JP2017085161A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去する。【解決手段】被処理基体に含まれる被エッチング層がエッチングされることで堆積した反応生成物を処理する装置である。この装置は、処理容器、仕切板、プラズマ源、載置台、第１処理ガス供給部及び第２処理ガス供給部を備える。処理容器は、空間を画成する。仕切板は、処理容器内に配置され、空間をプラズマ生成空間及び基板処理空間に仕切り、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する。プラズマ源は、プラズマ生成空間にプラズマを生成する。載置台は、基板処理空間に配置され、被処理基体を載置する。第１処理ガス供給部は、プラズマによって解離しラジカルを生成する第１処理ガスをプラズマ生成空間へ供給する。第２処理ガス供給部は、プラズマに晒すことなく反応生成物と反応させる第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。【選択図】図１０

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。
特許文献１には、一種の基板処理方法が記載されている。この基板処理方法では、絶縁層が下部磁性層及び上部磁性層により挟まれた磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含む多層膜基体を処理することで、ＭＲＡＭ素子を製造する。具体的には、（ａ）上部電極層上に第１のマスクを形成し、（ｂ）上部電極層、上部磁性層、及び絶縁層をプラズマエッチングし、（ｃ）エッチングした際に発生し側壁等に堆積した導電性の反応生成物及び第１のマスクを取り除き、（ｄ）上部電極層上に第２のマスクを形成し、（ｅ）下部電極層をエッチングし、（ｅ）エッチングした際に発生し側壁等に堆積した導電性の反応生成物及び第２のマスクを取り除いて、ＭＲＡＭ素子を製造する。ここで、導電性の副生成を除去するためのガスとして、フッ素化合物およびＨ２ＯもしくはＮＨ３を含むガスが用いられる。このガスは、プラズマによって励起される場合もある。
米国特許出願公開２００４／０１３７７４９号明細書
ところで、ＭＲＡＭ素子等のように、金属を含有する層をエッチングしてデバイスを形成する際には、エッチングによって金属を含有する層の表面又は側面が露出した状態となるため、露出した部分が酸化するおそれがある。このため、エッチング後においては、絶縁体からなる保護層によって金属を含有する層を覆い保護する必要がある。そして、保護層で覆う前に、エッチングの際に発生し側壁等に堆積した反応生成物は、特許文献１記載のような手法で除去する必要がある。
ここで、上述した反応生成物には、金属のみならず金属の酸化物又は金属のハロゲン化合物等が含まれている可能性がある。しかしながら、特許文献１記載の基板処理方法にあっては、導電性の反応生成物を前提とし、所定のガスをそのまま反応生成物へ反応させ、又は、所定のガス全体をプラズマによって励起させて反応生成物へ反応させているだけであるため、適切に反応生成物を除去できないおそれがある。当技術分野においては、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる基板処理装置及び基板処理方法が望まれている。
本発明の一側面に係る基板処理装置は、被処理基体に含まれる被エッチング層がエッチングされることで堆積した反応生成物を処理する装置である。この装置は、処理容器、仕切板、プラズマ源、載置台、第１処理ガス供給部及び第２処理ガス供給部を備える。処理容器は、空間を画成する。仕切板は、処理容器内に配置され、空間をプラズマ生成空間及び基板処理空間に仕切り、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する。プラズマ源は、プラズマ生成空間にプラズマを生成する。載置台は、基板処理空間に配置され、被処理基体を載置する。第１処理ガス供給部は、プラズマによって解離しラジカルを生成する第１処理ガスをプラズマ生成空間へ供給する。第２処理ガス供給部は、プラズマに晒すことなく反応生成物と反応させる第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。第１処理ガス供給部は、処理容器の側壁部又は天井部に設けられたガス導入口からプラズマ生成空間に第１処理ガスを供給し得る。第２処理ガス供給部は、仕切板の下方に設けられたガス供給ヘッドから基板処理空間に第２処理ガスを供給し得る。
この基板処理装置では、処理容器内に仕切板が配置され、プラズマ生成空間及び基板処理空間に仕切られている。この仕切板は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制し、中性のラジカルを透過させる。また、第１処理ガス供給部は、第１処理ガスをプラズマ生成空間へ供給する。このように構成することで、第１処理ガスから生成されたイオンは仕切板で遮断され、第１処理ガスから生成されたラジカルのみが基板処理空間へ移動し、反応生成物と反応する。また、第２処理ガス供給部は、第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。このため、第２処理ガスはプラズマに晒されることなく反応生成物と反応する。このように、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
一実施形態では、基板処理空間に設けられ、処理容器の空間を減圧する排気部をさらに備えてもよい。このように構成することで、第１処理ガスから生成されたラジカルを基板処理空間へ適切に移動させることができる。また、例えば第２処理ガスと反応生成物とが反応して反応物が生成される場合には、プラズマによって分解されることなく、該反応物を排気することができる。
一実施形態では、仕切板は、少なくとも２つの板状部材からなり、２つの板状部材は、プラズマ生成空間から基板処理空間へ向けて重ね合わせて配置され、各板状部材は、重ね合わせ方向へ貫通する複数の貫通孔を有し、一方の板状部材における各貫通孔は、重ね合わせ方向からみて、他方の前記板状部材における各貫通孔と重ならなくてもよい。このように構成することで、第１処理ガスから生成されたイオン及び紫外光を仕切板で遮断することができるとともに、第１処理ガスから生成されたラジカルを基板処理空間へ移動させることができる。
一実施形態では、ラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルであってもよい。第１処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスである。これらのラジカルが反応生成物と反応することによって、反応生成物を第２処理ガスと反応し易い物質に変化させることができる。
一実施形態では、第２処理ガスは、反応生成物との反応が載置台の温度に依存するガスを含んでもよい。一実施形態では、第２処理ガスは、電子供与性ガスを含んでもよい。このように、プラズマに晒されない空間である基板処理空間に反応性ガスである第２処理ガスを供給することによって、第２処理ガスを解離させることなく反応生成物と反応させることができる。
本発明の他の側面に係る基板処理方法は、被処理基体に含まれる被エッチング層がエッチングされることで堆積した反応生成物を、基板処理装置を用いて処理する方法である。該基板処理装置は、処理容器、仕切板、プラズマ源、載置台、第１処理ガス供給部及び第２処理ガス供給部を備える。処理容器は、空間を画成する。仕切板は、処理容器内に配置され、空間をプラズマ生成空間及び基板処理空間に仕切り、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する。プラズマ源は、プラズマ生成空間にプラズマを生成する。載置台は、基板処理空間に配置され、被処理基体を載置する。第１処理ガス供給部は、プラズマによって解離しラジカルを生成する第１処理ガスをプラズマ生成空間へ供給する。第２処理ガス供給部は、プラズマに晒すことなく反応生成物と反応させる第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。該方法は、第１処理ステップ及び第２処理ステップを含む。第１処理ガス供給部は、処理容器の側壁部又は天井部に設けられたガス導入口からプラズマ生成空間に第１処理ガスを供給し得る。第２処理ガス供給部は、仕切板の下方に設けられたガス供給ヘッドから基板処理空間に第２処理ガスを供給し得る。第１処理ステップでは、プラズマが生成されたプラズマ生成空間へ第１処理ガス供給部から第１処理ガスを供給してラジカルを生成し、該ラジカルを基板処理空間へ供給して反応生成物と反応させる。第２処理ステップでは、基板処理空間へ第２処理ガス供給部から第２処理ガスを供給して反応生成物と反応させる。
