミングプロセスによって製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の属する技術分野本発明は、一般にイオンビームエッチングに係り、特に炭素質種及び酸化種の
両方を使用した反応性イオンビームエッチング方法と当該反応性イオンビームエ
ッチング方法を使用して製造された薄膜磁気ヘッドに関する。

【０００２】発明の背景イオンビームエッチング（ＩＢＥ）及び反応性イオンビームエッチング（ＲＩ
ＢＥ）技術は過去１５年乃至２０年に亘って研究及び多数のニッチェ（ｎｉｃｈ
ｅ）用途に使用されてきた。過去５年、「イオンミリング」技術はデータ記憶装
置業界において薄膜磁気ヘッド（ＴＦＭＨ）の製造に広く利用されてきた。他の
エッチング技術に対するイオンミリングの重要な長所は、優れたエッチング均一
性とエッチング形状輪郭の制御である。

【０００３】ヘッド（スライダ）形状ファクターの縮小と高感度磁気抵抗読み出し素子の導
入を含む薄膜ヘッド業界の近年の傾向は、高いスループット、再現性（反復可能
性）及び歩留りに結びついた、高い選択性及び／又はエッチング制御を有する異
方性エッチング技術の需要を惹起してきた。近年まで、ＲＩＢＥプロセスの開発
と高いスループットの製造動作は、特に、高濃度の反応ガスを伴う動作時の、標
準的なカウフマン型イオン源の短いフィラメント寿命と信頼性の問題によって阻
害されてきた。これらの問題は、無線周波数誘導結合プラズマ（ＲＦ−ＩＣＰ）
イオン源などのフィラメントのないイオン源によって除去されてきた。

【０００４】最も競争的な代替技術は、半導体業界で広く利用されている反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）である。ＲＩＥでは、基板はプラズマリアクターの内部に載置
され、方向性エッチングが電気的バイアスを基板に印加することによって達成さ
れる。原則として、これは、反応性プラズマを使用して高いエッチング速度と選
択性を与える。被エッチング面が化学種とプラズマ内で反応してシステム外に排
気される揮発性反応生成物を形成すると、ＲＩＥプロセスにとって最適な結果が
得られる。しかし、データ記憶装置材料には余り高い反応性はなく、これらの材
料に対して発見された反応ガスの化学的性質は揮発性反応生成物を簡単に製造し
ない。酸化／金属エッチングの選択性は、典型的に、１０：１のオーダーである
が、幾つかの有益なＲＩＥガスはフォトレジストも攻撃するために、マスクに抵
抗するエッチング選択性の低下をもたらす。また、エッチング異方性も低下する
場合があり、未エッチング残部の作成はエッチングされた粗面と性能問題をもた
らし得る。ＴＦＭＨ材料をエッチングするために、ＩＢＥ又はＲＩＢＥは優れた
エッチング輪郭を与え、ＲＩＢＥの選択性とエッチング速度はＲＩＥと競争可能
となり得る。

【０００５】「イオンミリング」又はＩＢＥの長所は文献に述べられており、イオンビーム
エネルギーと電流密度の独立した制御と、プラズマ及び基板の分離条件を含む。
即ち、基板は、イオンを生成するプラズマの外に配置され、独立したエッチング
プロセスとプラズマ生成プロセスの最適化を可能にする。基板に最適入射角で広
域高密度ビームとしてもたらされる高エネルギー、高方向性のイオンは、高い異
方性エッチング輪郭を生成する。プラズマからのウェハの分離のために、ＩＢＥ
プロセス圧力は、平行板ＲＩＥシステムのそれら以下の典型的に２つのオーダー
の大きさになる。これらの低いプロセス圧力は、最大異方性のためにイオンエネ
ルギーの損失のない輸送を基板まで確保し、エッチングされた材料をウェハへの
再付着を制限する。

【０００６】「純粋な」イオンビームエッチングプロセスは、エッチングイオンの源として
アルゴンなどの不活性ガスを使用し、純粋に物理的なエッチングプロセスとみな
すことができる。この手法の長所は、優先的なエッチングのために残部なしに、
いかなる材料もエッチングすることができるということであり、複数のコンポー
ネント材料をエッチングすることができるということである。反応性プロセスが
何ら関与していないので、ＩＢＥエッチングの反復可能性は十分に制御可能であ
り、性能はウェハ作成等の変数に敏感ではない。それに対応して、化学的エッチ
ング部がないので、ＩＢＥによって得られた選択性とエッチング速度も制限する
ことができる。

【０００７】あるエッチング条件下では、（フェンスとしても知られる）側壁最付着の受け
入れられないレベルがＩＢＥに起こる場合がある。これは、エッチング金属が特
に貴金属及びパーマロイなどの合金である場合に、特に問題となる。同様の問題
は、上述したように、大きな物理的エッチング部を使用する需要があるために、
これらの材料のＲＩＥに観察される。実際、この効果は法線入射（ＲＩＥ構成）
で悪化され、ＩＢＥプロセスでは法線から離れたエッチング角が（例えば、「オ
ーバーエッチ」段階で）側壁から再付着材料を除去するのに使用可能である。本
方法により、製造デバイスが無視できる側壁の付着と高い歩留まりで製造可能と
なることが示されてきた。今のところ、ＩＢＥは、薄膜磁気ヘッド業界において
、パーマロイポールチップをパターン化するのに使用される好ましい方法である
。

【０００８】ＲＩＢＥ方法においては、反応ガスが不活性ガスの代わりに又はこれと共にイ
オン源から供給される。これは物理的なエッチングプロセスを補助するために化
学的エッチング部を与える。ＲＩＢＥは、ＲＩＥ及びＩＢＥの特徴を結合するも
のとみなすことができる。ＲＩＥに比較されると、ＲＩＢＥは、物理に対する化
学的なエッチング特長のより大きな制御を与える。ＩＢＥのように、それは、側
壁輪郭に適応したり、エッチング選択性を調節したりするためにエッチング角を
簡単に調整することができる。

【０００９】上述したように、近年まで、本技術は、殆どのカウフマンイオン源がプラズマ
を生成するのに直流放電を使用するという事実のために、製造環境の有益性が制
限されていた。Ｈ．Ｒ．カウフマン著「ブロードビーム・イオン・ソース：プレ
ゼント・ステイタス・アンド・フューチャー・ディレクションズ」、ジャーナル
・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー・Ａ、第４巻、第３号、第７６
４頁（１９８６年）。広域ビーム直流イオン源は、必要な電子を生成するのに熱
フィラメント又はホローカソードを使用する。熱フィラメント又はホローカソー
ドは、腐食性又は還元性のガス環境において極端に短寿命である。５０％以上の
反応ガスで直流放電源の動作は、不安定性とカソード即時劣化のために短期間で
さえも通常は可能ではない。その結果、報告されたＲＩＢＥのエッチング選択性
も制限されてきた。Ｖ・カナロブ、Ａ・ヘイズ、Ｒ・イエブツクホフ、Ｂ・ビン
ヂンスキー及びＡ・ネイビー著、「サーティ・ファイブ・センチメーター・ダイ
アメター・ラジオ・フリークエンシー・イオンビーム・ソース」、リバイス・サ
イエンス・インストルーメンツ、第６９巻、第８４７頁（１９９８年）に記載さ
れているように、これらの問題はＲＦ誘導結合プラズマ（ＲＦ−ＩＣＰ）イオン
ビーム源には発生しなかった。プラズマ内にフィラメント又はカソードがないの
で、保守動作間の時間は、直流放電イオン源と比較して、不活性ガス動作に対し
てでさえ、大幅に延長された。

【００１０】それにもかかわらず、ＲＩＢＥによってある種の材料をエッチングするのに有
益となり得るＲＦ−ＩＣＰ内の種は、イオン源内に（例えば、例示的にポリマー
構造を有する場合がある炭素質材料の）意図しない付着をもたらす場合がある。
また、かかるＲＦ−ＩＣＰから抽出されたイオンビームは、反応性イオンビーム
によって処理されている基板構造に意図しない付着をもたらす場合がある。イオ
ン源内の意図しない付着は、イオン源を動作する際の安定性と信頼性をなくし、
従って、当該イオン源を使用してプロセスされるデバイスの信頼性をなくす場合
がある（例えば、デバイス特徴及び／又は性能における変動の増加、デバイス歩
留まりの悪化、独立して処理された基板又は基板のバッチに対する反復可能性の
低下など）。プロセスされた構造への故意でない付着は、それ（例えば、側壁の
ポリマー形成）が異方性エッチングを容易にするかもしれないが、プロセスされ
たデバイスの信頼性をなくし、構造を破損（例えば、ピット作成又は意図しない
エッチング）せずにそれを完全に除去することが困難となる場合がある。そこで
、かかる意図しない付着の有害な効果は、（例えば、エッチング速度及び／又は
エッチング選択性に関して）その他の点では様々な材料及びデバイスをプロセス
するのに好ましい、あるＲＩＢＥエッチング種の使用を制限又は阻害し得るため
に、これらの種を使用して実現される（例えば、エッチング速度、エッチング選
択性等の）長所も制限又は阻害する。一例として、その他の点では所望の種の使
用がどの程度制限されるかに関し、かかる有害な効果を回避することは、化学的
に不活性な種よりも低濃度の種を使用することを要する、及び／又は、その他の
点で所望の種の全属性を与えない付加的な化学反応性の種を使用することを要す
る場合がある。

