WO2013099719A1 - 基板処理装置及び金属膜のエッチング方法、磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び金属膜のエッチング方法、磁気抵抗効果素子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention is an etching method for a metal film using the substrate processing apparatus and which, furthermore to a method for producing the magnetoresistance effect element.
  • plasma processing apparatus In the manufacture of various electronic parts, substrate processing using plasma is performed.
  • plasma processing apparatus a processing apparatus using such plasma (hereinafter referred to as “plasma processing apparatus”), an antenna for power input is provided outside the discharge region of the vacuum vessel, and a high frequency is applied to the inside of the vacuum vessel.
  • An apparatus for generating plasma is generally used (see Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, since the high-frequency voltage generated in the antenna is electrostatically coupled to the plasma, a so-called self-bias potential is generated on the inner wall of the chamber, and the inner wall of the vacuum vessel is sputtered and scraped.
  • a Faraday shield having a floating potential with respect to the ground is installed between two dielectrics provided adjacent to the antenna to prevent the inner wall of the vacuum vessel from being etched.
  • a plasma processing apparatus has also been proposed (see Patent Document 3).
  • etching material is a dielectric, it does not affect the processing characteristics of the device, but if it is a metal film, the power input from the antenna is not transmitted to the inside of the vacuum vessel, making it difficult to generate and maintain plasma. Problems arise. In order to improve such a problem, a method of removing the metal film attached to the region facing the antenna by actively etching the inside of the dielectric is conceivable. At this time will dielectric internally also etched, the dielectric needs to be periodically replaced.
  • a configuration is also conceivable in which sealing is performed between a dielectric in contact with the antenna and a vacuum vessel, and a Faraday shield and a dielectric exposed to plasma are provided in a vacuum.
  • the Faraday shield is exposed to an etching gas that has circulated around the dielectric, so that when the etching gas is a reactive gas, the Faraday shield reacts with the etching gas, causing the Faraday shield to deteriorate. Changes in plasma properties can occur.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a substrate processing apparatus capable of easily replacing a dielectric exposed to plasma and stably etching a metal film for a long time. It is an object to provide a possible etching method.
  • an antenna is fixed to an outer wall of a dielectric that defines a discharge region, a Faraday shield that has a floating potential with respect to the ground is provided on the inner wall, and the Faraday shield has a plasma resistance.
  • One embodiment of the present invention for solving the above-described problems is a vacuum container having a processing space for processing a substrate, a plasma forming space in which plasma is formed, and a part of the vacuum container, A constituent member that is a dielectric material constituting at least a part of the plasma forming space, a conductive member fixed on the constituent member, and the conductive member that is on the plasma forming space side of the constituent member and sandwiches the constituent member.
  • a Faraday shield having a floating potential fixed at a position facing the member; a first dielectric member covering the Faraday shield; the component member; the Faraday shield; and the first dielectric member.
  • a second dielectric member provided at a position opposite to the first dielectric member, wherein the vacuum vessel has a protrusion, and the second dielectric member And it is provided exchangeably on the protrusion.
  • Another embodiment of the present invention is a method for etching a metal film, which includes a vacuum chamber having a processing space in which a substrate is placed and a plasma forming space in which plasma is formed, and part of the vacuum vessel A constituent member that is a dielectric constituting at least a part of the plasma forming space; a conductive member fixed on the constituent member; and the plasma forming space side of the constituent member, the constituent member A Faraday shield having a floating potential fixed at a position facing the conductive member across the substrate, a first dielectric member covering the Faraday shield, the component member, the Faraday shield, and the first dielectric member, A second dielectric member provided at a position facing the antenna across the antenna, wherein the vacuum container has a protrusion, and the second dielectric member is the protrusion.
  • a substrate processing apparatus and wherein the etching the metal film formed on the substrate.
  • the substrate processing apparatus of the present invention it is possible to easily replace the dielectric exposed to the plasma, and to suppress fluctuations in the substrate processing characteristics due to maintenance. Further, according to the etching method of the present invention, the metal film can be stably etched for a long time.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an ion beam etching apparatus as an example of a plasma processing apparatus using a discharge vessel according to the present invention.
  • the ion beam etching apparatus includes a vacuum vessel 100 having a processing space 101 and a plasma formation space 102.
  • an antenna constituted by a bell jar (discharge vessel) 104 constituting the plasma forming space, a gas introducing part 105, and a conductive member for generating an induced magnetic field in the bell jar 104.
  • a discharge power source 112 that supplies high-frequency power (source power) to the antenna 106
  • a matching unit 107 provided between the discharge power source 112 and the antenna 106
  • an electromagnetic coil 108 are installed.
  • the bell jar 104 constitutes a part of the vacuum vessel 100.
  • a grid 109 is installed at the boundary with the processing space 101.
  • the high frequency power supplied from the discharge power source 112 is supplied to the antenna 106, and plasma is formed in the plasma forming space 102 inside the bell jar 104.
  • the bell jar 104 includes a Faraday shield 118 on its inner wall.
  • An exhaust pump 103 is installed in the processing space 101. Further, there is a substrate holder 110 to the processing space 101, the substrate 111 is fixed by a substrate holder 110.
  • a voltage is applied to the grid 109 to extract ions in the plasma forming space 102 as a beam.
  • the extracted ion beam is electrically neutralized by the neutralizer 113 and irradiated onto the substrate 111.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the bell jar 104, which is a characteristic part of the present invention, and its periphery. Note that some components of the apparatus shown in FIG. 1 are omitted.
  • the Faraday shield 118 according to the present invention is fixed to the inner wall of the bell jar 104 as shown in FIG.
  • Various methods can be adopted for fixing the Faraday shield 118.
  • a method of forming a metal film that is the Faraday shield 118 fixed to the inner wall of the bell jar 104 by vacuum deposition or electroless plating of a Faraday shield made of a conductor or spraying a metal such as aluminum can be employed. It is preferred from the viewpoint of productivity of the bell jar 104, in particular to form a Faraday shield 118 by thermal spraying of metals.
  • the material of the bell jar 104 used is the material of the insulator, quartz having excellent workability are preferably used.
  • a high frequency can be applied to the antenna 106 which is a conductive portion, and a material capable of forming a discharge inside the bell jar 104 is used.
  • copper or aluminum is used.
  • a conductor is used for the Faraday shield 118, and for example, aluminum, copper, titanium, molybdenum, tantalum, conductive carbon, or the like is used.