この方法で用いる基板処理装置では、処理容器内に仕切板が配置され、プラズマ生成空間及び基板処理空間に仕切られている。この仕切板は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制し、中性のラジカルを透過させる。また、第１処理ガス供給部は、第１処理ガスをプラズマ生成空間へ供給する。このように構成した装置を用いて、第１処理ステップを実行することで、第１処理ガスから生成されたイオンは仕切板で遮断され、第１処理ガスから生成されたラジカルのみを基板処理空間へ移動させ、反応生成物と反応させることができる。また、この方法で用いる基板処理装置では、第２処理ガス供給部は、第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。このように構成した装置を用いて、第２処理ステップを実行することで、第２処理ガスをプラズマに晒すことなく反応生成物と反応させることができる。このように、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
一実施形態では、第１処理ステップ及び前記第２処理ステップは、同一の前記基板処理装置で行われてもよい。このように、ラジカル及び第２処理ガスの反応を真空一貫で実行することができるため、処理によって新たな反応生成物が形成されることを回避することができる。
一実施形態では、第１処理ステップは、第２処理ステップより前又は同時に実施されてもよい。このように構成することで、ラジカルを反応生成物と反応させて、反応生成物を第２処理ガスと反応し易い物質に変化させることができる。
一実施形態では、被エッチング層は、金属元素を含有する層であってもよい。このように構成することで、反応生成物に金属、金属酸化物、金属のハロゲン化合物等が含まれ、いわゆる難エッチング物質となっている場合であっても、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
本発明の種々の側面及び一実施形態によれば、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
一実施形態に係る基板処理方法で製造されるＭＲＡＭ素子の一例を模式的に示す図である。 一実施形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概要図である。 一実施形態に係る基板処理方法を示すフロー図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 図３で示すＭＲＡＭ素子の製造工程を説明する図である。 一実施形態に係る基板処理装置の概要図である。 図１０に示す高周波アンテナの平面図である。 図１０に示す仕切板及び第２ガス供給ノズルを説明する概要図である。 反応生成物の除去工程の詳細を説明するフロー図である。 比較例で得られた被処理基体の断面ＳＥＭ像の模式図である。 第１実施例で得られた被処理基体の断面ＳＥＭ像の模式図である。 第１実施例で得られた被処理基体のＳＥＭ像の模式図である。 第２実施例で得られた被処理基体の断面ＳＥＭ像の模式図である。 第２実施例で得られた被処理基体のＳＥＭ像の模式図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る基板処理方法で製造されるＭＲＡＭ素子１００の断面図である。図１に示すＭＲＡＭ素子１００は、基板Ｂ上に配置されており、下層から順に下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、絶縁層１０４、第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７が積層されている。また、ＭＲＡＭ素子１００の第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７の側壁には、絶縁膜１０８が設けられている。
下部電極層１０１は、基板Ｂ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。下部電極層１０１の厚さは、例えば約５ｎｍである。ピン止め層１０２は、下部電極層１０１及び第２磁性層１０３の間に配置される。ピン止め層１０２は、反強磁性体によるピン止め効果により下部電極層１０１の磁化の方向を固定する。ピン止め層１０２としては、例えばＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）等の反強磁性体材料が用いられ、その厚さは、例えば約７ｎｍである。
第２磁性層１０３は、ピン止め層１０２上に配置される強磁性体を含む層である。第２磁性層１０３は、ピン止め層１０２によるピン止め効果により、磁化の方向が外部磁界の影響を受けず一定に保持されるいわゆるピンド層として機能する。第２磁性層１０３としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
絶縁層１０４は、第２磁性層１０３及び第１磁性層１０５により挟まれて配置される。第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間に絶縁層１０４が介在することにより、第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間には、トンネル磁気抵抗効果が生じる。すなわち、第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間には、第２磁性層１０３の磁化方向と第１磁性層１０５の磁化方向との相対関係（平行または反平行）に応じた電気抵抗が生じる。絶縁層１０４としては、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯが用いられ、その厚さは、例えば１．３ｎｍである。
第１磁性層１０５は、絶縁層１０４上に配置される強磁性体を含む層である。第１磁性層１０５は、磁気情報である外部磁場に磁化の向きが追従する、いわゆるフリー層として機能する。第１磁性層１０５としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
上部電極層１０６は、基板Ｂ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。上部電極層１０６の厚さは、例えば約５ｎｍである。エッチングマスク１０７は、上部電極層１０６上に形成される。エッチングマスク１０７は、ＭＲＡＭ１００の平面形状に応じた形状に形成される。エッチングマスク１０７としては、例えばＴａ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられ、その厚さは例えば５０ｎｍである。
次に、ＭＲＡＭ１００の製造方法について説明する。ＭＲＡＭ１００は、例えば図２に示す基板処理システムを用いて製造される。図２は、一実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す平面図である。図２に示す基板処理システム２０は、基板載置台２２ａ〜２２ｄ、収容容器２４ａ〜２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、及び、トランスファーチャンバ２１を備えている。
基板載置台２２ａ〜２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら基板載置台２２ａ〜２２ｄの上には、収容容器２４ａ〜２４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器２４ａ〜２４ｄ内には、被処理基体Ｗが収容されている。