【００１１】従って、ＲＩＢＥプロセス中に、イオン源内及び／又はプロセスされている基
板上への意図しない付着を制御、排除及び／又は除去するための更なる発展と改
良がＲＩＢＥプロセスに求められていることが理解される。また、薄膜磁気ヘッ
ドの製造プロセスの改良が、特に、高いスループット、歩留まり、信頼性及び再
現性と共に、高い選択性及び／又はエッチング制御を有する異方性エッチング技
術を使用したポールチップトリミングプロセスに必要とされている。

【００１２】発明の要約本発明は、イオン源内、及び／又は、第１のプラズマから抽出されたイオンビ
ームによって処理された試料上に炭素質付着物を形成する場合がある化学反応性
の種を有する第１のプラズマを選択的に含み、イオン源内及び／又は第１のプラ
ズマによって処理された試料上に形成される場合のあった炭素質付着物を制御、
緩和又は除去するための酸化種又は剤を有する第２のプラズマを選択的に含むイ
オン源を使用した反応性イオンビームプロセッシング方法を提供することによっ
て上述の目的及びその他の制限を解決している。従って、かかる反応性イオンビ
ームプロセッシング方法は、化学反応性の種を含むイオンビームを使用する薄膜
磁気ヘッド製造方法も提供する。

【００１３】本発明の一側面によれば、イオン源の動作中に、炭素質付着物形成種を有する
プラズマでイオン源を動作した後に、酸化剤（種）を含むプラズマがイオン源内
に生成される。好ましくは、イオン源内で、プラズマは、炭素質付着物形成種が
存在する時間と酸化剤が存在する時間の間は本質的に連続して維持される。例え
ば、炭素質付着物形成種に対する源ガスはイオン源に依然として流れている間に
酸化種に対する源ガスがイオン源に導入され得る。その後、酸化種の源ガスが流
れ続けている間に、炭素質付着物形成種の源ガスは停止され得る。代替的に、炭
素質付着物形成種に対する源ガスフローは、酸化種の源ガスがイオン源内に導入
される前に停止されることができるが、介在時間中のプラズマは維持される。例
えば、炭素質付着物形成種の源ガスフローが停止される前は何時でも、（化学的
に不活性又は反応性の種を形成する）第２の源ガスもイオン源に導入され、イオ
ン源へのそのフローは、酸化種の源ガスがイオン源に導入されるまで（プラズマ
を維持するために）継続される。第２の源ガスフローは、酸化種の源ガスがイオ
ン源に導入された後は何時でも、酸化種の源ガスフローが停止された後でさえ、
停止されることができる。

【００１４】本発明の別の側面によれば、酸化種を有するプラズマを含むイオン源から抽出
された反応性イオンビームは、試料基板構造に炭素質付着物を形成する場合があ
る種を有するイオンビームを使用した以前のＲＩＢＥプロセッシングステップか
ら形成され得るように、試料に形成されたいかなるポリマーをも除去（即ち、エ
ッチング）するために試料基板に衝突されることができる。好ましくは、酸化種
を含む反応性イオンビームは、イオンビームが衝突する他の材料によりもエッチ
ングする炭素質付着物の選択性を高める角度で試料に入射する。即ち、異なる材
料に対してエッチングする酸化イオンビームエッチングの角度依存性における差
異は、所与のプロセスに対する選択性を高めたり、最適化したりするのに使用さ
れる。

【００１５】本発明の更に別の側面によれば、パーマロイよりもＡ_２Ｏ_３を選択的にエッチ
ングするＣＨＦ_３ベースの種を含むイオンビームを好ましくは使用するポールト
リミングプロセス中に形成されるいかなる炭素質付着物をも除去するためにＲＩ
ＢＥを酸化種とを共に使用するポールトリミングプロセスによって薄膜磁気ヘッ
ドが製造される。

【００１６】本発明の更なる側面、特徴及び長所は、本発明が添付図面に関連してなされた
以下の説明に照らして考慮された場合に、理解されて直ちに明らかになるであろ
う。

【００１７】発明の詳細な説明図１は、本発明によるプロセスを実行するのに使用可能な無線周波数誘導結合
プラズマ（ＲＦ−ＩＣＰ）イオン源システム１の概略断面図である。ＲＦ−ＩＣ
Ｐイオン源システム１は、ＲＦ−ＩＣＰイオン源１０、低圧プロセスチャンバー
２０及びロードロックチャンバー３０を含んでいる。プラズマは、プロセスガス
吸入口１２を介してイオン源１０へ注入されたプロセスガス（又はガス混合物）
の誘導結合ＲＦ誘起（ＲＦ源及びコイルは図示せず）を介してイオン源１０内で
生成可能である。光学的に整列したグリッド１４に印加される電位（即ち、ビー
ム電圧）は、イオン源１０内で形成されたプラズマから平行化されたイオンビー
ム１６を抽出する。当業界で既知のように、グリッド１４は様々な方法で実施可
能であり、例えば、プラズマと接触してその電位を制御する（第１の）「スクリ
ーン」（アノード）グリッドと、（図示しない）調節可能な負の高電圧供給源に
よって典型的に駆動される（第２の）「加速器」グリッドと、典型的に接地され
た（第３の）「減速器」とを有する。プロセスチャンバー２０内に配置されたニ
ュートラライザー１８は、光学的に整列したグリッド１４の付近に配置され、平
行イオンビーム１６に関連付けられた正味の中性電荷フラックスを与えるために
電子フラックスを平行イオンビーム１６に発する。本発明により使用可能な例示
的なＲＦ−ＩＣＰイオン源は、Ｖ・カナロブ、Ａ・ヘイズ、Ｒ・イエブツクホフ
、Ｂ・ビンヂンスキー及びＡ・ネイビー著、「サーティ・ファイブ・センチメー
ター・ダイアメター・ラジオ・フリークエンシー・イオンビーム・ソース」、リ
バイス・サイエンス・インストルーメンツ、第６９巻、８４７頁（１９９８年）
に記載されている。

【００１８】プロセスチャンバー２０は、基板表面への法線に対する平行イオンビーム１６
の入射角がプロセス中にインサイチューで（即ち、プロセス中に真空を破壊せず
に）調節可能なように、回転可能に載置された基板ホルダ２２を含む。基板ホル
ダ２２は、単一の基板を保持及び回転するように、又は、２以上の基板を、例え
ば、遊星運動で保持及び移動するように実施可能である。また、基板ホルダ２２
は、温度制御装置と協同して載置された基板の制御された加熱又は冷却も提供す
る。平行イオンビーム１６が基板ホルダ２２及びそれに載置されたいかなる基板
にも衝突することを防止するために、回転可能に載置されたシャッター２６を平
行イオンビーム１６と基板ホルダ２２との間に選択的に配置してもよい。好まし
くは、プロセスチャンバー２０は、ＩＢＥ又はＲＩＢＥプロセッシングの前、最
中及び後の様々な所望の時に、（例えば、非プラズマ、非ＩＢＥプロセッシング
の効果をあげるために、又は、ＩＢＥプロセッシングを強めるために）、直接に
プロセスチャンバー２０へのプロセスガスの選択的導入を可能にする下流プロセ
スガス供給口２４も含んでいる。

【００１９】ロードロックチャンバー３０は、ロードロックゲートバルブ３４によってプロ
セスチャンバー２０から隔離され、多数の基板を取り扱うためのカセットローデ
ィング機構３２を有している。また、プロセス及びロードロックチャンバー間の
ゲートバルブ３４隔離に結びついて、（図示しない）真空ポンプシステムがプロ
セスチャンバー２０内で基板を同時処理しながらロードロックチャンバー３０内
にウェハをロード及びアンロードすることを可能にすることが理解される。更に
、（図示しない）ウェハ処理移動機構は、プロセスチャンバー２０とロードロッ
クチャンバー３０間でウェハを移動することを可能にする。

