JP2011100815A - プラズマエッチング方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板402上に形成されたFe・Co・Ni等の磁性膜、及びそれらの元素を含む不揮発性金属を、真空容器401内において、プラズマ414を生成するためのプラズマ生成ガス並びにC及びOを成分とするガスを含有するガスを用いて加工する際、プラズマ414を生成するためのアンテナ411に印加する電力をパルス変調し、アンテナ電力が高いときには真空容器401内への前記C及びOを成分とするガスの導入を抑制するとともに、アンテナ電力が低いときには真空容器内へC及びOを成分とするガスを導入するよう、C及びOを成分とするガスの導入を、パルス変調したアンテナ電力に同期させる。
【選択図】図4
Description
また、動作中もデータを保持するため一定時間置きに再書き込みが必要であり消費電力が大きくなる。一方、フラッシュメモリは不揮発性メモリであるが、情報の書き込み時間がμ秒オーダーと遅い。これらの欠点なく、低消費電力かつ高速に動作する不揮発性メモリとしてMRAM(Magnetic Random Access Memory)の適応が期待されている。
しかし、一般に、COはプラズマ中で下記の反応等により容易に解離してしまう。
CO → C + O
2CO → C + CO2
上記問題を解決するにはプラズマ中でCOの解離を抑制しつつ、磁性膜とCOの反応を促進するためCOの励起活性種を生成することが必要である。
特許文献1では装置上部にAr等のプラズマ生成ガスを導入することで高密度プラズマ領域を作製し、それにより装置下部に発生したアフターグロー領域にCOガスを導入することでCOの解離を抑制する方法が開示されている。
パルス変調を用いることで、たしかにプラズマ密度を維持しつつ電子温度の時間平均値を減少することが可能であるが、図2に示したとおり、アンテナ電力をONにした状態では電子温度も上昇する。
そのため、高温・高密度のプラズマ領域にCOが導入された場合、ICP電力をパルス変調したとしても、ONにした際のCOの解離により、同様にエッチングが阻害されることになる。
(1)基板上に形成されたFe・Co・Ni等の磁性膜、及びそれらの元素を含む不揮発性金属を、真空容器内において、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガス並びにC及びOを成分とするガスを含有するガスを用いて加工するプラズマエッチング方法において、プラズマを生成するためのアンテナに印加する電力をパルス変調し、アンテナ電力が高いときには前記真空容器内への前記C及びOを成分とするガスの導入を抑制するとともに、アンテナ電力が低いときには前記真空容器内へ前記C及びOを成分とするガスを導入するよう、前記C及びOを成分とするガスの導入を、前記パルス変調したアンテナ電力に同期させた。
上記非特許文献1によると、COの解離エネルギーは11.2eV、上記非特許文献2によるとCOの振動励起エネルギーは0.266eV、電子励起エネルギーは5.898eVとの報告がある。したがって、電子エネルギーの大部分を0.266eVより大きく、11.2eVより小さくすれば、COの解離を抑制しつつ、COの励起活性種を生成することが可能になることが分かる。
図3において横軸は電子のエネルギー値を、縦軸は全電子数を100としたときの各エネルギーにおける電子の割合を対数で表したものを示す。
この計算によると、通常のプラズマプロセスで用いる電子温度が2〜3eVのときは11.2eVより大きい電子が全体の1〜5.5%を占めるが、電子温度が1eV以下のときは11.2eVより大きい電子が全体の0.006%以下となり、ほぼ消滅する。
したがって、電子温度が1eV以下であれば、COの解離を抑制しつつ、COの励起活性種を効率よく生成可能となる。
一方、アンテナ電力をパルス変調してもプラズマ密度は大きく変化しない。
すなわち、上記非特許文献3におけるPramod Subramonium等の計算結果によると、Arガスを用い、処理圧20mTorr・ICP電力300W・パルス周波数10kHz・デューティー比30%でパルス放電した場合、プラズマ密度はアンテナ電力がONの状態では1.0×1012cm−3、アンテナ電力がOFFの状態でも2.0×1011cm−3にしか減少しないことが報告されており、エッチングに必要と考える1.0×109cm−3以上のプラズマ密度はすべての状態で維持されていることが確認されている。
そのため、電子温度が1eV以下と低くなるアンテナ電力がOFFのときのプラズマにCOガスを供給した場合、COの解離を抑制しつつCOを励起することができるが、電子温度が1eVより高くなるアンテナ電力がONの状態にCOガスを供給した場合、COの解離を抑制することは困難になる。
そのため、区間(a)は電子温度の緩和時間より大きい、つまり1μs以上であることが望ましい。
例えばプラズマの体積を0.02m−3、処理圧力を0.5Pa、プロセスガス流量を600ccmとした場合、滞在時間は約10msになる。
また、該プラズマ中ではプラズマ生成ガスがプラズマ化することで生成された正イオンが可動式電極403に印加された400kHzから13.56MHzの高周波電力415により、基板402に引き込まれる。これにより、基板上に形成された磁性膜はCOガスにより生成された励起活性種による反応と該正イオンによる衝撃により効果的にエッチングすることができる。
なお、図4ではICPを用いたプラズマエッチング装置について記載したが、本発明を用いたシーケンスはCCP・ECRプラズマ・ヘリコン波プラズマ・表面波プラズマなどを用いた他の放電方式を用いてもよい。
真空容器401の下部中央には上面に磁性膜が形成された基板402を設置するための可動式電極403が設けられている。該電極は真空ベローズ404を通して基板の外に突出した構造をしており、該可動式電極が矢印(a)の方向に可動することで、可動式電極403及び可動式電極に設置された基板402の高さをプロセス条件に合わせて任意の値に設定できる。装置上部の第一のガス導入口405より導入されたプラズマ生成ガス、及び基板402の上面近傍に延びる第二のガス導入口501より導入されたCOガスは排気口407を通して真空容器401の外に常に排気されている。この際、排気口407上部に設置された調圧バルブ408により真空容器401内が所定の圧力になるように制御される。