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器２４ａ〜２４ｄの何れかに収容されている被処理基体Ｗを取り出して、当該被処理基体Ｗを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。
ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ２１にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
トランスファーチャンバ２１は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ２１には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ３が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２から被処理基体Ｗを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、及びＰＭ３に順に搬送する。基板処理システム２０のプロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３はそれぞれ、一実施形態の基板処理装置（反応生成物を除去する基板処理装置）、成膜装置、プラズマエッチング装置であり得る。成膜装置としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いた成膜装置であり得る。以下では説明理解の容易性を考慮して、プロセスモジュールＰＭ１として反応生成物を除去する基板処理装置が採用され、プロセスモジュールＰＭ２として成膜装置が採用され、プロセスモジュールＰＭ３としてプラズマエッチング装置が採用された基板処理システムを例に説明する。
ＭＲＡＭ１００は、例えば図３に示すフロー図に従って製造される。図３は、一実施形態に係る基板処理方法を示すフロー図である。一実施形態の基板処理方法では、図３に示すように、工程Ｓ１において、プロセスモジュールＰＭ２である成膜装置によって多層膜からなる被処理基体Ｗが製造される。次に、被処理基体ＷがプロセスモジュールＰＭ３であるプラズマエッチング装置の静電チャックに載置される。図４には、ＭＲＡＭ１００を製造方法の中間工程において生成される被処理基体Ｗの一例が示されている。この被処理基体Ｗは、下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、絶縁層１０４、第１磁性層１０５、及び上部電極層１０６が基板Ｂ上に積層された多層膜材料である。上部電極層１０６上には、所定の平面形状を有するエッチングマスク１０７が配置されている。以下、図４に示す被処理基体Ｗを例に挙げて、一実施形態の基板処理方法について説明する。
工程Ｓ２においては、まず上部電極１０６をエッチングする。この際に用いられるエッチングガスは任意であり、例えばＣｌ２、ＣＨ４、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等を用いることができる。例えば塩素Ｃｌ２を含む処理ガスを供給し、プラズマを発生させて被処理基体Ｗをエッチングする。処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス、Ｈ２を含み得る。この処理ガスとして、第１磁性層１０５と絶縁層１０４との選択比を十分とることができる種類のガスが採用される。工程Ｓ２において、第１の処理ガスにより、第１磁性層１０５のうちエッチングマスク１０７で覆われていない領域が反応してエッチングされ、絶縁層１０４はエッチングされない。このため、工程Ｓ２においては、絶縁層１０４の表面でエッチングが終了する。
工程Ｓ２において第１磁性層１０５が処理ガスを用いてエッチングされる際には、被エッチング材料等が処理ガス等と反応して反応生成物が生じる。反応生成物には、マスク１０７及び第１磁性層１０５に含まれる金属、該金属の酸化物、塩化物、窒化物、ハロゲン化物、又は、ＣやＳｉを含有する化合物等が含まれる可能性がある。この反応生成物は、図５に示すように第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７の側壁に残留物Ｚとして付着することとなる。残留物Ｚは、導電性物質を含むためＭＲＡＭ素子にリーク電流を発生される原因となる。
続く工程Ｓ３において、残留物Ｚの除去を行うために、プロセスモジュールＰＭ１である一実施形態の基板処理装置へ被処理基体Ｗを移動させる。この工程３についての詳細は後述する。工程Ｓ３により、図６に示すように上部電極層１０６、第１磁性層１０５、及びエッチングマスク１０７の側壁から残留物Ｚが除去されると、工程Ｓ４へ移行する。
一実施形態の基板処理方法では、続く工程Ｓ４において、被処理基体ＷをプロセスモジュールＰＭ２である成膜装置（例えばＣＶＤ装置）へ移動させ、図７に示すように、被処理基体Ｗの表面を絶縁膜１０８で被覆する。この絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＮやＳｉＯ２が用いられる。その後、被処理基体ＷをプロセスモジュールＰＭ３であるプラズマエッチング装置へ戻し、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁に絶縁膜１０８が残るように、絶縁膜１０８をエッチングする。
一実施形態の基板処理方法では、続く工程Ｓ５において、メタン（ＣＨ４）を含むガスを供給し、プラズマを発生させて、絶縁層１０４及び第２磁性層１０３をエッチングする。工程Ｓ５にいて、エッチングされた被処理基体Ｗを図８に示す。処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスやカルボニル基を含有するガス、Ｈ２等、メタン以外のガスを含み得る。工程Ｓ５において、絶縁層１０４、第２磁性層１０３、及びピン止め層１０２のうち、エッチングマスク１０７及び絶縁膜１０８に覆われていない領域がエッチングされる。これにより、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、及び絶縁層１０４は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７よりも、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁形成された絶縁膜１０８の幅の分だけ、幅が広くなるように形成される。
一実施形態の基板処理方法では、続く工程Ｓ６において、処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、下部電極層１０１をエッチングする。工程Ｓ６にいて、エッチングされた被処理基体Ｗを図９に示す。処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスやカルボニル基を含有するガス、ＣＨ４、Ｈ２等のガスを含み得る。工程Ｓ６において、下部電極層１０１のうち、エッチングマスク１０７及び絶縁膜１０８に覆われていない領域がエッチングされる。これにより、下部電極層１０１は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７よりも、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁形成された絶縁膜１０８の幅の分だけ、幅が広くなるように形成される。
工程Ｓ６が終了すると、図３に示すプラズマ処理が終了する。このようにして、多層膜構造を有する被処理基体Ｗから所望の形状のＭＲＡＭ素子が形成される。
次に、工程３のように、反応生成物を除去する際に用いられる基板処理装置を説明する。ここでは、平面状の高周波アンテナに高周波電力を印加して処理室内に励起した処理ガスのプラズマによって、被処理基体例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」とも称する）Ｗに所定のプラズマ処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置を例に挙げる。図１０は、図２に示すプロセスモジュールＰＭ１として用いることができる一実施形態のプラズマ処理装置１０を示す概要図である。図１１は図１０に示す高周波アンテナ１４０を上方から見た平面図である。プラズマ処理装置１０は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理容器（チャンバ）１９２を備える。処理容器１９２は、その内部に空間を画成する。なお、処理容器１９２の形状は円筒状に限られるものではない。例えば角筒状（例えば箱状）であってもよい。