【００２０】図１に示す例示的なＲＦ−ＩＣＰイオン源システムは、２以上の別個のイオン
源によって基板の同時発生的なイオン衝撃を与えるために、付加的なイオン源（
例えば、ＲＦ−ＩＣＰ及び／又はカウフマン）を含むように変形可能であること
も理解される。各々のかかる付加的な源は、基板表面の所与の固定姿勢に対して
調整可能な入射角を提供するポート／フィードスルーに（例えば、ベローを使用
して）載置可能である。

【００２１】多数のイオンビームエッチングプロセスにおいて、図１に示すようなイオン源
では、イオン源内に形成されたプラズマは、イオン源内（例えば、グリッド上及
び／又は内壁上）に炭素質付着形成をもたらす一以上の種（例えば、ニュートラ
ル、ラジカル、イオン）を含む場合がある。また、プラズマから抽出されて基板
に入射する種は、エッチングされている基板の一部（例えば、側壁）に炭素質付
着形成ももたらす場合がある。イオン源内の炭素質材料付着は、イオン源を動作
する際の信頼性なくし、従って、当該イオン源を使用してプロセスされたデバイ
スの信頼性をなくす。プロセスされた構造上の炭素質付着物形成は、それが異方
性エッチングを容易にするかもしれないが、プロセスされたデバイスの信頼性も
なくし、構造に破損（ピット作成又は意図しないエッチング）せずにそれを完全
に除去することは困難となる。そこで、かかる炭素質形成の有害な効果は、（例
えば、エッチング速度又はエッチング選択性に関して）その他の点では望ましい
、あるＲＩＢＥエッチング種の使用を制限したり（例えば、濃度を制限したり、
反応性種のみとして使用したり）、阻害したりする。

【００２２】本発明によれば、図１に示すように、イオン源の動作中に、炭素質付着物形成
種を有するプラズマによりイオン源を動作した後に、プラズマ形成酸化剤（種）
がイオン源内で生成される。好ましい実施の形態において、プラズマは、イオン
源内で、炭素質付着物形成種が存在する時間及び酸化剤が存在する時間の間は継
続して維持される。即ち、（異なる種が存在するかもしれないが、）プラズマを
有する全ての種によって熱力学的平衡に到達される限りにおいてプラズマ状態の
中断は本質的にない。例えば、酸化種のための源ガスは、炭素質付着物形成種に
対する源ガスがイオン源に未だに流れている間に、イオン源に導入可能である。
その後、炭素質付着物形成種の源ガスは、酸化種の源ガスが流れ続けている間に
停止され得る。代替的に、炭素質付着物形成種に対する源ガスのフローは、酸化
種の源ガスがイオン源に導入される前に停止され得るが、プラズマはその介在時
間中も維持される。例えば、炭素質付着物形成種の源ガスフローが停止される前
は何時でも、（化学的に不活性又は反応性の種を生成する）第２の源ガスもイオ
ン源に導入されてもよく、イオン源へのそのフローは（プラズマを維持するため
に）、酸化種の源ガスイオン源に導入されるまで、継続される。第２の源ガスフ
ローは、酸化種の源ガスがイオン源に導入された後は何時でも、酸化種の源ガス
フローが停止された後でさえ、停止され得る。

【００２３】本発明の別の実施形態によれば、酸化種を含むイオン源から抽出された反応性
イオンビームは、（例えば、以前のＲＩＢＥプロセスから形成された）試料に形
成された炭素質付着物を除去（即ち、エッチング）するために、試料基板に衝突
され得る。好ましい実施の形態においては、酸化種を含む反応性イオンビームは
、イオンビームが衝突する他の材料よりも炭素質付着物のエッチング選択性を高
める角度で試料に入射される。即ち、異なる材料に対する酸化イオンビームエッ
チングの角度依存性における差異は、所与のプロセスに対して選択性を高める又
は最適化するのに使用される。

【００２４】様々なデバイス製造プロセスを実行する目的と共に実施され得る、これらの実
施形態の各々において、酸化種を含むプラズマを有するイオン源の全動作時間は
、イオン源が、（即ち、最後の洗浄以来）炭素質付着物を生成する前駆体ガスと
共に起動された全時間の典型的に約１．５乃至約２．５倍になり得る。より具体
的には、この全洗浄時間は、炭素質付着物形成プラズマを所与のイオン源に導入
する介在ステップなしに、所与のイオン源で実行される連続洗浄ステップ（即ち
、基板及び／又はイオン源）の時間の合計である。しかし、この時間範囲は、酸
化前駆体ガスを使用することの有害な付随効果（例えば、圧力ゲージ、ポンプ、
プラズマブリッジニュートライザー等のシステム保守）を最小化又は減少しなが
らも十分な炭素付着物洗浄を与えることによって、信頼性及び再現性のあるプロ
セスを開発するための（ＴＦＭＨプロセスを開発する際に行われた様々な実験に
基づいた）単なる指針である。より長い又は短い時間は、その様々なプロセッシ
ングパラメータ（例えば、ビーム電圧及び電流、加速器電圧、前駆体ガス、基板
温度、プロセスチャンバーガス等）と共に所与の製造プロセス全体に依存して、
好ましい場合がある。

【００２５】また、これらの実施の形態において、Ｏ_２に対するＡｒの比は典型的に約２：
１乃至約１：４の範囲にある。この範囲は、その薄片化と断片及びマクロ粒子の
形成をもたらしながら、純粋な酸素プラズマがイオン源内の炭素質付着物の不均
一な除去をもたらすことを示す実験的観察に基づいた例示的指針である。他方、
低酸素率で効果的洗浄を達成することは、典型的な製造プロセスにあまり適して
いない長時間を必要とした。しかし、Ｏ_２に対するＡｒの前駆体ガス混合物フロ
ー速度をこの推薦された範囲内に維持すると、上述の断片及びマクロ粒子の形成
を完全に防止しながら、製造プロセスに十分適した時間内で、有効な層から層の
沈殿物除去を示した。

【００２６】イオン源内及び基板上から炭素質付着物を除去する当該方法は、図２（ａ）乃
至２（ｋ）を参照して説明される、以下の例示的な部分的なポールトリミングプ
ロセスなど、多数のプロセスで有利に実行可能である。本プロセス及びここで使
用される材料は、本発明が適用可能なプロセス及び材料の単なる例示であること
が理解される。

【００２７】より特定的に、図２（ａ）は、磁気ヘッドデバイスを形成するためにプロセス
されている多層構造のポール部を介した縦断面を示す。下部パーマロイ（即ち、
Ｎｉ：Ｆｅ）ポール層５８は、パーマロイシード層５４の下にあるアルミナ（即
ち、Ａｌ_２Ｏ_３）ギャップ層５６の下にある。所望のトラック幅で定義されたパ
ターン化された上部ポール層５２は、パーマロイシード層５４の選択部の上にあ
る。本実施形態においては、パターン化された上部ポールは、パターン化された
選択的な電気メッキ（例えば、フォトレジストフレームメッキ）によってシード
層に形成される。代替的に、例えば、パターン化された上部ポール層は、直接に
アルミナギャップ層へのパーマロイのブランケット真空付着（例えば、スパッタ
リング）と、その後の、上部ポールを形成するのにパターン化されたフォトレジ
スト層をマスクとして使用するＩＢＥと、その後の、フォトレジストの除去（例
えば、湿的化学溶解、プラズマアッシング又はＲＩＢＥ）によって形成されても
よい。上部ポール層を定義するための更に別の代替例は、真空付着されたパーマ
ロイのリフトオフによるものである。下部パーマロイポール層、アルミナギャッ
プ層、パーマロイシード層及びパターン化された上部ポール層の例示的な公称厚
さは、それぞれ、３μｍ、０．２５μｍ、０．０５μｍ及び３μｍである。ポー
ルトリミング処理の目的は、パターン化された上部ポール層材料の除去量を最小
にしながら、ギャップ材料を介して異方性エッチングすることである。

【００２８】基板ホルダ２２上で載置されて回転する図２（ａ）の構造により、イオン源か
ら抽出されたアルゴン（Ａｒ）イオンビームは、ＩＢＥによりシード層５４を除
去するために、低入射角（例えば、０度又はより一般には約０度乃至約４５度の
範囲内）で構造に衝突される（図２（ｂ））。一例として、Ａｒイオンビームエ
ネルギー及び電流密度は、それぞれ、５００乃至１０００ｅＶ及び０．５乃至１
．５ｍＡ／ｃｍ^２の範囲内になり得る。