  • the Faraday shield 118 has a plurality of electrodes extending in a direction perpendicular to the antenna 106 positioned on the outer periphery of the bell jar 104 and along the inner wall of the bell jar 104. In order to make the plurality of electrodes arranged in parallel in the circumferential direction have the same potential, one end or both ends of each electrode are electrically connected to electrodes extending in the circumferential direction.
  • the connection position is preferably a position away from the antenna 106 so that power loss due to the induced current does not become a practical problem.
  • the Faraday shield 118 is configured to have a floating potential with respect to the ground as a whole.
  • the aperture ratio of the plurality of electrodes arranged in parallel in the circumferential direction is too large, the cleaning effect of the inner wall of the bell jar 104 is diminished, and if it is too small, the power utilization efficiency from the antenna 106 decreases, so the aperture ratio is about 50%. Is desirable.
  • the thickness of the Faraday shield 118 is preferably thin, but at least it needs to be thicker than the skin depth for the frequency to be used.
  • the thickness of the Faraday shield 118 may be about 20 ⁇ m or more.
  • the antenna 106 is fixed to the outer wall of the bell jar 104 so as to face the Faraday shield 118 at the outer periphery of the bell jar 104.
  • Various methods may be employed for fixing the antenna 106.
  • the antenna 106 is formed on the outer wall of the bell jar 104 by spraying or electroless plating, or by fixing the metal plate to the outer wall of the bell jar 104 by bonding the metal plate to the outer wall of the bell jar 104. Or the like.
  • a conductive wire may be wound around the antenna and bonded.
  • adhesion of a thin metal plate is preferable from the viewpoint of low power loss and ease of power supply.
  • the Faraday shield is installed between the antenna and the plasma, has a floating potential with respect to the ground, passes the high-frequency magnetic field radiated from the antenna, and is directly coupled to the plasma.
  • This refers to a metallic grid-like electrode that has the effect of uniforming a non-uniform high-frequency electric field radiated from the circumferential direction and coupling it to plasma.
  • a high-frequency electric field is generated between the plasma and the inner wall state of the discharge vessel can be controlled by sputtering.
  • deposition on the inner wall of the discharge vessel can be suppressed by setting a sputtering action that exceeds the deposition rate of the deposit.
  • the distance between the antenna 106 and the Faraday shield 118 can be kept constant within the processing accuracy of the bell jar 104.
  • the fixing of the antenna 106 and the Faraday shield 118 means that the antenna 106 and the Faraday shield 118 are integrated with the bell jar 104 by using any of the methods described above.
  • the Faraday shield 118 is covered with a shielding member 122a, so that the Faraday shield 118 is not exposed to the etching gas introduced into the plasma forming space 102.
  • the shielding member 122a can employ various structures. For example, it may be made of plate-like quartz and may be attached to the inner wall of the bell jar 104 so as to seal the space where the Faraday shield 118 is provided. Further, a dielectric film covering Faraday shield 118 may be formed by vapor deposition. However, in consideration of adhesion to the bell jar 104, the shielding member 122a is preferably formed by thermal spraying.
  • alumina Al 2 O 3
  • yttria Y 2 O 3
  • zirconia ZrO 2
  • Yttria is particularly desirable because it is chemically stable.
  • a shielding member 122b is further provided at a position facing the antenna 106 with the bell jar 104, the Faraday shield 118, and the shielding member 122a interposed therebetween.
  • the shielding member 122b is placed on a protruding portion 126 formed on the chamber wall 100a that constitutes a part of the vacuum vessel 100, and can be easily replaced. Quartz is preferably used as the material of the shielding member 122b.
  • the shielding member 122b Since the shielding member 122b is located at a position facing the antenna 106 and is closer to the plasma forming space 102 than the shielding member 122a, the surface is shaved for ion incidence due to self-bias generated in the vicinity of the antenna 106. However, since the shielding member 122b is placed on the protrusion 126, it is sufficient to replace it with another shielding member 122b during maintenance. Since the shielding member 122a covering the Faraday shield 118 is positioned between the antenna 106 and the shielding member 122b, ions accelerated by self-bias are not directly incident. For this reason, the replacement cycle of the shielding member 122a can be made much longer than that of the shielding member 122b.
  • the installation method of the shielding member 122b various forms can be adopted in addition to providing the protruding portion 126 on the chamber wall 100a and placing it on the chamber wall 100a.
  • the protrusion 126 may be formed on the bell jar 104, or the shielding member 122b may be screwed to a part of the chamber wall 100a.
  • a configuration in which the shield member 122b is placed on the protrusion 126 formed on the chamber wall 100a is desirable from the viewpoint of preventing damage and easy replacement.
  • the structure of the discharge device having the antenna 106, the bell jar 104, the Faraday shield 118, and the shielding members 122a and 122b according to the present invention is particularly effective when provided in a substrate processing apparatus for etching a metal film.
  • Such a metal film made of the material to be etched can be removed by ion incidence due to self-bias generated in the vicinity of the antenna 106.
  • the member facing the antenna 106 and provided at the innermost side of the plasma forming space 102 is always etched by ion incidence.
  • the shielding member 122b etched by the incidence of ions is only placed on the protrusion 126 and can be easily replaced, so that it is particularly effective in etching a metal film.
  • the Faraday shield that is a floating potential, it is possible to improve the uniformity of the plasma at each point (in the present invention, in the circumferential direction of the substrate) in the region facing the antenna 106. Therefore, the metal film adhering to the shielding member 122b can be etched with good uniformity at each point in the region facing the antenna 106, and stable generation and maintenance of plasma for a long time is possible.
  • the self-bias potential generated at the position facing the Faraday shield 118 on the surface of the shielding member 122b on the plasma forming space 102 side may reflect the shape of the Faraday shield.
  • a region where the deposit cannot be removed may be generated in a stripe shape.
  • the thickness of the bell jar 104 is desirably 1 mm or more.
  • the proper self-bias potential varies depending on the material of the shielding member 122b, the deposited component, and the like, but is set in the range of several hundred volts to several kilovolts when using a standard apparatus. This value is larger than the threshold value at which the sputtering phenomenon occurs and smaller than the potential generated on the target surface of a general sputtering film forming apparatus.
  • the frequency of the high-frequency power assumed in the present invention is 13.56 MHz.
  • the self-bias potential generated on the surface of the shielding member 122b is a high-frequency voltage induced in the Faraday shield 118 in actual device operation. It becomes about 1/2 of this.