処理容器１９２の底部には、ウエハＷを載置するための載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、アルミニウムなどで略柱状（例えば円柱状）に成形されている。なお、載置台１１０の形状についても円柱状に限られるものではない。例えば角柱状（例えば多角柱状）であってもよい。なお、図示はしないが、載置台１１０にはウエハＷをクーロン力により吸着保持する静電チャック、ヒータや冷媒流路などの温度調整機構等、必要に応じて様々な機能を設けることができる。このような載置台１１０の変形例についての詳細は後述する。
処理容器１９２の天井部には、例えば石英ガラスやセラミックなどで構成された板状誘電体１９４が載置台１１０に対向するように設けられている。具体的には板状誘電体１９４は例えば円板状に形成され、処理容器１９２の天井部に形成された開口を塞ぐように気密に取り付けられている。
処理容器１９２の内部には、空間をプラズマ生成空間Ｓ１及び基板処理空間Ｓ２に仕切る仕切板２３０が設けられている。プラズマ生成空間Ｓ１は、プラズマ源によってプラズマが生成される空間である。基板処理空間Ｓ２は、ウエハＷが載置される空間である。仕切板２３０は、少なくとも２つの板状部材２３０Ａ、２３０Ｃを備えている。２つの板状部材２３０Ａ、２３０Ｃは、プラズマ生成空間Ｓ１から基板処理空間Ｓ２へ向けて重ね合わせて配置される。板状部材２３０Ａと板状部材２３０Ｃとの間には、両者の間隔を所定の値に維持するスペーサー２３０Ｂが配置されている。図１２は、仕切板２３０の概要図である。図１２に示すように、板状部材２３０Ａ、２３０Ｃは、重ね合わせ方向へ貫通する複数のスリット２３１Ａ，２３１Ｃを備えている。なお、該スリットは貫通孔でもよい。そして、板状部材２３０Ａにおける各スリットは、重ね合わせ方向からみて、他方の板状部材２３０Ｃにおける各スリットと重ならないように配置されている。板状部材２３０Ａ、２３０Ｃの材料としては、例えば石英ガラスが用いられる。スペーサー２３０Ｂの材料としては、例えばＡｌが用いられる。プラズマ生成空間Ｓ１及び基板処理空間Ｓ２を仕切る仕切板２３０は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する、いわゆるイオントラップとして機能する。
処理容器１９２には、第１処理ガスを供給する第１ガス供給部１２０Ａが設けられている。第１ガス供給部１２０Ａは、上述したプラズマ生成空間Ｓ１へ第１処理ガスを供給する。処理容器１９２の側壁部にはガス導入口１２１が形成されており、ガス導入口１２１にはガス供給配管１２３Ａを介してガス供給源１２２Ａが接続されている。ガス供給配管１２３Ａの途中には第１処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ１２４Ａ、開閉バルブ１２６Ａが介在している。このようなガス供給部１２０Ａによれば、ガス供給源１２２Ａからの第１処理ガスは、マスフローコントローラ１２４Ａにより所定の流量に制御されて、ガス導入口１２１から処理容器１９２のプラズマ生成空間Ｓ１へ供給される。
第１処理ガスは、プラズマ源によって発生したプラズマによって解離しラジカルを生成する分解性のガスである。このラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルであってもよい。第１処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスであってもよい。具体的には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４又はＳＦ６等である。還元反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、Ｈ２等が挙げられる。酸化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、Ｏ２等が挙げられる。塩化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等が挙げられる。フッ化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等が挙げられる。
また、処理容器１９２には、第２処理ガスなどを供給する第２ガス供給部１２０Ｂが設けられている。第２ガス供給部１２０Ｂは、上述した基板処理空間Ｓ２へ第２処理ガスを供給する。処理容器１９２の基板処理空間Ｓ２には、ガス供給ヘッド２４０が配置されており、ガス供給ヘッド２４０にはガス供給配管１２３Ｂを介してガス供給源１２２Ｂが接続されている。図１２には、仕切板２３０の下方に配置されたガス供給ヘッド２４０が示されている。ガス供給ヘッド２４０は、下方向（すなわち載置台１１０に向かう方向）に複数のガス穴２４０が開口されている。このように、下方向にガスが流通することで、反応性の第２処理ガスをウエハＷへ適切に供給することができる。なお、ガス穴２４０を上方向（すなわち仕切板２３０に向かう方向）に開口してもよい。この場合、仕切板２３０を透過したラジカルと第２処理ガスとを適切に混合することができる。ガス供給配管１２３Ｂの途中には第２処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ１２４Ｂ、開閉バルブ１２６Ｂが介在している。このようなガス供給部１２０Ｂによれば、ガス供給源１２２Ｂからの第２処理ガスは、マスフローコントローラ１２４Ｂにより所定の流量に制御されて、ガス供給ヘッド２４０から処理容器１９２の基板処理空間Ｓ２へ供給される。
第２処理ガスは、プラズマに晒すことなく反応生成物と反応させるための反応性のガスである。この第２処理ガスとしては、例えば反応生成物との反応が載置台１１０の温度に依存するガスを含んでもよい。具体的には、ＨＦ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、ＰＦ３、Ｆ２、ＣｌＦ３、ＣＯＦ２、シクロペンタジエン又はＡｍｉｄｉｎａｔｏ等が用いられる。また、第２処理ガスは、電子供与性ガスを含み得る。電子供与性ガスとは、一般的には、電気陰性度又はイオン化ポテンシャルが大きく異なる原子で構成されるガス、あるいは孤立電子対を持つ原子を含むガスをいう。電子供与性ガスは、他の化合物に電子を与えやすい性質を有する。例えば、金属化合物等と配位子として結合し蒸発する性質を有する。電子供与性ガスとしては、ＳＦ６、ＰＨ３、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＢｒ３、ＰＩ３、ＣＦ４、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳｅＨ２、ＴｅＨ２、Ｃｌ３Ｆ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２等、又は、カルボニル基を含有するガスが挙げられる。
なお、図１０では説明を簡単にするため、ガス供給部１２０Ａ,１２０Ｂを一系統のガスラインで表現しているが、ガス供給部１２０Ａ,１２０Ｂは単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく、複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には、複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し、各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。また、図１０ではガス供給部１２０Ａを処理容器１９２の側壁部からガスを供給するように構成した場合を例に挙げているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば処理容器１９２の天井部からガスを供給するように構成してもよい。この場合には、例えば板状誘電体１９４の例えば中央部にガス導入口を形成し、そこからガスを供給するようにしてもよい。