【００２９】シード層５４の除去に続いて、ＣＨＦ_３／ＡｒＲＩＢＥが、側壁からの再付
着を除去しながらも、ギャップ層５６を異方性エッチングするために行われる。
より特定的には、好ましくは約１２５ｎｍ（即ち、全厚さの約１／２）のアルミ
ナギャップ層５６をエッチングするために、まず、ＣＨＦ_３／Ａｒイオンビーム
が低角度（例えば、０度乃至２０度又はより一般には約０度乃至約４５度の範囲
内）で基板に指向される（図２（ｃ））。その後、基板は、ＣＨＦ_３／Ａｒイオ
ンビームから遮断され、高入射角（例えば、６０度乃至９０度）に回転され、高
入射角（例えば、６０度乃至９０度）でＣＨＦ_３／Ａｒイオンビームに晒され、
以前の低角度ＣＨＦ_３／Ａｒエッチングステップ中に側壁構造に再付着されたエ
ッチングデブリを除去する（図２（ｄ））。再付着除去に続いて、基板はイオン
ビームから遮断され、低入射角で再度回転され、低角度でＣＨＦ_３／Ａｒイオン
ビームに晒され、ギャップ層５６の残りの厚さをエッチングする（図２（ｅ））
。その後、基板は、ＣＨＦ_３／Ａｒイオンビームから再度遮断され、高入射角に
回転され、高入射角でＣＨＦ_３／Ａｒイオンビームに晒され、以前のステップ中
で生成された側壁のいかなる再付着をも除去する（図２（ｆ））。一例として、
これらのステップの各々に対して、３：１ＣＨＦ_３：Ａｒ体積比がイオン源に
流れ、イオンビームは７００ｅＶのビームエネルギーと１．１ｍＡ／ｃｍ^２の電
流密度を有する。

【００３０】本発明に実施の形態によれば、ギャップ層５６を実質的にエッチングした後で
、基板上の（いかなる炭素質付着形成をも含む）側壁再付着を洗浄するために、
酸化種を有するＲＩＢＥが行われる。特に、ギャップ層５６エッチングを終了す
ると、基板がＣＨＦ_３／Ａｒイオンビームから遮断され、イオン源へのＣＨＦ_３ガスフローがイオン源に含まれるプラズマ中に酸化種を生み出すガスに置換され
る。本実施形態においては、酸素（Ｏ_２）が酸化種用の源ガスとして使用される
。ＣＨＦ_３／Ａｒ源ガス混合物からプラズマを供給するＯ_２／Ａｒベースの源ガ
ス混合物へ変換する際に、Ａｒガスはプラズマ状態が維持されるイオン源に流れ
続ける。Ｏ_２／Ａｒベースのプラズマをイオン源内に設定すると、Ｏ_２／Ａｒ反
応性（即ち、酸化）イオンビームがイオン源から抽出され、図２（ｇ）に示すよ
うに高角度で基板に衝突され、側壁構造からの再付着を防止する。以前のＡｒ／
ＣＨＦ_３ＲＩＢＥステップの後に、このＯ_２／ＡｒＲＩＢＥも（下部ポール５
２の下にはない）下部ポール５８上に残るアルミナのいかなる意図又は意図しな
い（例えば、再付着）薄い連続又は非連続層をも除去することが理解され得る。
一例として、このステップのために、１：１Ｏ_２：Ａｒの体積比がイオン源に
流れ、イオンビームはビームエネルギー７００ｅＶと電流密度１．１ｍＡ／ｃｍ ^２を有する。

【００３１】基板のＯ_２／ＡｒＲＩＢＥを終了時に、シャッターがイオン源と基板との間
に配置され、及び／又は、加速器グリッド１４に印加される電位が調節され（例
えば、接地され）、イオン源からイオンビーム抽出を排除する。しかし、Ｏ_２／
Ａｒベースのプラズマは、本発明の更なる実施形態により、イオン源に存在し得
る残りの炭素質付着物を除去する期間中はイオン源内で維持される。

【００３２】部分的なポールトリミングプロセスを終了するために、ＡｒＩＢＥが下部ポ
ール５８の一部を除去するのに使用される。好ましくは、除去される合計厚さが
ギャップ層５６の厚さの３倍に略等しくされ、（１）除去されるべき所望の合計
厚さの約１／３をエッチングするために、低角度（例えば、約０度乃至約４５度
、但し、約０度乃至約３０度の範囲が好ましいかもしれない）での基板のＡｒ
ＩＢＥ（図２（ｈ））及び（２）側壁構造からいかなる再付着をも除去するため
に、高角度（例えば、６０度乃至９０度、より好ましくは、約６０度乃至約８０
度）での基板のＡｒＩＢＥ（図２（ｉ））という２つのステップを３回繰り返
すことによって合計厚さは除去される。これらの２つのステップを反復実行する
際に、入射角が変化する時のステップ間で、好ましくは基板はイオンビームから
遮断される。所望の合計厚さをエッチングすると、シャッターはイオンビームと
基板との間に配置され、イオン源は遮断される。図２（ｊ）は、部分的なポール
トリミングプロセスを終了した後のＴＦＭＨポール構造の概略断面図を示す。

【００３３】以上の例示的なプロセスは、ＲＦ−ＩＣＰイオン源のプラズマ内及びイオン源
から抽出された反応性イオンビーム内で酸化種を使用することの炭素質付着物除
去属性のみならず、異なる材料（例えば、パーマロイ、アルミナ、及び、炭素質
ポリマー構造等の炭素質材料）に対する酸化種を含むイオンビームの角度的なエ
ッチング選択性依存性を有利に実行することを理解することができる。また、（
イオン源及び／又は基板から）炭素質付着物（例えば、ポリマー）除去属性は、
別個のエッチング属性（例えば、ある材料に対する選択性及びエッチング速度）
を有しえるが、他の点では、例えば、基板上及び／又はイオン源内に炭素質付着
物（例えば、ポリマー）が形成されるために商業的プロセスにとって実用的では
ないプラズマ種（例えば、得られたＣＨＦ_３）及び反応性イオンビームを使用す
ることを可能にすることが理解される。

【００３４】不活性Ａｒイオンビームを用いた多数角度エッチングと同様に、ＣＨＦ_３及び
Ｏ_２によって得られたイオンビームを用いた多数角度エッチングを使用して、以
上の部分的なポールトリミングプロセスを開発及び実行する際に、パーマロイ、
酸化アルミニウム、及び、フォトレジストのＲＩＢＥ及び不活性イオンビームエ
ッチングが調査された。これまで述べた実施の形態による部分的なポールトリミ
ングプロセスを開発及び実行する際に得られた試験結果の以下の実施例を、本発
明を限定するものとして解釈されてはならず、本発明の特質及び特徴を示す一例
としてのみ提供する。

【００３５】

【実施例】実施例１反応性及び非反応性イオンビームに対する酸化アルミニウム、パーマロイ及び
フォトレジストのエッチング速度の角度依存性がプロセッシング条件の範囲下で
測定された。後述の結果は、プロセスチャンバー圧力３．５ｘ１０^−４Ｔｏｒｒ
、ビーム電圧７００ｅＶ、ビーム電流密度１．１ｍＡ／ｃｍ^２、２６ｓｃｃｍ未
満の合計フロー速度を有する３：１ＣＨＦ_３：Ａｒ体積フロー比、及び、２８
ｓｃｃｍ未満の合計フロー速度を有する１：１Ｏ_２：Ａｒ体積フロー比という
公称条件に対して測定された。

【００３６】反応性及び非反応性イオンビームに対する酸化アルミニウム、パーマロイ及び
フォトレジストのエッチング速度の測定された角度依存性を図３乃至５に示し、
以下の表に、ＣＨＦ_３／Ａｒガス源混合物を使用したこれらの材料のＲＩＢＥエ
ッチングに対する結果をまとめる。

【表１】

【００３７】図３に見られるように、酸化アルミニウムエッチング速度は、不活性ＡｒＩ
ＢＥのみを使用した場合に比較して、ＣＨＦ_３／Ａｒの化学的性質を使用した場
合には２乃至３のファクターだけ増加する。他方、パーマロイに対する速度は鋭
い減少を示し、これはエッチングプロセス中に基板への炭素質（例えば、ポリマ
ー）付着物の形成に起因すると考えられる（図４）。図５は、フォトレジストに
対するエッチング速度も同様に、不活性ＡｒＩＢＥプロセスと比較すると、Ｃ
ＨＦ_３／ＡｒＲＩＢＥプロセスと共に減少する旨を示している。不活性ＡｒＩ
ＢＥプロセスを使用することに比較して、ＣＨＦ_３／Ａｒベースの反応性イオン
ビームに対するこれらの結果は、パーマロイに対するアルミナのエッチング選択
性の増加を表すのみならず、フォトレジストに対するアルミナのエッチング選択
性の増加をも表し、予期されなかった結果である。図６は、以下の表によって要
約されるように、ＣＨＦ_３／ＡｒベースのＲＩＢＥに対する、パーマロイに対す
るアルミナとフォトレジストに対するアルミナの選択性の計算された角度依存性
を示す。