  • the relative permittivity of the bell jar 104 and the shielding members 122a and 122b is the same, and the shielding members 122a and 122b are disposed between the Faraday shield 118 and the plasma without any gap, and the voltage applied to the antenna 106 is 5 kV.
  • the electrode potential is 2 kV.
  • d1 1.5 ⁇ d2 It becomes. That is, when the discharge vessel thickness is 6 mm, the dielectric shield thickness may be 4 mm. In another example, when the discharge vessel thickness is 6 mm and the self-bias potential is 0.5 kV, the combined thickness of the shielding members 122a and 122b is preferably 1.5 mm.
  • the relative permittivity of each member up to the surface of the Faraday shield 118 and the shielding member 122b contacting the plasma is determined.
  • ⁇ 2 in Equation 1 can be obtained.
  • the relative dielectric constant is set to 1, and the distance from the surface on the plasma forming space 102 side of the shielding member 122a to the surface on the Faraday shield side of the shielding member 122b may be multiplied.
  • the self-bias generated on the shielding member 122b is controlled by setting the thickness and relative dielectric constant of each of the shielding members 122a and 122b and the bell jar 104 in accordance with the type of the substance to be etched on the shielding member 122b. It is possible to change the etching characteristics to the shielding member 122b.
  • a single loop antenna (hereinafter referred to as “SLA”) in which the antenna is wound once around the outer periphery of the bell jar 104 is preferably used. The reason for this will be described below.
  • the inductance L of the loop antenna can be obtained from the following equation.
  • L k ⁇ ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ a 2 ⁇ n 2 / b (Formula 2) (Where k: Nagaoka coefficient, ⁇ 0 : permeability of vacuum, a: radius of coil, b: length of coil, n: number of turns of coil)
  • An inductance is obtained when the antenna 106 of the plasma apparatus shown in the embodiment is a coil wound with a metal wire having a width of 3 mm, for example.
  • the interval is set to 1 mm.
  • k Nagaoka coefficient
  • n 1 to 3
  • b 0.003 + n ⁇ 0.001 m
  • L 16.6 ⁇ H.
  • the impedance of the antenna 106 is about 200 ⁇ , about 680 ⁇ , and about 1400 ⁇ , and the impedance increases as the number of turns increases.
  • the maximum value of the high-frequency voltage is large and the maximum value of the high-frequency current is small in proportion to this impedance.
  • the antenna 106 is preferably SLA from the viewpoint of the strength of the shielding member 122a and the shielding member 122b and the replacement period.
  • the number of turns is slightly smaller than one in order to adjust the plasma density distribution near the end. It is possible to increase the number of the ends and to wind the ends to overlap each other.
  • FIG. 3 shows an example of the Faraday shield 118 suitable for the present invention.
  • the conductors 118a are arranged in parallel with a gap 118b, and each conductor 118a is held by a connecting portion 118c.
  • the connecting portion 118c is also made of a conductor.
  • FIG. 4 shows another example of the Faraday shield 118.
  • the Faraday shield 118 shown in FIG. 4 includes a conductor 118a, a gap 118b, and a connecting portion 118c.
  • the basic apparatus configuration is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the shielding member 122b, the protruding portion 126, and the like are omitted.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention.
  • the external wall of the bell jar 104, the recess 120 is formed in the fixed portion of the antenna 106. According to such a configuration, the antenna 106 and the Faraday shield 118 can be set to a desired distance while the bell jar 104 is formed to a predetermined thickness.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the discharge vessel according to the present invention.
  • the external wall of the bell jar 104, the convex portion 121 is formed in the fixed portion of the antenna 106. According to such a configuration, the antenna 106 and the Faraday shield 118 can be set to a desired distance while the bell jar 104 is formed to a predetermined thickness.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the discharge vessel according to the present invention.
  • a recess 127 is formed in the fixed portion of the Faraday shield 118 on the inner wall of the bell jar 104. According to such a configuration, the antenna 106 and the Faraday shield 118 can be set to a desired distance while the bell jar 104 is formed to a predetermined thickness.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the discharge vessel according to the present invention.
  • a convex portion 128 is formed on a fixed portion of the Faraday shield 118 on the inner wall of the bell jar 104. According to such a configuration, the antenna 106 and the Faraday shield 118 can be set to a desired distance while the bell jar 104 is formed to a predetermined thickness.
  • FIG. 9 shows another embodiment of the discharge vessel according to the present invention.
  • the Faraday shield 118 is formed on the intermediate layer 129.
  • the bell jar 104 is heated in a state where plasma is formed in the plasma forming space 102, and the Faraday shield formed on the bell jar 104 is also heated.
  • the Faraday shield 118 is formed on the bell jar 104 by vapor deposition or thermal spraying, the metal film that constitutes the Faraday shield 118 and the dielectric that constitutes the bell jar 104 have greatly different thermal expansion coefficients. The adhesion of the shield 118 is lowered, and problems such as film peeling may occur.
  • an intermediate layer 129 made of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the material constituting the bell jar 104 and smaller than the material constituting the faraday shield 118 is provided between the bell jar 104 and the Faraday shield 118.
  • the intermediate layer 129 By providing the intermediate layer 129, the difference in thermal expansion between the Faraday shield 118 and the member in contact with the Faraday shield 118 is reduced, and the decrease in adhesion is suppressed.
  • the intermediate layer 129 exhibits the particularly effective when forming by thermal spraying a Faraday shield 118. Spraying continue to form a film by blowing particles of film to be formed on the substrate with high energy. For this reason, the sprayed film just formed has a high temperature and a large amount of thermal expansion. And the temperature of the sprayed film is lowered over time, the amount of thermal expansion along the membrane also becomes smaller. In this case the amount of shrinkage of the film is large, peeling and the sprayed film, a problem cracking of the substrate occurs.
  • the intermediate layer 129 made of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the bell jar 104 and smaller than that of the Faraday shield 118 as in this embodiment, damage to the bell jar 104 can be suppressed in addition to peeling of the film of the Faraday shield 118. it can.
  • the discharge vessel is connected to the outside of the vacuum chamber.
  • the discharge vessel according to the present invention is not limited to this, for example, the discharge vessel may be mounted within the vacuum chamber.
  • an insulating member 125 is provided inside the vacuum chamber, and the plasma forming space 102 and another space (processing space 101 in FIG. 10) are partitioned by the insulating member 125 to discharge the discharge vessel. May be formed.