処理容器１９２の底部には、処理容器１９２内の雰囲気を排出する排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は例えば真空ポンプにより構成され、処理容器１９２内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。なお、プラズマ生成空間Ｓ１で生成されたラジカルは、排気部１３０によって形成された、プラズマ生成空間Ｓ１と基板処理空間Ｓ２との圧力差によって、プラズマ生成空間Ｓ１から仕切板２３０を透過して基板処理空間Ｓ２へ移動する。
処理容器１９２の側壁部にはウエハ搬出入口１３４が形成され、ウエハ搬出入口１３４にはゲートバルブ１３６が設けられている。例えばウエハＷの搬入する際には、ゲートバルブ１３６を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハＷを処理容器１９２内の載置台１１０上に載置し、ゲートバルブ１３６を閉じてウエハＷの処理を行う。
処理容器１９２の天井部には、板状誘電体１９４の上側面（外側面）に平面状の高周波アンテナ１４０と、高周波アンテナ１４０を覆うシールド部材１６０が配設されている。本実施形態における高周波アンテナ１４０は、大別すると板状誘電体１９４の中央部に配置された内側アンテナ素子１４２Ａと、その外周を囲むように配置された外側アンテナ素子１４２Ｂとで構成される。各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂはそれぞれ、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状に形成される。
各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂはともに、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。各挟持体１４４は例えば図１１に示すように棒状に形成し、これらの挟持体１４４を内側アンテナ素子１４２Ａの中央付近から外側アンテナ素子１４２Ｂの外側に張り出すように放射線状に配置する。図１１は、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂを３つの挟持体１４４で挟持した場合の具体例である。
シールド部材１６０は、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂの間に設けられた筒状の内側シールド壁１６２Ａと、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられた筒状の外側シールド壁１６２Ｂとを備える。これにより、板状誘電体１９４の上側面は、内側シールド壁１６２Ａの内側の中央部（中央ゾーン）と、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の周縁部（周縁ゾーン）に分けられる。
内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように円板状の内側シールド板１６４Ａが設けられている。外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の開口を塞ぐようにドーナツ板状の外側シールド板１６４Ｂが設けられている。
なお、シールド部材１６０の形状は、円筒状に限られるものではない。シールド部材１６０の形状を例えば角筒状など他の形状にしてもよいが、処理容器１９２の形状に合わせることが好ましい。ここでは、例えば処理容器１９２を略円筒状としているので、それに合わせてシールド部材１６０も略円筒状に形成している。また、処理容器１９２が略角筒状であれば、シールド部材１６０も略角筒状とするのが好ましい。
各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂが別々に接続されている。これにより、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂには同じ周波数又は異なる周波数の高周波を印加できる。例えば内側アンテナ素子１４２Ａに高周波電源１５０Ａから所定の周波数（例えば４０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入された処理ガスが励起され、ウエハＷ上の中央部にドーナツ型のプラズマが生成される。
また、外側アンテナ素子１４２Ｂに高周波電源１５０Ｂから所定の周波数（例えば６０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入された処理ガスが励起され、ウエハＷ上の周縁部に別のドーナツ型のプラズマが生成される。
これらのプラズマによって、第１処理ガスからラジカルが生成される。各高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂから出力される高周波は、上述した周波数に限られるものではない。例えば１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚなど様々な周波数の高周波を供給できる。但し、高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂから出力される高周波に応じて各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。また、内側シールド板１６４Ａ、外側シールド板１６４Ｂはそれぞれ、アクチュエータ１６８Ａ、１６８Ｂによって別々に高さが調整できるようになっている。
プラズマ処理装置１０には、制御部２００が接続されており、この制御部２００によってプラズマ処理装置１０の各部が制御されるようになっている。また、制御部２００には、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部２１０が接続されている。
さらに、制御部２００には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理を制御部２００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピデータなどが記憶された記憶部２２０が接続されている。
記憶部２２０には、例えばウエハＷのプロセス処理を実行させるための複数のプロセス処理レシピの他、処理容器１９２内のクリーニング処理など必要な処理を行うためのレシピなどが記憶されている。これらのレシピは、プラズマ処理装置１０の各部を制御する制御パラメータ、設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。例えばプロセス処理レシピは、例えば処理ガスの流量、処理容器１９２内の圧力、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂに印加する高周波の周波数やパワーなどのパラメータ値を有する。
なお、これらのレシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく、またＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部２２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。
制御部２００は、操作部２１０からの指示等に基づいて所望のプロセス処理レシピを記憶部２２０から読み出して各部を制御することで、プラズマ処理装置１０での所望の処理を実行する。また、操作部２１０からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
上述したプラズマ処理装置１０を用いて反応生成物の除去が実行される。図１３は、図３の工程Ｓ３の詳細フローである。上述の通り、反応生成物には、マスク１０７及び第１磁性層１０５に含まれる金属、該金属の酸化物、塩化物、窒化物、ハロゲン化物、又は、ＣやＳｉを含有する化合物等が含まれる可能性があり、ラジカルのみ、又は、反応性ガスのみでは除去しきれない。このため、反応生成物の除去は、工程Ｓ３０（第１処理ステップ）にて前処理を行い、反応生成物を除去しやすいように処理した後、あるいは同時に、工程Ｓ３２（第２処理ステップ）において反応生成物を除去する。すなわち、前処理は、工程Ｓ３２において反応生成物を除去しやすいように、反応生成物の表面をラジカルで処理する工程である。工程Ｓ３０で用いられるガスは、上述した第１処理ガスである。第１処理ガスは、反応生成物が何であるか、さらには後述する工程Ｓ３２において反応生成物を除去するガスが何であるかによって決定される。