【表２】

【００３８】理解されるように、法線入射付近及び入射角の余角の角度は優れた選択性を与
える。注目すべきことは、純粋なＡｒＩＢＥに対する約０．４：１に比較して
、法線入射ではＣＨＦ_３／Ａｒ化学的性質に対する酸化アルミニウム−パーマロ
イ選択性は２０：１以上であり、これは４倍以上のエッチング選択性強化に相当
する。

【００３９】図３及び５に示すＯ_２／ＡｒＲＩＢＥエッチングデータは、ポリマー材料は
、１０：１のオーダーで（アルミナに対する）選択性でエッチング可能であると
いうことを示しており、化学的に不活性なＡｒＩＢＥを使用することに比較し
て、相当の強化であり、炭素質付着物（例えば、ポリマー）洗浄に対する重要な
特徴である。

【００４０】実施例２これらの結果から得られた情報が、図２（ａ）乃至２（ｊ）においてこれまで
述べてきた実施形態による多数角度ＲＩＢＥＴＦＭＨ製造プロセスを開発及び
実行するのに使用された。ＴｉＣ及びアルミナ基板に形成された初期構造は４０
０ｎｍアルミナギャップ層、１００ｎｍパーマロイシード層、及び、選択的な電
気メッキにより所望のトラック幅でパターン化された、上にあるパーマロイ上部
ポール層を有する。下表は、ギャップ層及び部分的なポールトリミングプロセス
の各ステップにおいて使用された典型的なプロセッシングパラメータと同様に、
使用されるプロセッシングステップのシーケンスをまとめたものである。

【表３】

【００４１】各ＩＢＥ又はＲＩＢＥステップに対して、公称ビーム電圧は約７００Ｖ、公称
ビーム電流は約１１００ｍＡ／ｃｍ^２、グリッド加速器電圧は約−４００Ｖ、Ｋ
ファクターは約０．６であった。イオン源洗浄中は、グリッドは接地されていた
。プロセッシングチャンバーにおいて、約１０^−７Ｔｏｒｒのベース圧力が設定
され、プロセス圧力が、一般に、例えば、プロセスガス混合物成分、フロー速度
、エッチングプロセスの生成物に依存して、ステップによって変化された。プラ
ズマをプロセスステップに依存して変化するのに必要なＲＦパワーは、典型的に
約８００乃至１０００ワットの範囲内にあった。

【００４２】この部分的なポールトリミングプロセスにおいて、一の低角度及び一の高角度
Ａｒ／ＣＨＦ_３ＲＩＢＥのみがアルミナギャップ層のエッチング時に使用され
、低角度ＡｒＩＢＥ及び高角度ＡｒＩＢＥの４回の繰り返しが下部ポールを約
１μｍの深さまで部分的にエッチングするのに使用された。エッチングプロセス
の特徴付けで得られた上述の結果に一致して、アルミナギャップエッチング中、
上部パーマロイポールに対する２０：１以上の選択性が観察された。走査型電子
顕微鏡は略垂直な側壁を示し、（酸化種を有するイオンビームによりプロセスさ
れていない試料上で観察された）側壁フェンス又は再付着は示さず、プロセス中
で形成された炭素質付着（例えば、ポリマー）を除去する際の高選択性のＯ_２ベ
ースのＲＩＢＥプロセスの効能を確認した。下部パーマロイポールをエッチング
するのに使用された多数角度ＡｒＩＢＥは略垂直な側壁と実質的に再付着なし
も達成し、プロセッシングパラメータは高エッチング速度（即ち、約９０ｎｍ／
分）を生み出した。本プロセスは、製品品質の空間均一性（即ち、エッチング速
度）及び（例えば、同一の公称ＲＩＢＥプロセッシングパラメータで独立した実
施に対する測定されたエッチング速度に関しての）再現性を示した。

【００４３】実施例３実施例２のそれと同様に、ＴＦＭＨギャップ層及び部分的なポールトリミング
に対するウェハは、イオンビームシステムに移転され、クランプされ、例えば、
裏側ガスを使用して、冷却された。それは、当初、物理的シャッターによってプ
ラズマ及びイオンから保護された。アルゴンプラズマが最初に生成され、アルゴ
ンフロー約１８ｓｃｃｍ、ＲＦパワー入力約８００ワット、第１のグリッドに７
００ボルト、第２のグリッドに−４００Ｖという条件下でシード層を除去するた
めに、ビームがステージ傾斜角度−１０度（ここで、０°＝基板に垂直なイオン
ビームで基板は垂直で負の角度は基板が地面に対して傾斜した場合に得られる）
で約２分間抽出された。アルミナギャップ層（例えば、３００ｎｍアルミナ）を
除去するために、アルゴンとＣＨＦ_３の混合物がイオン源に導入され、パーマロ
イのエッチング速度を減少させながらアルミナのエッチング速度を増加した。Ｃ
ＨＦ_３対アルゴンガス混合物は１：３に設定され、動作条件は、アルゴンフロー
約７ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３フロー約２１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー入力約１０００ワッ
ト、第１のグリッドに７００ボルト、第２のグリッドに−４００ボルトであった
。プラズマを源内に与えてプラズマからイオンビームを生成した後で、現実の基
板処理は０°で約３分間、−７０°で約１分間続いた。このプロセスが一旦終了
すると、第１のグリッドに形成された沈殿物を除去するために洗浄処理が開始さ
れた。シャッターが閉口されてウェハがローディング位置に持ってこられた後で
、ガス混合物は源内の沈殿物をイオン抽出なしに除去するためにアルゴン及び酸
素に変化された。パラメータは、グリッド電圧０、アルゴンフロー約１３ｓｃｃ
ｍ、酸素フロー１３ｓｃｃｍ、ＲＦパワー入力約１０００ワットで８分間であっ
た。行われた最終ステップは、約０．５ミクロンの底部ポール材料を除去し、多
数の基板傾斜角度（全エッチング時間の約５０乃至６６％に対して０°及び全エ
ッチング時間の約３３−５０％に対して−７０°）でアルゴン１８ｓｃｃｍを使
用し、第１のグリッドに７００ボルト、第２のグリッドに−４００ボルトとして
、実行された一連のアルゴンエッチングであった。このステップは約１５乃至２
０分続いた。

【００４４】本プロセスの使用は、約２０：１（アルミナ：パーマロイ）のエッチング選択
性と、約１００ｎｍ／分の平均アルミナ反応性イオンビームエッチング速度と、
３．０％未満の８．５”対角以上のエッチング速度空間不均一性を生み出した。
２００以上の独立した実施の中で不均一性と速度再現性は各々３．５％未満であ
った。より特定的には、関係パラメータ（例えば、エッチング速度、エッチング
された合計厚さ）に対して、不均一性と再現性は、Ｈを最高値でＬを最低値とす
ると、各々（Ｈ−Ｌ）／（Ｈ＋Ｌ）を表す。

【００４５】実施例４本実施例は、洗浄処理以外は前例と同様であるので、重複を避けるために洗浄
処理のみを詳細に説明する。アルミナギャップ除去の終了後に、ウェハは−７０
度固定角度に移動され、ガス混合物は源内の第１及び第２のグリッド上の沈殿物
を除去するためにアルゴン及び酸素に変更された。パラメータは、アルゴンフロ
ー約１３ｓｃｃｍ、酸素フロー約１３ｓｃｃｍ、ＲＦパワー入力約８００ワット
、第１のグリッドに７００ボルト、第２のグリッドに−４００ボルトで約２分間
であった。その後、シャッターが閉口され、第１及び第２のグリッド並びに源壁
へ（即ち、使用されたＲＩＢＥシステムにおける石英ボールの内部）電圧はゼロ
にされた。残りのプロセスパラメータは、アルゴンフロー約１３ｓｃｃｍ、酸素
フロー約１３ｓｃｃｍ、及び、ＲＦパワー入力約１０００ワットで約８分間であ
った。

【００４６】本プロセスは、約２０：１（アルミナ：パーマロイ）の選択性と、アルミナ反
応性イオンビームエッチング速度約１００ｎｍ／分と、３．０％未満の８．５”
対角以上の空間不均一性と、２５０回以上の実施に対して各々３．５％未満の空
間不均一性及びエッチング速度再現性とを生み出した空間不均一性をもたらした
。