  • the discharge vessel is formed by the insulating member 125 made of quartz, the inner wall of the vacuum chamber, and the grid 109.
  • the Faraday shield 118 is fixed to the wall of the insulating member 125 on the plasma forming space 102 side, and the antenna 106 is fixed to the wall on the other space side.
  • the substrate processing apparatus may be an RIE apparatus or a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) apparatus in addition to the IBE apparatus.
  • PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the RIE apparatus in this embodiment includes a vacuum container 200.
  • the vacuum apparatus 200 includes a processing space 201 in which plasma is formed and substrate processing is performed.
  • the vacuum vessel 200 includes chamber walls 200a and 200b and a dielectric window 204.
  • the substrate holder 210 can hold the substrate 211 and includes a power source 231 and a matching unit 230 for applying a predetermined voltage to the substrate 211.
  • a gas introduction unit 205 for introducing an etching gas into the processing space 201 and an exhaust unit 203 for exhausting the inside of the vacuum vessel 200 are provided.
  • An antenna 206 for supplying power to the processing space 201 is fixed to the dielectric window 204, and the antenna 206 is connected to a matching unit 207 and a power source 212.
  • a Faraday shield 218 having a floating potential with respect to the ground is formed on the processing space 201 side of the dielectric window 204, and a shielding member 222a is formed so as to seal the Faraday shield 218.
  • a protrusion 226 is provided on the chamber wall 200a, and a shielding member 222b can be placed thereon.
  • a self-bias is generated in the vicinity of the antenna 206, and ions in the plasma formed in the processing space 201 are accelerated toward the antenna 206, but the antenna 206 is sandwiched between the dielectric window 204, the Faraday shield 218, and the shielding member 222a. Since the shielding member 222b is located at the opposite position, the ions enter the shielding member 222b. Since the shielding member 222b is placed on the protrusion 226, it can be easily replaced.
  • substrate processing is performed using the IBE apparatus shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a laminated structure of a perpendicular magnetization type TMR element (hereinafter also referred to as a P-TMR element) 700 as an example of an element that can be processed by the IBE apparatus according to the present invention.
  • the P-TMR element includes a RuCoFe layer 702 and a Ta layer 703 as buffer layers, a CoFeB layer 704 as a free layer, an MgO layer 705 as a barrier layer, and a CoFe layer 706 as a first reference layer in order from the lower layer on the substrate 701.
  • the CoFeB layer 707 is formed as the second reference layer
  • the Ta layer 708 is formed as the orientation separation layer
  • the third reference layer 709 is formed as the Ru layer 710 is formed as the nonmagnetic intermediate layer
  • the fourth reference layer 711 is formed as the cap layer.
  • the barrier layer is preferably MgO in order to obtain a high MR ratio.
  • an oxide containing at least one of magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), zinc (Zn), hafnium (Hf), and germanium (Ge) may be used.
  • the third reference layer has a stacked structure of Co and Pd. In this embodiment, Co / Pd is alternately stacked in four layers, and then Co is deposited.
  • the fourth reference layer 711 has a Co / Pd stacked structure, and 14 layers of Co and Pd are alternately stacked.