真空容器401の下部中央には上面に磁性膜が形成された基板402を設置するための可動式電極403が設けられている。この可動式電極403は、真空ベローズ404を通して基板の外に突出した構造をしており、可動式電極403が矢印(a)の方向に可動することで、可動式電極403及び該可動式電極403の上面に設置された基板402の高さをプロセス条件に合わせて任意の値に設定できる。装置上部の上部ガス導入口601より導入されたプラズマ生成ガス及び下部ガス導入口602より導入されたCOガスは、排気口407を通して真空容器401の外に常に排気されている。
なお、図6ではICPを用いたプラズマエッチング装置について記載したが、本発明を用いたシーケンスはCCP・ECRプラズマ・ヘリコン波プラズマ・表面波プラズマなどを用いた他の放電方式に用いてもよい。
ただし、COの代わりにCH3OHやC2H5OHやC3H7OHやCO2を用いた場合、解離を抑制しすぎるとCOの励起活性種が発生しない可能性があるため、アンテナ電力がパルス的に低いときの電力値をプロセスに合わせて調整する必要がある。
Claims (12)
- 基板上に形成されたFe・Co・Ni等の磁性膜、及びそれらの元素を含む不揮発性金属を、真空容器内において、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガス並びにC及びOを成分とするガスを含有するガスを用いて加工するプラズマエッチング方法において、
プラズマを生成するためのアンテナに印加する電力をパルス変調し、アンテナ電力が高いときには前記真空容器内への前記C及びOを成分とするガスの導入を抑制するとともに、アンテナ電力が低いときには前記真空容器内へ前記C及びOを成分とするガスを導入するよう、前記C及びOを成分とするガスの導入を、前記パルス変調したアンテナ電力に同期させたことを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1記載のプラズマエッチング方法において、パルス変調したアンテナ電力が高いときに同期して、前記プラズマ生成ガスを前記真空容器内に導入するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
- 請求項1、2に記載のプラズマエッチング方法において、
パルス変調したアンテナ電力が低いときに、前記プラズマ生成ガスとC及びOを成分とするガスを混合して前記真空容器内に導入することを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1ないし3に記載のプラズマエッチング方法において、
パルス変調したアンテナ電力が低いときに、前記真空容器内に導入するC及びOを成分とするガスの量を時間とともに変化させ、アンテナ電力が高くなる瞬間にC及びOを成分とするガスの前記真空容器内への導入を遮断することを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1ないし4に記載のプラズマエッチング方法において、
プラズマ生成ガスにHe、Ar、Xe等の希ガス及びそれらの混合ガスを用いることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 請求項1ないし5に記載したプラズマエッチング方法において、
C及びOを成分とするガスの代わりにC及びOを成分とするガスとH2の混合ガス、またはC及びOを成分とするガスとNH3の混合ガスを用いることを特徴としたプラズマエッチング方法。 - 請求項1ないし6に記載したプラズマエッチング方法において、
C及びOを成分とするガスとして、CO、CH3OH、C2H5OH、C3H7OH、CO2を用いることを特徴としたプラズマエッチング方法。 - 請求項1から7に記載のプラズマエッチング方法において、
パルス変調したアンテナ電力が低いときの電力が、アンテナ電力が高いときの電力の1/10以下にすることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 基板上に形成されたFe・Co・Ni等の磁性膜、及びそれらの元素を含む不揮発性金属を、真空容器内において、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガス並びにC及びOを成分とするガスを含有するガスを用いて加工するプラズマエッチング装置において、
プラズマを生成するためのアンテナに印加する電力をパルス変調するパルス変調手段と、
前記C及びOを成分とするガスを前記真空容器内に導入する導入通路に設けた第1の流量制御バルブの開度を制御するガスコントローラーとを設け、
前記パルス変調手段により変調されたアンテナ電力が高いときには、前記第1の流量制御バルブの開度を抑制するとともに、アンテナ電力が低いときには、前記第1の流量制御バルブの開度を増大するよう、前記パルス変調手段とガスコントローラーとを同期させたことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 請求項9記載のプラズマエッチング装置において、
前記ガスコントローラーは、前記プラズマ生成ガスを前記真空容器内に導入する導入通路に設けた第2の流量制御バルブの開度をも制御し、前記パルス変調手段により変調されたアンテナ電力が高いときには、前記第2の流量制御バルブの開度を増大するとともに、アンテナ電力が低いときには、前記第2の流量制御バルブの開度を抑制するよう、前記パルス変調手段とガスコントローラーとを同期させたことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 請求項10に記載したプラズマエッチング装置において、
プラズマ生成ガスとC及びOを成分とするガスを別々の導入口から導入することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 請求項11に記載したプラズマエッチング装置において、
ガス導入口を真空容器の上部に設置し中央側の導入口からC及びOを成分とするガスを、外側の導入口からプラズマ生成ガスを導入することを特徴とするプラズマエッチング装置。
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