【００４７】上述したように、上述の実施の形態及び実施例は、本発明の単なる例示であっ
てそれを限定するものではない。例えば、本発明によれば、他の源（前駆体）ガ
ス混合物が有利なエッチング性質を有する（が炭素質（例えば、ポリマー）付着
物を生成し得る）種を与えるのに使用可能であり、他の前駆体ガス（例えば、Ｎ _２Ｏ、ＮＯ_２及びＯ_３）がイオン源内から及び試料から炭素質付着物を除去する
ための酸化種を与えるのに使用可能であり、他の材料（例えば、絶縁体、導体及
び半導体を含む磁性及び非磁性材料）が、他の点では使用可能な源ガスとして排
除されるかもしれない炭素含有源ガスを有利に使用するデバイス製造プロセスを
与えるためにかかるＲＩＢＥイオンビームによって（例えば、プラズマ及び／又
はイオンビーム内で炭素質付着物形成種又は酸化種を生み出す前駆体ガスに基づ
いて）プロセス可能であることが理解される。

【００４８】一例として、有益なエッチング特徴を生み出すが炭素質付着物をもたらし得る
他の前駆体ガスは、他のハロゲン化炭化水素又は炭化水素と同様に、ＣＦ_４、Ｃ _２Ｆ_６、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_３Ｆ_８等の他のフッ化炭素前駆体ガスを含む
。（ここで使用されているように、フッ化炭素は炭素及びフッ素のみを含むガス
に限定されず、他の要素（例えば、水素）も同様に含んでもよいことにガス留意
すべきである。ここで使用されるように、同様のことが、必要に応じて変更を加
えて、ハロゲン化炭化水素及び炭化水素の用語の使用にも適用される。従って、
例えば、ＣＨＦ_３は、より特定的には、フッ化炭化水素と同様に、フッ化炭素、
ハロゲン化炭化水素及び炭化水素である。）かかる前駆体ガスは、化学反応性種
を生成する単一の前駆体ガスとして（例えば、不活性前駆体ガスと結合されて）
個々に使用可能であるか、若しくは、相互に結合されて、及び／又は、それら及
び／又は基板と反応し得る他のガスと結合されて使用可能である。例えば、ＣＦ _４及びＣＨＦ_３（及びＡｒ）の混合物は本発明を実施するのに使用可能である。
また、当業者に理解されるように、例えば、フッ化炭素及び炭素を含まない水素
含有（例えば、Ｈ_２、ＮＨ_３）前駆体ガス混合物（例えば、ＣＦ_４及びＨ_２の混
合物）又は炭化水素及び炭素を含まないフッ素含有（例えば、Ｆ_２、ＨＦ）前駆
体ガス混合物（例えば、ＣＦ_４及びＦ_２の混合物）も使用可能であり、かかる混
合物も化学反応前駆体ガスのみのようにＣＨＦ_３を使用して得られるもののよう
に、与えられるように化学反応種を生成することができる。

【００４９】一例として、本発明によりプロセスされるデバイスに実施可能で、特に、かか
るフッ化炭素ベースのイオンビーム（例えば、アルミナに対するエッチング速度
に対して）に対して低い又は無視可能なエッチング速度も示す例示的な磁性材料
は、ＮｉＦｅ（８１：１９、即ち、パーマロイ）、ＮｉＦｅ（５０：５０）、Ｆ
ｅＮ、ＦｅＺｎ、ＦｅＴａＮ及びＣＺＴ（即ち、ＣｏＺｒＴｉＯ_３、コバルトジ
ルコニウムチタネート）を含む。また、磁性材料から形成されるデバイス素子（
例えば、ポール）は構成上同質の単一層である必要はなく、これらの材料又はこ
れらの材料の一以上に結合された合成材料を一以上の層内に含む多数ポールが実
現可能である。本発明によりプロセスされた装置において実施可能で、特に、デ
バイスマクロファブリケーションに十分適したＣＨＦ_３ベースのＲＩＢＥエッチ
ング特徴（例えば、磁性材料に対する選択性及びエッチング速度）も示した例示
的な代替的絶縁層は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＬｉＮＯ_３、及び、強誘
電体（例えば、バリウムストロンチウムチタネート、ＢＳＴ（Ｂａ_ｘＳｒ_ｌ−ｘＴｉＯ_３）、鉛ジルコニウムチタネート、ＰＺＴ（ＰＢ_ｘＺｒ_ｌ−ｘＴｉＯ_３）
、鉛ランタンジルコニウムチタネート、ＰＬＺＴ等）を含む。

【００５０】実際、かかる他の絶縁材料のＲＩＢＥを研究する際に、様々なフッ化炭素前駆
体ガス（混合物を含む）に基づいたＲＩＢＥは、様々なポリマー、フォトレジス
ト、ポリイミド、及び、炭素同素体（例えば、ダイアモンド状のアモルファス／
ガラス質）と同様に、殆どの金属（即ち、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ
、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ及びその他の溶解しにくい金属等の磁性体及び非磁性体）、幾
つかの半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、結晶Ｓｉ、アモルフ
ァスＳｉ）に対して優れた選択性を与える。例えば、３０：１の選択性は、５０
０ｅＶ、垂直入射で０．８５ｍＡ／ｃｍ^２ＣＨＦ_３ベースのＲＩＢＥで処理さ
れた構造内のアモルファスＳｉに対して、ＳｉＯ_２に対して示された。明らかに
、本システムのかかる選択性は、例えば、自己整列マイクロエレクトロニックデ
バイス（例えば、薄膜トランジスタ）を製造するのに有益である。

【００５１】同様に、上述のエッチング特徴（例えば、選択性、エッチング輪郭）は単に例
示的であり、所与の材料及び／又は構造に対するエッチング特徴は、源ガス混合
物組成、源ガスフロー速度、ビームエネルギー、ビーム電流及び入射角などの多
くのパラメータに依存可能であることが理解される。一例として、上述されたの
と本質的に同一のエッチング条件であるが３００ｅＶビームエネルギーと０．５
ｍＡ／ｃｍ^２ビーム電流密度を使用した条件の下で、ＣＨＦ_３／Ａｒエッチング
がＮｉＦｅに対するＡｌ_２Ｏ_３エッチングの無限大の選択性を与える（即ち、Ａ
ｌ_２Ｏ_３層のエッチング中にエッチングされたＮｉＦｅは認められなかった）こ
とが観察された。かかる結果は、ＮｉＦｅの物理的なエッチング（即ち、スパッ
タリング）の速度を減少するのに低ビームエネルギーを使用し、それが低ビーム
エネルギーでさえＡｌ_２Ｏ_３を（例えば、化学的及び／又は物理的に）エッチン
グするＣＨＦ_３／Ａｒイオンビームによっては化学的にエッチングされなかった
一例である。本実施例においては、Ａｌ_２Ｏ_３エッチング速度は減少し、より長
いＡｒ／Ｏ_２エッチングプロセスは炭素質付着物（例えば、ポリマー）の除去を
可能にして、部分的なポール構造に対してプロセッシング時間を増加する（即ち
、スループットを減少させる）ことが必要であるが、かかる無限大の選択性は、
あるデバイス構造（例えば、極薄ＮｉＦｅ層及び／又はＡｌ_２Ｏ_３層が使用され
ているポール構造）を処理するのに望ましく、有利で、及び／又は、必要となり
得る。

【００５２】一般に、デバイスの小型化が進んで、ＲＩＥに適しない新材料が必要となるに
つれて、高いエッチング選択性を物理的なイオンビームエッチングのパワーに結
合するためのＲＩＢＥ固有の弾力性が、マイクロファブリケーション技術にとっ
てますます重要なツールになり、本発明は、ＲＩＢＥの可能なエッチング化学的
性質を広げると共にその信頼性を向上することによってＲＩＢＥの広い適用を容
易にしている。

【００５３】上述の説明は、多くの特殊性を与えているが、これらの実施可能な詳細は本発
明の範囲を限定するものとして解釈されてはならず、本発明は多くの変形、適合
及び均等な実施が可能であることを、その範囲から逸脱せずに、かつ、その付随
する長所を狭めずに、当業者は直ちに理解するであろう。従って、本発明は開示
された実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に従って画定されなければなら
ないことが企図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプロセスを実行するのに使用可能な無線周波数誘導結合
プラズマイオン源システムの概略横断面図である。

【図２】図２（ａ）は、本発明の実施の形態による、部分的なポールトリミン
グプロセスを経験する構造のポール部を介した概略縦断面図である。図２（ｂ）
乃至２（ｈ）は、順に、本発明の実施の形態による、部分的なポールトリミング
プロセスのイオンビームエッチング及び反応性イオンビームエッチングステップ
の手順を経験する図２に示す構造を概略的に示す。図２（ｊ）は、本発明の実施
の形態による、図２（ｂ）乃至２（ｈ）に示す部分的なポールトリミングプロセ
スの終了後のＴＦＭＨ構造のポール部を介した概略縦断面図である。