  • the P-TMR element is composed of a large number of metal films, metal particles are scattered when etching is performed on the laminated film, and a part thereof is deposited on the shielding member 122b.
  • etching proceeds at a rate exceeding the deposition rate of the metal particles on the surface of the shielding member 122b, it is possible to suppress the metal film from being laminated on the shielding member 122b. Further, since the worn shielding member 122b can be easily replaced, productivity can be improved.
  • the P-TMR element is processed using the IBE apparatus shown in FIG. 1, but it may be processed using the RIE apparatus shown in FIG. This is because part of the material to be etched is also physically etched in RIE, and scattered metal particles can be deposited on the shielding member 122b.
  • the substrate processing apparatus according to the present invention can be applied to processing of other metal films, and the effects of the present invention are exhibited.
  • the process of forming the pattern of the P-TMR element shown in the embodiment when the metal film on the element side wall after pattern processing is removed by IBE, or when the surface of the metal film is flattened, etc. It can be applied to metal film processing.

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Abstract

　基板処理装置において消耗した誘電部材を容易に交換可能とするために、誘電体からなる構成部材を挟んでアンテナと対向する位置に設けられたファラデーシールドと、構成部材及びファラデーシールドを挟んでアンテナと対向する位置に設けられた第１の誘電部材と、構成部材とファラデーシールドと第１の誘電部材とを挟んでアンテナと対向する位置に設けられた第２の誘電部材を備え、第２の誘電部材は基板処理装置の真空容器に形成された突出部上に載置されている。

Description

基板処理装置及び金属膜のエッチング方法、磁気抵抗効果素子の製造方法
　本発明は、基板処理装置及びこれを用いた金属膜のエッチング方法、さらには磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
　様々な電子部品等の製造において、プラズマによる基板処理が行われている。このようなプラズマを用いた処理装置（以下、「プラズマ処理装置」という）としては、真空容器における放電領域の外部に電力投入用のアンテナを設け、高周波を印加することで真空容器内部に誘導結合プラズマを発生させる装置が一般に用いられている（特許文献１、特許文献２参照）。またアンテナに発生した高周波電圧はプラズマと静電的に結合するため、チャンバ内壁には所謂自己バイアス電位が発生して真空容器内壁がスパッタリングされ、削られてしまう。このような真空容器内壁のエッチングを改善すべく、アンテナに隣接して設けられた２枚の誘電体の間にアースに対してフローティング電位となるファラデーシールドを設置し、真空容器内壁のエッチングを防ぐプラズマ処理装置も提案されている（特許文献３参照）。
特開２００５－４２１４３号公報 特開２０１１－１４６６９０号公報 特開２０１１－１４６４０９号公報
　エッチング装置において基板上に形成された膜のエッチングを行った場合、飛散した被エッチング材の一部は真空容器内壁に付着する。このエッチング材が誘電体である場合は装置の処理特性に影響を及ぼさないが、金属膜である場合はアンテナから投入された電力が真空容器内部に伝わらずプラズマの生成・維持が困難になるという問題が生じる。このような問題を改善するために、誘電体内部を積極的にエッチングすることでアンテナに対向する領域に付着した金属膜を除去する方法が考えられる。このとき誘電体内部もエッチングされていくため、誘電体は定期的に交換される必要が在る。
　しかし、特許文献３に示される装置の場合、誘電体を交換する場合、誘電体上に設けられたアンテナ、大気側の誘電体及びファラデーシールドを取り外してから交換を行わなければならない。本発明者が研究した結果、アンテナと放電容器内部壁との距離が不均一であると、アンテナ直下の放電容器内部に形成されるプラズマの密度分布が悪化する等の問題が生じることが分かった。従って、上記プラズマ処理装置において所定の性能を得るためには、アンテナと放電容器内部壁との距離及びアンテナとファラデーシールドとの距離の双方において、予め決定された所定の値を維持せねばならない。メンテナンス毎のアンテナ及びファラデーシールドの交換は基板処理の再現性の低下を招き得る。
　一方、アンテナに接する誘電体と真空容器の間でシールを行い、ファラデーシールド及びプラズマに曝露される誘電体を真空中に設ける構成も考えられる。しかしこのような構成においてはファラデーシールドは誘電体を回り込んだエッチングガスに晒されるため、エッチングガスが反応性ガスである場合にファラデーシールドがエッチングガスと反応することでファラデーシールドの変質が生じ、プラズマ特性の変化が生じ得る。またプラズマに晒される誘電体と真空容器をシールすることでファラデーシールドが設けられる空間とプラズマが生成される空間を隔離することも可能であるが、メンテナンス作業が煩雑になるという問題を有する。
　本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、プラズマに晒される誘電体を容易に交換可能な基板処理装置を提供すること、及び安定して金属膜のエッチングを長時間継続可能なエッチング方法を提供することを目的とする。
　本発明は、放電領域を区画する誘電体の外部壁にアンテナを固定し、内部壁にアースに対してフローティング電位となるファラデーシールドを設け、該ファラデーシールドを耐プラズマ性を有する第１の誘電体で被覆し、アンテナと対向する位置であり且つ該誘電体よりもプラズマ側の位置に第２の誘電体を載置することで、該第２の誘電体を容易に交換可能とし、ファラデーシールドをエッチングガスによる変質から保護することをその要旨とする。
　上述した課題を解決するための本発明の一態様は、基板の処理を行う処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、前記構成部材上に固定された導電部材と、前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記アンテナと対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備えた基板処理装置であって、前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は前記突出部に交換可能に設けられていることを特徴とする。