例えば、反応生成物が金属、金属酸化物又はＳｉ又はＳｉＯ２を含有するとする。この場合、反応生成物を除去する第２処理ガスとして、ＰＦ３を用いることができる。ＰＦ３は、金属や化合物に配位して剥離、蒸発して排気される。ここで、ＰＦ３は、金属に関しては、中性の金属に配位して蒸発する性質を有する。このため、ＰＦ３を用いて反応生成物を効率良く除去するために、金属酸化物を還元する前処理を実行する。例えば、第１処理ガスとして、Ｈ２を採用する。プラズマ生成空間Ｓ１に供給されたＨ２は、プラズマによって水素ラジカルを発生する。発生した水素ラジカルは、仕切板２３０を透過し、基板処理空間Ｓ２へ移動し、金属酸化物を還元して金属とする。その後、あるいは同時に供給したＰＦ３が金属に配位して蒸発し排気される。
また、例えば、反応生成物が金属を含有するとする。この場合、反応生成物を除去する第２処理ガスとして、ジクロペンタジエンを用いることができる。ジクロペンタジエンは、イオン化された金属と反応（置換）して化合物を生成し、蒸発、排気される。このため、ジクロペンタジエンを用いて反応生成物を効率良く除去するために、金属をイオン化する前処理を実行する。例えば、第１処理ガスとして、塩化反応するラジカルを生成するガスを選択する。例えば、Ｃｌ２を採用する。プラズマ生成空間Ｓ１に供給されたＣｌ２は、プラズマによって塩素ラジカルを発生する。発生した塩素ラジカルは、仕切板２３０を透過し、基板処理空間Ｓ２へ移動し、金属を反応して塩化金属となる。その後、あるいは同時に供給したジクロペンタジエンが塩化金属と反応し、蒸発し排気される。
また、例えば、反応生成物がＳｉを含有するとする。この場合、反応生成物を除去する第２処理ガスとして、ＨＦを用いることができる。ＨＦは、ＳｉＯ２を好適にアッシングする。このため、ＨＦを用いて反応生成物を効率良く除去するために、Ｓｉを酸化する前処理を実行する。例えば、第１処理ガスとして、酸化反応するラジカルを生成するガスを選択する。例えば、Ｏ２を採用する。プラズマ生成空間Ｓ１に供給されたＯ２は、プラズマによって酸素ラジカルを発生する。発生した酸素ラジカルは、仕切板２３０を透過し、基板処理空間Ｓ２へ移動し、Ｓｉを反応してＳｉＯ２となる。その後、あるいは同時に供給したＨＦがＳｉＯ２をアッシングする。
上述した工程Ｓ３０及び工程Ｓ３２を繰り返し実行することで、ラジカルで表面を処理しながら除去を進めることができる。あるいは、工程Ｓ３０及び工程Ｓ３２を同時進行で進めてもよい。
以上、実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、処理容器１９２内に仕切板２３０が配置され、プラズマ生成空間Ｓ１及び基板処理空間Ｓ２に仕切られている。この仕切板２３０は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制し、中性のラジカルを透過させる。また、第１処理ガス供給部１２２Ａは、第１処理ガスをプラズマ生成空間Ｓ１へ供給する。このように構成することで、第１処理ガスから生成されたイオンは仕切板２３０で遮断され、第１処理ガスから生成されたラジカルのみが基板処理空間Ｓ２へ移動し、反応生成物と反応する。すなわち、イオンによる基板ダメージを最小にしつつ、反応生成物の処理に必要なラジカルのみを取り出すことができる。また、第２処理ガス供給部１２２Ａは、第２処理ガスを基板処理空間へ供給する。このため、第２処理ガスはプラズマに晒されることなく反応生成物と反応する。このように、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。さらに、上述したＰＦ３やジクロペンタジエンが配位した化合物は、プラズマに晒されると解離してしまうため、プラズマ照射環境では、電子供与性ガスを用いて金属の剥離を効率的に行うことができない。一方、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、仕切板２３０によってプラズマが遮蔽されるため、ＰＦ３やジクロペンタジエンが配位した化合物が解離されることはない。このため、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
また、実施形態に係るプラズマ処理方法では、工程Ｓ３０に示す前処理を実行し、第１処理ガスから生成されたラジカルのみを基板処理空間へ移動させ、反応生成物と反応させることができる。また、工程Ｓ３２を実行することで、第２処理ガスをプラズマに晒すことなく反応生成物と反応させることができる。このように、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。また、ラジカル及び第２処理ガスの反応を真空一貫で実行することができるため、処理によって新たな反応生成物が形成されることを回避することができる。さらに、ラジカルを反応生成物と反応させて、反応生成物を第２処理ガスと反応し易い物質に変化させることができる。このように、ラジカルと反応性の第２処理ガスとの相互作用によって、被エッチング膜をエッチングした際に生成される反応生成物を適切に除去することができる。
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
例えば、下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、及び絶縁層１０４は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７は多層構造をなしていてもよい。
例えば、前処理Ｓ３０は、必ずしも実行する必要はなく、反応生成物の種類や第２処理ガスの種類に応じて実行しなくてもよい。例えば、反応生成物がＣや金属としてＴｉ、Ｗを含有するとする。この場合、Ｃを除去する第２処理ガスとして、Ｏ２を用いることができる。また、Ｔｉを除去する第２処理ガスとして、Ｃｌ２やＢＣｌ２等を用いることができる。また、Ｗを除去する第２処理ガスとして、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＦ４等を用いることができる。これらの処理においては前処理を実行することなく工程Ｓ３２を実行してもよい。また、工程Ｓ３２の後に、修復・観察等の後工程を適宜実行してもよい。
また、上述した実施形態では、プラズマ源としていわゆるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いる場合を説明したが、これに限られるものではなく、電子密度が１０１０〜１０１２オーダーのプラズマ源、例えばＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)やマイクロ波を用いたものであってもよい。また、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）等のプラズマ源であってもよい。
［実施例］
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
比較例１では、図５に示すように基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングしたものを初期状態とし、電子顕微鏡で観察した。また、ＨＦ／ＣＨ４ガスを供給して反応生成物と反応させた後、電子顕微鏡で観察した。図１４の（Ａ）は、反応生成物を除去する前（初期状態）のＳＥＭ像の模式図であり、図１４の（Ｂ）は、ガスを供給した後のＳＥＭ像の模式図である。図１４に示すように、ＨＦ／ＣＨ４ガスによって処理した場合、処理前後において、ＭＲＡＭ素子底部の幅（Ｂｔｍ ＣＤ）が４０ｎｍと変化がないことが確認された。すなわち、金属を含有する層のエッチングによって生成する反応生成物は、反応ガスのみでは除去できないことが確認された。
（実施例１）