【図３】本発明による、様々なガス混合物を使用して入射角の関数としてアル
ミナに対して測定されたエッチング速度を示す。

【図４】本発明による、様々なガス混合物を使用して入射角の関数としてパー
マロイに対して測定されたエッチング速度を示す。

【図５】本発明による、様々なガス混合物を使用して入射角の関数としてフォ
トレジストに対して測定されたエッチング速度を示す。

【図６】本発明による、ＣＨＦ_３／Ａｒガス混合物に対して図３乃至５に示す
測定結果により計算されるように、アルミナ:パーマロイ及びアルミナ：フォト
レジストに対して入射角の関数としての選択性を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ダニエル・エス・ハインズアメリカ合衆国ニューヨーク州マウントキスコ、オールドローリングブルックロード 160、 (72)発明者ジョン・エフ・ロンドノアメリカ合衆国ニューヨーク州ミネオラ、ラッセルドライブ11、アパートメントＥ30 Ｆターム(参考） 5D033 DA08 DA31 5F004 AA05 BA11 BA12 BA20 BB13 BB24 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA23 DA26 DA27 DA28 DB01 DB03 DB07 DB08 DB12 DB14 DB19 DB20 DB21 DB23 DB25 DB26 EA03 EA28 【要約の続き】る角度で入射する。薄膜磁気ヘッドは、以前のフッ化炭素ベースＲＩＢＥステップ中に形成されるいかなる炭素質材料（例えば、ポリマー）付着物をも除去するのに酸化種を有するＲＩＢＥを使用するポールトリミングプロセスによって製造される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部磁気ポール層と、当該下部磁気ポール層の上にあるギャ
ップ層と、当該ギャップ層上のパターン化された上部磁気ポール層とを有する構
造を形成するステップと、前記構造に、第１のイオン源から抽出された第１のイオンビームで衝撃を与え
るステップであって、前記第１のイオンビームは前記ギャップ層をエッチングす
るのに有効で、前記構造の少なくとも一部に炭素質付着物を形成することができ
る種を含むステップと、前記構造に、前記構造に指向されている前記第１のイオンビームから形成可能
にされた炭素質付着物を実質的に除去するための酸化種を含む第２のイオンビー
ムで衝撃を与えるステップとを有する薄膜磁気ヘッドの製造プロセス。
【請求項２】前記パターン化された上部磁気ポール層は、前記第１のイオ
ンビームによる前記ギャップ層のエッチング中は、マスクとして動作する請求項
１記載のプロセス。
【請求項３】前記パターン化された上部磁気ポール層の上にあるパターン
化されたフォトレジスト層は、前記第１のイオンビームによる前記ギャップ層の
エッチング中は、マスクとして動作する請求項１記載のプロセス。
【請求項４】前記第１のイオンビームによる前記ギャップ層のエッチング
の前に、前記ギャップ層の上にあると共に前記パターン化された上部磁気層の下
にあるシード層をエッチングするステップを更に有する請求項１記載のプロセス
。
【請求項５】前記第１のイオンビームにより前記ギャップ層をエッチング
する前記ステップは前記ギャップ層の初期厚さの一部をエッチングし、前記第２
のイオンビームで前記構造に衝撃を与える前記ステップの後に、少なくとも前記
ギャップ層の厚さ全体がエッチングされるまで、前記ギャップ層をエッチングす
るステップを繰り返して、その後、前記第２のイオンビームで前記構造に衝撃を
与えるステップを更に有する請求項１記載のプロセス。
【請求項６】前記第１のイオンビームで前記ギャップ層をエッチングする
前記ステップは、前記第２のイオンビームで前記構造に衝撃を与える前に、前記
ギャップ層の厚さ全体をエッチングする請求項１記載のプロセス。
【請求項７】パターン化されたギャップ層を与えるために前記ギャップ層
の実質的に厚さ全体のエッチングの後に前記下部磁気ポール層の一部をエッチン
グするように不活性イオンビームで前記構造に衝撃を与えるステップを更に有す
る請求項１記載のプロセス。
【請求項８】前記下部磁気ポール層を不活性イオンビームでエッチングす
る前記ステップは、（ａ）前記下部磁気ポール層の所望の合計厚さの一部をエッ
チングするために前記構造に低入射角で指向された第１の不活性イオンビームに
よって前記構造に衝撃を与えるステップと、（ｂ）側壁構造から再付着を除去す
るために前記構造に高入射角で指向された第２の不活性イオンビームによって前
記構造に衝撃を与えるステップとを繰り返すことによって、前記下部磁気ポール
層の所望の合計厚さをエッチングするために実行される請求項７記載のプロセス
。
【請求項９】前記第１の不活性及び第２の不活性イオンビームは単一のイ
オン源を使用して生成される請求項８記載のプロセス。
【請求項１０】前記第１の不活性及び前記第２の不活性イオンビームは別
個のイオン源により生成される請求項８記載のプロセス。
【請求項１１】前記第１の不活性及び第２の不活性イオンビームは、重複
期間中は、前記構造に衝突する請求項１０記載のプロセス。
【請求項１２】前記第２のイオンビームは前記第１のイオン源を使用して
生成される請求項１記載のプロセス。
【請求項１３】前記第１のイオンビームは、フッ化炭素前駆体ガスを使用
して生成された第１のプラズマを使用して生成され、前記第２のイオンビームは
、前記フッ化炭素前駆体ガスが排除される間に酸化ガスを前記第１のプラズマに
導入することによって生成された第２のプラズマを使用して生成される請求項１
２記載のプロセス。
【請求項１４】前記第１のプラズマは、不活性前駆体ガスに混合されたフ
ッ化炭素前駆体ガスを使用して生成される請求項１３記載のプロセス。
【請求項１５】前記第１のプラズマは、他の前駆体ガスを除いて前記フッ
化炭素前駆体ガスを使用して生成される請求項１３記載のプロセス。
【請求項１６】前記第１のイオンビームは、不活性前駆体ガスに混合され
たフッ化炭素前駆体ガスを使用して生成された第１のプラズマを使用して生成さ
れ、前記第２のイオンビームは、前記不活性前駆体ガスから得られた種を有して
前記フッ化炭化水素前駆体ガスから得られた種が実質的にない残存プラズマに酸
化ガスを導入することによって生成される第２のプラズマを使用して生成される
請求項１２記載のプロセス。
【請求項１７】前記第２のイオンビームエッチングステップが終了した後
で、前記第１のイオン源内に前記酸化ガスから得られた酸化種を有するプラズマ
を維持するステップを更に有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】前記第２のイオンビームは前記第１のイオン源とは独立の
第２のイオン源を使用して生成される請求項１記載のプロセス。
【請求項１９】前記第１及び第２のイオンビームは、重複期間中は、前記
構造に衝突する請求項１８記載のプロセス。
【請求項２０】前記第１のイオンビームの終了後に前記第１のイオン源内
に酸化前駆体ガスからプラズマを生成するステップを更に有する請求項１８記載
の方法。
【請求項２１】前記第１のイオンビームは前記構造表面への法線に対して
第１の入射角で指向され、前記第２のイオンビームは前記試料法線に対して第２
の入射角で指向され、前記第２の入射角は前記第１の入射角に等しくない請求項
１記載のプロセス。
【請求項２２】前記第１の入射角は前記試料法線に対して約４５度未満で
あり、前記第２の入射角は前記試料法線に対して約６０度よりも大きい請求項２
１記載の方法。
【請求項２３】前記第１のイオンビームは、前記構造表面の法線に対して
第１の入射角で指向され、前記第１の入射角は前記パターン化された上部磁気ポ
ール層よりも前記ギャップ層をエッチングする選択性を高めるように選択される
請求項１記載の方法。
【請求項２４】前記第２のイオンビームは、前記試料法線に対して第２の
入射角で指向され、前記第２の入射角は前記ギャップ層をエッチングするよりも
前記炭素質付着物を除去する選択性を高めるように選択される請求項１記載の方
法。
【請求項２５】前記上部及び下部磁気ポール層は、各々、パーマロイを有
し、前記ギャップ層はアルミナを有する請求項１記載のプロセス。
【請求項２６】前記第１のイオンビームはフッ化炭素を使用して生成され
る請求項２５記載のプロセス。
【請求項２７】前記アルミナをエッチングする際の前記第１のイオンビー
ムの速度は前記パーマロイをエッチングする速度の少なくとも約１５倍大きい請
求項２６記載のプロセス。
【請求項２８】前記フッ化炭素はＣＨＦ_３である請求項２７記載のプロセ
ス。
【請求項２９】前記パーマロイをエッチングする速度は前記アルミナをエ
ッチングする速度に比較して無視可能である請求項２８記載のプロセス。