また本発明の他の一態様は、金属膜のエッチング方法であって、基板が載置される処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、前記構成部材上に固定された導電部材と、前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記アンテナと対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備え、前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は前記突出部に交換可能に設けられている基板処理装置を用いて、基板上に形成された金属膜のエッチングを行うことを特徴とする。
　本発明に係る基板処理装置によれば、プラズマに晒される誘電体を容易に交換可能であり、メンテナンスによる基板処理特性の変動を抑制することが可能となる。また本発明に係るエッチング方法によれば、安定して金属膜のエッチングを長時間継続可能となる。
本発明に係る基板処理装置の一例としてのイオンビームエッチング装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る放電容器を説明するための図である。 本発明に好適なファラデーシールドの一例を説明するための図である。 本発明に好適なファラデーシールドの一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。 本発明の一実施形態を説明するための図である。 本発明に係る他の形態のイオンビームエッチング装置を説明するための図である。 本発明に係る基板処理装置の一例としての反応性イオンエッチング装置を説明するための図である。 本発明に係るイオンビームエッチング装置を用いた基板処理の一実施例を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
　本発明に係る放電容器を用いたプラズマ処理装置の一例としての、イオンビームエッチング装置の概略図を図１に示す。
　本発明に係るイオンビームエッチング装置は処理空間１０１とプラズマ形成空間１０２を有する真空容器１００を有する。
　プラズマ形成空間１０２にプラズマを形成するためのプラズマ形成手段として、プラズマ形成空間を構成するベルジャ（放電容器）１０４、ガス導入部１０５、ベルジャ１０４内に誘導磁界を発生させる導電部材から構成されるアンテナ１０６、アンテナ１０６に高周波電力（ソース電力）を供給する放電用電源１１２、放電用電源１１２とアンテナ１０６の間に設けられた整合器１０７、電磁コイル１０８が設置されている。ベルジャ１０４は真空容器１００の一部を構成している。また、処理空間１０１との境界にはグリッド１０９が設置されている。放電用電源１１２から供給された高周波電力がアンテナ１０６に供給され、ベルジャ１０４内部のプラズマ形成空間１０２にプラズマが形成されるようになっている。ベルジャ１０４はその内部壁部にファラデーシールド１１８を備える。
　処理空間１０１には排気ポンプ１０３が設置されている。また、処理空間１０１内には基板ホルダ１１０があり、基板１１１は基板ホルダ１１０により固定される。
　プラズマ形成空間１０２にプラズマが形成された後、グリッド１０９に電圧を印加して、プラズマ形成空間１０２内のイオンをビームとして引き出す。引き出されたイオンビームは、ニュートラライザー１１３により電気的に中和されて、基板１１１に照射される。
　図２に本発明の特徴部分であるベルジャ１０４及びその周辺を拡大した様子を示す。尚、図１において示した装置の一部構成物品は省略して図示している。
　本発明に係るファラデーシールド１１８は図２に示すように、ベルジャ１０４の内部壁に固定されている。ファラデーシールド１１８の固定には種々の方法が採用し得る。例えば、導体からなるファラデーシールドを真空蒸着或いは無電解めっきや、アルミなどの金属を溶射することでベルジャ１０４の内部壁に固定したファラデーシールド１１８である金属膜を形成する方法が採用し得る。特に金属の溶射によってファラデーシールド１１８を形成することがベルジャ１０４の生産性の観点から好ましい。
　ベルジャ１０４の材質としては絶縁体の材質が用いられ、加工性に優れる石英が好適に用いられる。導電部であるアンテナ１０６には高周波の印加が可能であり、ベルジャ１０４の内部に放電を形成し得る材質が用いられ、例えば銅やアルミが用いられる。ファラデーシールド１１８には導体が用いられ、例えばアルミや銅、チタン、モリブデン、タンタル、導電性カーボンなどが用いられる。誘導電流による損失を小さくするためには、非磁性材料を用いるのが望ましい。
　ファラデーシールド１１８は、ベルジャ１０４の外周に位置するアンテナ１０６に対して垂直方向であり且つベルジャ１０４の内壁に沿う方向に伸びる複数の電極を有する。該円周方向に並列した複数の電極を同一電位とするために、各々の電極の一端もしくは両端は、円周方向に伸びる電極に電気的に接続される。該接続する位置は、誘導電流による電力損失が実用的に問題とならないようにアンテナ１０６から離れた位置とすることが望ましい。ファラデーシールド１１８は全体がアースに対してフローティング電位となるように構成される。
　また、円周方向に並列した複数の電極の開口率が大きすぎると、ベルジャ１０４の内壁のクリーニング効果が薄れ、小さすぎるとアンテナ１０６からの電力利用効率が低下するため、開口率は５０％程度とするのが望ましい。
　ファラデーシールド１１８の厚さは薄いことが望ましいが、少なくとも、使用する周波数に対する表皮深さよりも厚くする必要がある。例えば、ファラデーシールド１１８の材料がアルミニウムであり、アンテナ１０６に印加される電力が１３．５６ＭＨｚの高周波である場合、ファラデーシールド１１８の厚みは２０μｍ程度以上あれば良い。
　アンテナ１０６はベルジャ１０４の外周部において、ファラデーシールド１１８と対向するようにベルジャ１０４の外部壁に固定される。アンテナ１０６の固定にも種々の方法が採用し得る。例えば、溶射或いは無電解めっきによってベルジャ１０４の外部壁上にアンテナ１０６を形成する方法や、金属板をベルジャ１０４の外部壁に接着することでベルジャ１０４の外部壁に固定することでアンテナ１０６を形成する方法などが採用され得る。また導線をアンテナに巻きつけ接着してもよい。特に金属薄板の接着が電力の低損失及び電力供給の容易さの観点から好ましい。
　尚、本発明において、ファラデーシールドとは、アンテナとプラズマとの間に設置され、アースに対してフローティング電位であり、アンテナから放射される高周波磁場を通過させてプラズマに直接結合させると同時に、アンテナから放射される周方向に不均一な高周波電場を均一化してプラズマに結合させる作用を有する金属製の格子状電極のことを言う。
　ファラデーシールドを用いることで、プラズマとの間に高周波電場を生成し、スパッタリング作用による放電容器内部壁状態の制御を可能とする。特に、放電容器内部壁に堆積物が付着する場合は、堆積物の付着速度を上回るスパッタリング作用を設定することにより、放電容器内部壁への堆積を抑制することができる。
本発明ではベルジャ１０４にアンテナ１０６及びファラデーシールド１１８を固定するため、ベルジャ１０４の加工精度内においてアンテナ１０６とファラデーシールド１１８の距離を一定に保つことが可能となる。
　また、本発明において、アンテナ１０６及びファラデーシールド１１８の固定とは、上述したような何れかの方法を用いることで、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８をベルジャ１０４と一体とすることをいう。