実施例１では、図４の状態を初期状態とし、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングして電子顕微鏡で観察した。また、図１０に示すプラズマ処理装置１０により、反応生成物を除去し、電子顕微鏡で観察した。実施例１では、第１処理ガスとしてＢＣｌ３及びＡｒを用い、第２処理ガスとしてＨＦを用いた。詳細を以下に示す。
空間の圧力：１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）
プラズマ源の電力：３００Ｗ
ＢＣｌ３ガス：２８０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：３００ｓｃｃｍ
ＨＦガス：２０００ｓｃｃｍ
処理時間：１８０秒
基板温度：１５０℃
実施例１の初期状態の断面ＳＥＭ像の模式図を図１５の（Ａ）に示す。図１５の（Ｂ）は、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングした状態の断面ＳＥＭ像の模式図である。図１５の（Ｃ）は、図１０に示すプラズマ処理装置１０により、反応生成物を除去した後の断面ＳＥＭ像の模式図である。なお、図１６の（Ａ）は、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングした状態のＳＥＭ像の模式図である。図１６の（Ｂ）は、図１０に示すプラズマ処理装置１０により、反応生成物を除去した後の断面ＳＥＭ像の模式図である。
図１５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｂｔｍ ＣＤが２３．４ｎｍから３５．８ｎｍになっていることが確認された。これは、エッチングにより反応生成物が付着したためである。また、図１５の（Ｂ）及び（Ｃ）、図１６に示すように、反応生成物が除去され、Ｂｔｍ ＣＤが３５．８ｎｍから当初の値にほぼ等しい２４ｎｍになっていることが確認された。このように、図１０に示すプラズマ処理装置１０により、反応生成物を適切に除去できることが確認された。
（実施例２）
実施例２では、図４の状態を初期状態とし、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングして電子顕微鏡で観察した。また、液体のＨＦ（５％）及びＰＦ３で反応生成物を除去し、電子顕微鏡で観察した。詳細を以下に示す。
空間の圧力：２０Ｔｏｒｒ（２６６０Ｐａ）
プラズマ源の電力：０Ｗ（Ｎｏｎ−Ｐｌａｓｍａ）
ＰＦ３ガス：２５ｓｃｃｍ
処理時間：１８００秒
基板温度：２５０℃
実施例２の初期状態の断面ＳＥＭ像の模式図を図１７の（Ａ）に示す。図１７の（Ｂ）は、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングした状態の断面ＳＥＭ像の模式図である。図１７の（Ｃ）は、反応生成物を除去した後の断面ＳＥＭ像の模式図である。なお、図１８の（Ａ）は、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までエッチングした状態のＳＥＭ像の模式図である。図１８の（Ｂ）は、反応生成物を除去した後の断面ＳＥＭ像の模式図である。
図１７の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｂｔｍ ＣＤが２３．４ｎｍから３０ｎｍになっていることが確認された。これは、エッチングにより反応生成物が付着したためである。また、図１７の（Ｂ）及び（Ｃ）、図１８に示すように、反応生成物が除去され、Ｂｔｍ ＣＤが３０ｎｍから２８ｎｍになっていることが確認された。このように、反応生成物を適切に除去できることが確認された。
１０…プラズマ処理装置（基板処理装置）、１２…処理容器、１４…ベース（第２電極）、２０…基板処理システム、２６…排気装置、３２…第２高周波電源（第２電源部）、３５…第１高周波電源（第１電源部）、４０…電極板（第１電極）、１００…ＭＲＡＭ素子、１０１…下部電極層、１０２…ピン止め層、１０３…第２磁性層、１０４…絶縁層、１０５…第１磁性層、１０６…上部電極層、１０７…エッチングマスク、１０８…絶縁膜、１１０…載置台、１２０Ａ…第１ガス供給部、１２０Ｂ…第２ガス供給部、１９２…処理容器、Ｓ１…プラズマ生成空間、Ｓ２…基盤処理空間、Ｗ…被処理基体、Ｚ…残留物。

Claims (34)

  1. 被処理基体に含まれる被エッチング層がエッチングされることで堆積した反応生成物を処理する基板処理装置であって、
    空間を画成する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、前記空間をプラズマ生成空間及び該プラズマ生成空間の下方の基板処理空間に仕切り、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する仕切板と、
    前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するプラズマ源と、
    前記基板処理空間に配置され、前記被処理基体を載置する載置台と、
    前記プラズマによって解離しラジカルを生成する第１処理ガスを、前記処理容器の側壁部又は天井部に設けられたガス導入口から前記プラズマ生成空間へ供給する第１処理ガス供給部と、
    前記プラズマに晒すことなく前記反応生成物と反応させる第２処理ガスを、前記仕切板の下方に設けられたガス供給ヘッドから前記基板処理空間へ供給する第２処理ガス供給部と、
    を備え、
    前記反応生成物を前記ラジカルと前記第２処理ガスとの相互作用によって除去するために、前記第２処理ガス供給部による前記第２処理ガスの前記基板処理空間への供給より前、又は、前記第２処理ガス供給部による前記第２処理ガスの前記基板処理空間への供給と同時に、前記プラズマ生成空間から前記基板処理空間に前記ラジカルを供給するよう、前記第１処理ガス供給部が前記第１処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給する、
    基板処理装置。
  2. 前記基板処理空間に設けられ、前記処理容器の空間を減圧する排気部をさらに備える請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記仕切板は、少なくとも２つの板状部材からなり、
    ２つの前記板状部材は、前記プラズマ生成空間から前記基板処理空間へ向けて重ね合わせて配置され、
    各板状部材は、重ね合わせ方向へ貫通する複数の貫通孔を有し、
    一方の前記板状部材における各貫通孔は、重ね合わせ方向からみて、他方の前記板状部材における各貫通孔と重ならない請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記ラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルである請求項１〜３の何れか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記第１処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスである請求項１〜４の何れか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記第１処理ガスは、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４、又は、ＳＦ６を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記第２処理ガスは、前記反応生成物との反応が前記載置台の温度に依存するガスを含む請求項１〜６の何れか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記第２処理ガスは、ＨＦ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、ＰＦ３、Ｆ２、ＣｌＦ３、ＣＯＦ２、シクロペンタジエン、又は、Ａｍｉｄｉｎａｔｏを含む、請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記第２処理ガスは、電子供与性ガスを含む請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 前記第２処理ガスは、ＳＦ６、ＰＨ３、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＢｒ３、ＰＩ３、ＣＦ４、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳｅＨ２、ＴｅＨ２、Ｃｌ３Ｆ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、又は、カルボニル基を含有するガスを含む、請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記プラズマ源は、前記処理容器の天井部に設けられた板状誘電体の上側面の上に設けられた、誘導磁界を形成するための平面状の高周波アンテナを含む、請求項１〜１０の何れか一項に記載の基板処理装置。