【請求項３０】前記第１のイオンビームは、前記ギャップ層のエッチング
に対して、前記パターン化された上部磁気ポール層の無視可能な物理的エッチン
グを与えるように選択されたビームエネルギーを有する請求項２９記載のプロセ
ス。
【請求項３１】前記第１のイオンビームは、約３００エレクトロンボルト
のビームエネルギーを有する請求項３０記載の方法。
【請求項３２】前記第２のイオンビームは、不活性ガスと酸素含有ガスと
を含む前駆体ガスの混合物から生成されるプラズマから生成される請求項１記載
のプロセス。
【請求項３３】前記不活性ガス及び前記酸素含有ガスは、不活性ガスの酸
素に対するマスフロー速度比が約１：４乃至約２：１の範囲にある請求項３２記
載のプロセス。
【請求項３４】前記第２のイオンビームは、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２、Ｏ_３及びその混合物からなるグループから選択された前駆体ガスを含む一以上の前駆
体ガスから生成されるプラズマから抽出される請求項１記載のプロセス。
【請求項３５】前記第１のイオンビームは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ _２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８及びその混合物からなるグループから選択さ
れた前駆体ガスを含む一以上の前駆体ガスから生成されるプラズマから抽出され
る請求項１記載のプロセス。
【請求項３６】炭素質付着物形成種を有する第１のプラズマを有するイオ
ン源から抽出された第１のイオンビームで試料に衝撃を与えるステップと、前記第１のイオンビームエッチングステップが開始された後に、前記イオン源
内に第３のプラズマを与えるために前記イオン源の残留プラズマに酸素含有ガス
を導入するステップとを有し、前記第３のプラズマは前記酸素含有ガスから得ら
れた酸化種を有し、前記イオン源は前記第１のプラズマと前記残留プラズマとの
間に時間的に連続してプラズマを含むイオンビームエッチング方法。
【請求項３７】前記炭素質付着物形成種は、前記第１のプラズマを形成す
るのに使用される一以上のフッ化炭素前駆体ガスから得られる請求項３６記載の
方法。
【請求項３８】前記一以上のフッ化炭素前駆体ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８及びその混合物からなるグループ
から選択された前駆体ガスを含む請求項３７記載のプロセス。
【請求項３９】前記残留プラズマは前記第１のプラズマである請求項３６
記載の方法。
【請求項４０】前記導入ステップ中、前記炭素質付着物形成種は前記残留
プラズマから排除される請求項３９記載の方法。
【請求項４１】前記第１のプラズマは不活性ガス種を含み、前記導入ステ
ップの実行前に、前記炭素質付着物形成種の実質的になく前記不活性ガスを有す
る前記残留プラズマを与えるために、前記第１のプラズマから前記炭素質付着物
形成種を排除するステップを更に有する請求項３６記載の方法。
【請求項４２】請求項３６記載の方法を含むプロセスにより製造された薄
膜磁気ヘッド。
【請求項４３】前記酸化種を有する前記第３のプラズマを含む前記イオン
源から抽出された第２のイオンビームで前記試料に衝撃を与える請求項３６記載
の方法。
【請求項４４】前記第１のイオンビームは、それによってエッチングされ
た試料に対して第１の入射角で指向し、前記第２のイオンビームは前記試料に対
する第２の入射角で指向し、前記第２の入射角は前記第１の入射角に等しくない
請求項４３記載の方法。
【請求項４５】前記試料は第１の材料と第２の材料を含み、前記第１の入
射角は前記第１の材料に対して前記第２の材料の選択性エッチングを高めるよう
に選択される請求項４４記載の方法。
【請求項４６】前記第２の入射角は、前記第１のイオンビームによる前記
衝撃中に前記試料に形成される場合がある炭素質付着物の前記選択的除去を高め
るように選択される請求項４４記載の方法。
【請求項４７】前記第１の入射角は試料法線に対して約４５度未満であり
、前記第２の入射角は前記試料法線に対して約６０度よりも大きい請求項４４記
載の方法。
【請求項４８】前記第２のイオンビームエッチングステップが終了した後
に、前記イオン源内で前記酸化種を有するプラズマを維持するステップを更に有
する請求項４３記載の方法。
【請求項４９】酸化種を含むプラズマを有する第２のイオン源から抽出さ
れた第２のイオンビームで前記試料に衝撃を与えるステップを更に有する請求項
３６記載の方法。
【請求項５０】前記第１のイオンビーム及び第２のイオンビームは、重複
期間中は、前記試料に衝撃を与える請求項４９記載の方法。
【請求項５１】前記第３のプラズマは、前記第１のプラズマが前記イオン
源に残存する期間よりも約１．５乃至約２．５大きなファクターである期間だけ
前記イオン源内に維持される請求項３６記載の方法。
【請求項５２】前記試料は第１の材料と第２の材料を含み、前記第１のイ
オンビームの前記ビームエネルギーは、前記第２の材料に対する前記第２の材料
の選択的エッチングを高めるように選択され、前記第１のイオンビームは、前記
第２の材料に化学反応し、前記第１の材料に実質的に化学反応しない種を有する
請求項３６記載の方法。
【請求項５３】第１の層と第２の層を有する構造を有する基板のイオンビ
ームエッチングのためのプロセスであって、イオン源内で炭素性付着物を形成可能な種を含むプラズマを前記イオン源内に
生成するステップと、前記第１の層をエッチングする速度の約２倍よりも大きな速度で前記第２の層
を選択的にエッチングするために、前記プラズマから抽出されたイオンビームで
前記基板に衝撃を与えるステップであって、前記イオンビームは前記第２の層に
含まれた材料と化学反応する種を有するステップとを有し、前記選択性は前記プロセスの独立した実行に際し実質的に反復可能であるプロ
セス。
【請求項５４】前記プラズマは、少なくとも一のフッ化炭素ガスを含む前
駆体ガス又は前駆体ガス混合物から形成される請求項５３記載のプロセス。
【請求項５５】前記プラズマは、フッ化炭素ガスと炭素を含まない水素含
有ガスとを含む前駆体ガス混合物から形成される請求項５４記載のプロセス。
【請求項５６】前記プラズマは、炭化水素ガス及び炭素を含まないフッ素
含有ガスを含む前駆体ガス混合物から形成される請求項５３記載のプロセス。
【請求項５７】前記第１の層は、ＮｉＦｅ、ＦｅＮ、ＦｅＺｎ、ＦｅＴａ
Ｎ、ＣＺＴ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ａ
ｌＧａＡｓ、結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、フォトレジスト、ポリイミド、ポリ
マー及び元素的炭素同素体からなるグループから選択された材料を含む請求項５
３記載のプロセス。
【請求項５８】前記第２の層は、アルミナ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ
Ｎ、ＬｉＮＯ_３及び強誘電体からなるグループから選択された材料を含む請求項
５３記載のプロセス。
【請求項５９】前記プラズマは、少なくともその一つがフッ化炭素である
一以上の前駆体ガスから形成され、前記第１の層はパーマロイを含み、前記第２
の層はアルミナを含む請求項５３記載のプロセス。
【請求項６０】前記フッ化炭素はＣＨＦ_３である請求項５９記載のプロセ
ス。
【請求項６１】前記第１の層はアモルファスシリコンであり、前記第２の
層はＳｉＯ_２である請求項５３記載のプロセス。
【請求項６２】前記フッ化炭素ベースの源ガスはＣＨＦ_３を含み、前記第
１のイオンビームは前記ＳｉＯ_２を、前記第１のイオンビームが前記アモルファ
スシリコンをエッチングする速度よりも約２０倍大きい速度で選択的にエッチン
グする請求項６１記載のプロセス。
【請求項６３】前記第１の層はＰｔであり、前記第２の層はＰＺＴである
請求項５３記載のプロセス。
【請求項６４】前記イオンビームは、前記第１の層のエッチングに対する
前記第２の層のエッチングの選択性を実質的に最適化するように選択された入射
角で前記試料に衝突する請求項５３記載のプロセス。
【請求項６５】前記プラズマによって前記イオン源内に形成された炭素質
付着物を除去するために前記イオン源内に第２のプラズマを形成するステップを
更に有し、前記第２のプラズマは酸化種を含む請求項５３記載のプロセス。
【請求項６６】前記第２のプラズマは、その少なくとも一つがＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２、Ｏ_３、及びその混合物からなるグループから選択された一以上の前
駆体ガスから形成される請求項６５記載のプロセス。