　ファラデーシールド１１８は、遮蔽部材１２２ａにより被覆されており、ファラデーシールド１１８が、プラズマ形成空間１０２に導入されたエッチングガスに晒されない構造となっている。遮蔽部材１２２ａは種々の構造を採用し得る。例えば板状の石英から構成され、ファラデーシールド１１８が設けられた空間を封止するようにベルジャ１０４の内壁に取り付けられても良い。また蒸着によりファラデーシールド１１８を覆う誘電体膜を形成してもよい。しかし、ベルジャ１０４との密着性を考慮した場合、遮蔽部材１２２ａは溶射により形成されることが望ましい。遮蔽部材１２２ａを溶射により形成する場合は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やイットリア（Ｙ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）が好適に用いられる。イットリアは化学的に安定であるため特に望ましい。
　本発明ではさらに、ベルジャ１０４とファラデーシールド１１８と遮蔽部材１２２ａを挟んでアンテナ１０６と対向する位置に遮蔽部材１２２ｂが設けられている。遮蔽部材１２２ｂは真空容器１００の一部を構成するチャンバ壁１００ａに形成された突出部１２６上に載置されており、容易に交換可能である。遮蔽部材１２２ｂの材質としては石英が好適に用いられる。
遮蔽部材１２２ｂはアンテナ１０６と対向した位置に在り、且つ遮蔽部材１２２ａよりもプラズマ形成空間１０２側に在るため、アンテナ１０６近傍に発生した自己バイアスによるイオン入射のために表面が削られる。しかし、遮蔽部材１２２ｂは突出部１２６上に載置されているため、メンテナンスの際は他の遮蔽部材１２２ｂと交換すれば足りる。ファラデーシールド１１８を被覆する遮蔽部材１２２ａはアンテナ１０６と遮蔽部材１２２ｂとの間に位置するために自己バイアスで加速されたイオンが直接入射することは無い。このため遮蔽部材１２２ａの交換周期は遮蔽部材１２２ｂに比べて遥かに長くすることが可能である。
　遮蔽部材１２２ｂの設置方法については、チャンバ壁１００ａに突出部１２６を設けてその上に載置する以外にも種々の形態を採用し得る。例えば、突出部１２６をベルジャ１０４に形成しても良いし、遮蔽部材１２２ｂをチャンバ壁１００ａの一部に螺子止めしても良い。しかし、遮蔽部材１２２ｂの損傷防止、交換容易性の観点からチャンバ壁１００ａに形成された突出部１２６に載置する構成が望ましい。
　本発明に係るアンテナ１０６、ベルジャ１０４、ファラデーシールド１１８及び遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂを有する放電装置の構造は、金属膜をエッチングする基板処理装置に設けられた際に特に効果を奏する。
　金属膜が形成された基板に対してＩＢＥやＲＩＥといったエッチング処理を行う場合、
エッチングされた金属が飛散し、そのうちの一部はベルジャ１０４の内壁や遮蔽部材１２２ｂの基板を臨む領域に付着する。アンテナ１０６と対向する領域に金属膜が付着すると、アンテナ１０６からプラズマ形成空間１０２に投入された電力が、金属膜中に電流が流れることによって消費され、プラズマ形成空間１０２におけるプラズマの生成・維持が困難となる。
　このような被エッチング材による金属膜は、アンテナ１０６近傍に発生する自己バイアスによるイオン入射によって除去することが可能である。しかし、実際には被エッチング材による付着速度と、イオン入射によるエッチング速度を等しくすることは困難であり、付着速度よりもエッチング速度を大きくしておく必要がある。
　従って、基板処理装置において金属膜のエッチングが行われる場合、アンテナ１０６と対向し、プラズマ形成空間１０２の最も内部側に設けられる部材は常にイオン入射によりエッチングされることとなる。本発明ではイオン入射によりエッチングされる遮蔽部材１２２ｂは突出部１２６上に載置されているのみであり、容易に交換可能であるため、特に金属膜のエッチングにおいて効果を奏する。
　また、フローティング電位であるファラデーシールドを用いることで、アンテナ１０６の対向領域の各点（本発明では基板周方向）におけるプラズマの均一性を向上させることができる。このため、遮蔽部材１２２ｂに付着した金属膜を、アンテナ１０６の対向領域の各点で均一性良好にエッチングすることができ、長時間の安定したプラズマの生成・維持を可能とする。
　ベルジャ１０４の厚みが薄い場合、遮蔽部材１２２ｂのプラズマ形成空間１０２側の面であってファラデーシールド１１８に対向する位置に生じる自己バイアス電位が、ファラデーシールドの形状を反映してしまうことがある。この結果、堆積物が除去できない領域が縞状に発生し得る。この現象を避けるため、ベルジャ１０４の厚みは１ｍｍ以上であることが望ましい。
　また、ファラデーシールド１１８を用いて遮蔽部材１２２ｂに付着する金属膜のクリーニング効果を得るには、遮蔽部材１２２ｂ表面に発生する自己バイアス電圧を適正な範囲に規定する必要がある。自己バイアス電位が小さすぎればクリーニングが不十分となり、大きすぎれば非処理基板等への誘電体薄膜付着や誘電体シールドの短寿命化といった不具合が発生する。
　適正な自己バイアス電位は、遮蔽部材１２２ｂの材質、付着する堆積物の成分等によって異なるが、標準的な装置の使用においては数１００Ｖ～数ｋＶの範囲に設定される。この値は、スパッタ現象が発生する閾値より大きく、かつ一般的なスパッタ成膜装置のターゲット表面に発生する電位よりは小さい。
　本発明で想定されている高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、この周波数帯では遮蔽部材１２２ｂの表面に発生する自己バイアス電位は、実際の装置運用においてはファラデーシールド１１８に誘起される高周波電圧のおよそ１／２程度となる。
　電極に誘起される高周波電圧は、アンテナ１０６に印加される電圧を、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８間の静電容量と、ファラデーシールド１１８とプラズマ間の静電容量とによって分配された値となる。すなわち、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８間の距離をｄ１、比誘電率をε１、ファラデーシールド１１８とプラズマ間の距離をｄ２、比誘電率をε２とすれば、ファラデーシールドに誘起される電圧Ｖｅとアンテナ１０４に印加される電圧Ｖａとの関係は、
　Ｖｅ＝Ｖａ×（ｄ２×ε１／（ｄ１×ε２＋ｄ２×ε１））　　　（式１）
となる。従って、仮にベルジャ１０４と遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂの比誘電率が同一であり、且つファラデーシールド１１８からプラズマ間に遮蔽部材１２２ａと１２２ｂが間隙無く配置されており、アンテナ１０６に印加される電圧が５ｋＶである場合に、自己バイアス電位を１ｋＶとしたい場合、電極電位は２ｋＶであるため、
　ｄ１＝１．５×ｄ２
となる。すなわち、放電容器厚みが６ｍｍの場合には誘電体シールド厚みを４ｍｍとすれば良い。他の例では、放電容器厚みが６ｍｍであり、自己バイアス電位を０．５ｋＶとしたい場合、遮蔽部材１２２ａと１２２ｂを併せた厚みを１．５ｍｍとすると良い。
　遮蔽部材１２２ａ及び１２２ｂの間に間隙が在る場合や遮蔽部材１２２ａ及び１２２ｂの材質が異なる場合は、ファラデーシールド１１８と遮蔽部材１２２ｂのプラズマに接する面までの各部材の比誘電率に各部材の厚みを乗じたものの和を、ファラデーシールド１１８から遮蔽部材１２２ｂのプラズマに接する面までの距離で除した平均の比誘電率を求めることで式１のε２を求めることが可能である。遮蔽部材１２２ａと１２２ｂの間隙については比誘電率を１とし、遮蔽部材１２２ａのプラズマ形成空間１０２側の表面から遮蔽部材１２２ｂのファラデーシールド側の表面までの距離を乗ずればよい。
このように遮蔽部材１２２ａ、１２２ｂ、ベルジャ１０４の各々の厚みや比誘電率を、遮蔽部材１２２ｂ上のエッチングしたい物質の種類にあわせて設定することで、遮蔽部材１２２ｂ上に生じる自己バイアスを制御することができ、遮蔽部材１２２ｂへのエッチング特性を変化させることが可能である。
　本発明においては、ベルジャ１０４の外周をアンテナが１回巻かれているシングルループアンテナ（以下、「ＳＬＡ」という）が好適に用いられる。この理由について以下で説明する。
ループアンテナのインダクタンスＬは次式から求められる。
　Ｌ＝ｋ×μ0×π×ａ2×ｎ2／ｂ　　　（式２）
　（但し、ｋ：長岡係数、μ0：真空の透磁率、ａ：コイルの半径、ｂ：コイルの長さ、ｎ：コイルの巻き数）