  12. 前記高周波アンテナは、前記板状誘電体の中央部の上に設けられた内側アンテナ素子、及び、該内側アンテナ素子の外周を囲むように配置された外側アンテナ素子を含む、請求項１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記内側アンテナ素子及び前記外側アンテナ素子は、渦巻きコイル状に形成されている、請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記内側アンテナ素子に接続された第１の高周波電源と、前記外側アンテナ素子に接続された第２の高周波電源と、を更に備える、請求項１２又は１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記高周波アンテナを覆うシールド部材を更に備え、
    前記シールド部材は、前記内側アンテナ素子の上に設けられた内側シールド板、及び、前記外側アンテナ素子の上に設けられた外側シールド板を含み、
    前記内側シールド板の高さを調整する第１のアクチュエータ、及び、前記外側シールド板の高さを調整する第２のアクチュエータを更に備える、
    請求項１２〜１４の何れか一項に記載の基板処理装置。
  16. 前記第１処理ガス供給部が前記第１処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給することと、前記第２処理ガス供給部が前記第２処理ガスを前記基板処理空間へ供給することとを繰り返す、請求項１〜１５の何れか一項に記載の基板処理装置。
  17. 前記第２処理ガス供給部による前記第２処理ガスの前記基板処理空間への供給と同時に、前記プラズマ生成空間から前記基板処理空間に前記ラジカルを供給するよう、前記第１処理ガス供給部が前記第１処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給する、請求項１〜１５の何れか一項に記載の基板処理装置。
  18. 被処理基体に含まれる被エッチング層がエッチングされることで堆積した反応生成物を、基板処理装置を用いて処理する基板処理方法であって、
    前記基板処理装置は、
    空間を画成する処理容器と、
    前記処理容器内に配置され、前記空間をプラズマ生成空間及び該プラズマ生成空間の下方の基板処理空間に仕切り、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する仕切板と、
    前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するプラズマ源と、
    前記基板処理空間に配置され、前記被処理基体を載置する載置台と、
    前記プラズマによって解離しラジカルを生成する第１処理ガスを、前記処理容器の側壁部又は天井部に設けられたガス導入口から前記プラズマ生成空間へ供給する第１処理ガス供給部と、
    前記プラズマに晒すことなく前記反応生成物と反応させる第２処理ガスを、前記仕切板の下方に設けられたガス供給ヘッドから前記基板処理空間へ供給する第２処理ガス供給部と、
    を備え、
    前記基板処理方法は、
    プラズマが生成された前記プラズマ生成空間へ前記第１処理ガス供給部から前記第１処理ガスを供給してラジカルを生成し、該ラジカルを前記基板処理空間へ供給して前記反応生成物と反応させる第１処理ステップと、
    前記基板処理空間へ前記第２処理ガス供給部から前記第２処理ガスを供給して前記反応生成物と反応させる第２処理ステップと、
    を備え、
    前記反応生成物を前記ラジカルと前記第２処理ガスとの相互作用によって除去するために、前記第１処理ステップは、前記第２処理ステップより前又は前記第２処理ステップと同時に実施される、
    基板処理方法。
  19. 前記第１処理ステップ及び前記第２処理ステップは、同一の前記基板処理装置で行われる請求項１８に記載の基板処理方法。
  20. 被エッチング層は、金属元素を含有する層である請求項１８又は１９に記載の基板処理方法。
  21. 前記ラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルである請求項１８〜２０の何れか一項に記載の基板処理方法。
  22. 前記第１処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスである請求項１８〜２１の何れか一項に記載の基板処理方法。
  23. 前記第１処理ガスは、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４、又は、ＳＦ６を含む、請求項１８〜２０の何れか一項に記載の基板処理方法。
  24. 前記第２処理ガスは、前記反応生成物との反応が前記載置台の温度に依存するガスを含む請求項１８〜２３の何れか一項に記載の基板処理方法。
  25. 前記第２処理ガスは、ＨＦ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、ＰＦ３、Ｆ２、ＣｌＦ３、ＣＯＦ２、シクロペンタジエン、又は、Ａｍｉｄｉｎａｔｏを含む、請求項２４に記載の基板処理方法。
  26. 前記第２処理ガスは、電子供与性ガスを含む請求項２４に記載の基板処理方法。
  27. 前記第２処理ガスは、ＳＦ６、ＰＨ３、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＢｒ３、ＰＩ３、ＣＦ４、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳｅＨ２、ＴｅＨ２、Ｃｌ３Ｆ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、又は、カルボニル基を含有するガスを含む、請求項２６に記載の基板処理方法。
  28. 前記プラズマ源は、前記処理容器の天井部に設けられた板状誘電体の上側面の上に設けられた、誘導磁界を形成するための平面状の高周波アンテナを含む、請求項１８〜２７の何れか一項に記載の基板処理方法。
  29. 前記高周波アンテナは、前記板状誘電体の中央部の上に設けられた内側アンテナ素子、及び、該内側アンテナ素子の外周を囲むように配置された外側アンテナ素子を含む、請求項２８に記載の基板処理方法。
  30. 前記内側アンテナ素子及び前記外側アンテナ素子は、渦巻きコイル状に形成されている、請求項２９に記載の基板処理方法。
  31. 前記基板処理装置は、前記内側アンテナ素子に接続された第１の高周波電源と、前記外側アンテナ素子に接続された第２の高周波電源と、を更に備える、請求項２９又は３０に記載の基板処理方法。
  32. 前記基板処理装置は、前記高周波アンテナを覆うシールド部材を更に備え、
    前記シールド部材は、前記内側アンテナ素子の上に設けられた内側シールド板、及び、前記外側アンテナ素子の上に設けられた外側シールド板を含み、
    前記基板処理装置は、前記内側シールド板の高さを調整する第１のアクチュエータ、及び、前記外側シールド板の高さを調整する第２のアクチュエータを更に備える、
    請求項２９〜３１の何れか一項に記載の基板処理方法。
  33. 前記第１処理ステップと前記第２処理ステップが繰り返される、請求項１８〜３２の何れか一項に記載の基板処理方法。
  34. 前記第１処理ステップは前記第２処理ステップと同時に実施される、請求項１８〜３２の何れか一項に記載の基板処理方法。
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