　実施例に示されるプラズマ装置のアンテナ１０６が例えば幅３ｍｍの金属線を巻いたコイルである場合のインダクタンスを求める。ベルジャ１０４の外周にアンテナ１０６を複数巻いた場合はその間隔を１ｍｍとする。その他の数値として、ｋ：長岡係数、μ0＝１、ａ＝０．３ｍ、ｎ＝１～３、ｂ＝０．００３＋ｎ×０．００１ｍを代入すれば、ｎ＝１ではＬ＝２．３μＨ、ｎ＝２ではＬ＝８μＨ、ｎ＝３ではＬ＝１６．６μＨとなる。
実施例にあるように、高周波の周波数が１３．５６ＭＨｚであれば、アンテナ１０６のインピーダンスはそれぞれ、約２００Ω、約６８０Ω、約１４００Ωと、巻き数が多いほどインピーダンスが高くなる。
　アンテナ１０６に供給される高周波電力が同じであれば、このインピーダンスに比例して高周波電圧の最大値は大きく、高周波電流の最大値は小さくなる。誘導結合によりプラズマを生成するには高周波電流をなるべく大きくし、更には、高電圧による絶縁破壊を防止する必要があるため、アンテナ１０６のインピーダンスはできるだけ小さくすることが望ましい。すなわち、ファラデーシールド１１８に対向する（ファラデーシールド１１８から見た）アンテナ１０６の面積及びアンテナ１０６の電圧を小さくする必要があり、このためにはアンテナのターン数を少なくすることが望ましい。
　また、すでに述べたように、ファラデーシールド１１８に遮蔽部材１２２ｂの内壁をクリーニングするための効果を付与するには、ファラデーシールド１１８に適正な自己バイアス電位を発生させる必要がある。しかしアンテナインピーダンスが高く、アンテナに高い高周波電圧が発生する構造であると、自己バイアス電位制御のために遮蔽部材１２２ａ及び遮蔽部材１２２ｂを薄くする必要が生じる。従って、遮蔽部材１２２ｂ上に堆積した物質を積極的にエッチングするためには、遮蔽部材１２２ａ及び遮蔽部材１２２ｂの強度や交換周期の観点から、アンテナ１０６はＳＬＡであることが好ましい。
　ＳＬＡを形成する際のアンテナの巻き方については、プラズマの基板周方向の均一性を高めるためにベルジャ１０４の外周を１回転させることが好ましい。ただし、アンテナ１０６がベルジャ１０４の外周に巻かれ始める給電端部、及びベルジャ１０４の外周から離れる終端部においては、端部付近でのプラズマ密度分布を調整するために、巻き数を１回より僅かに増やし、端部同士を重ねるように巻いてもよい。
　図３に本発明に好適なファラデーシールド１１８の一例を示す。ファラデーシールド１１８は、導体１１８ａが間隙１１８ｂを有しつつ並列しており、各導体１１８ａは連結部１１８ｃにより保持される。連結部１１８ｃも導体により構成される。
　図４にはファラデーシールド１１８の他の例を示す。図４に示すファラデーシールド１１８も同様に、導体１１８ａ、間隙１１８ｂ及び連結部１１８ｃから構成される。
　以下に図５乃至９を用いて、本発明に係る他の実施形態を示す。尚、以下の実施形態において基本的な装置構成は図１に示す実施形態と同様であり、遮蔽部材１２２ｂや突出部１２６等を省略して図示している。
　図５に、本発明に係る基板処理装置の他の実施形態を示す。
　本実施形態では、ベルジャ１０４の外部壁において、アンテナ１０６の固定部分に凹部１２０が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。
　図６に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。
　本実施形態では、ベルジャ１０４の外部壁において、アンテナ１０６の固定部分に凸部１２１が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。
　図７に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。
　本実施形態では、ベルジャ１０４の内部壁において、ファラデーシールド１１８の固定部分に凹部１２７が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。
　図８に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。
　本実施形態では、ベルジャ１０４の内部壁において、ファラデーシールド１１８の固定部分に凸部１２８が形成されている。このような構成によれば、ベルジャ１０４を所定の厚みに形成しつつ、アンテナ１０６とファラデーシールド１１８も所望の距離とすることが可能となる。
　図９に、本発明に係る放電容器の他の実施形態を示す。本実施形態では、ファラデーシールド１１８は中間層１２９上に形成されている。プラズマ形成空間１０２にプラズマを形成した状態においてベルジャ１０４は加熱され、ベルジャ１０４上に形成されたファラデーシールドも加熱される。ファラデーシールド１１８を蒸着や溶射によってベルジャ１０４上に形成した場合、ファラデーシールド１１８を構成する金属膜と、ベルジャ１０４を構成する誘電体とでは熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張量の違いによりファラデーシールド１１８の密着性が低下し、膜剥がれ等の問題が生じ得る。
　このため、本実施形態では、ベルジャ１０４とファラデーシールド１１８との間に、熱膨張係数がベルジャ１０４を構成する材料よりも大きく、ファラデーシールド１１８を構成する材料よりも小さい材料からなる中間層１２９を設けている。中間層１２９を設けることで、ファラデーシールド１１８と、ファラデーシールド１１８が接している部材との熱膨張量の差を低減し、密着性の低下を抑制している。
　さらに、中間層１２９はファラデーシールド１１８を溶射により形成する場合に特に効果を奏する。溶射は形成したい膜の粒子を高エネルギーで基材に吹きつけることで膜を形成していく。このため形成されたばかりの溶射膜は温度が高く、熱膨張量が大きい。時間が経過するにつれて溶射膜の温度が低下し、併せて膜の熱膨張量も小さくなっていく。このとき膜の収縮量が大きいと、溶射膜の剥がれや、基材のクラックといった問題が生じる。
　本実施形態のように熱膨張係数がベルジャ１０４より大きく、ファラデーシールド１１８より小さい材料からなる中間層１２９を形成することで、ファラデーシールド１１８の膜剥がれに加えてベルジャ１０４の損傷を抑制することができる。
　尚、上述した実施形態では、放電容器が真空室の外部に連結されるものを示した。しかし本発明に係る放電容器はこれに限らず、例えば放電容器が真空室の内部に取り付けられても良い。また、図１０に示すように、真空室内部に絶縁性部材１２５を設け、該絶縁性部材１２５でプラズマ形成空間１０２と他の空間（図１０においては処理空間１０１）を区画することで放電容器を形成しても良い。その場合は、例えば、石英からなる絶縁性部材１２５、真空室の内壁及びグリッド１０９によって放電容器が形成される。そして絶縁性部材１２５のプラズマ形成空間１０２側の壁にファラデーシールド１１８が固定され、他の空間側の壁にアンテナ１０６が固定される。
　上述した実施形態では基板処理装置がＩＢＥ装置である場合について説明した。本発明に係る基板処理装置はＩＢＥ装置以外にも、ＲＩＥ装置やＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などであってもよい。
　本発明をＲＩＥ装置に用いた実施形態について図１１を用いて以下に説明する。
　本実施形態におけるＲＩＥ装置は真空容器２００を備える。真空装置２００は内部に、プラズマが形成され基板処理が行われる処理空間２０１を有する。真空容器２００はチャンバ壁２００ａ、２００ｂ及び誘電窓２０４から構成される。基板ホルダ２１０は基板２１１を保持可能であり、基板２１１に所定の電圧を印加するための電源２３１及び整合器２３０を備える。また処理空間２０１内にエッチングガスを導入するためのガス導入部２０５、真空容器２００内を排気するための排気手段２０３を備える。誘電窓２０４には処理空間２０１にパワーを投入するためのアンテナ２０６が固定されており、アンテナ２０６は整合器２０７及び電源２１２に接続される。
　誘電窓２０４の処理空間２０１側にはアースに対してフローティング電位であるファラデーシールド２１８が形成されており、ファラデーシールド２１８を封止するように遮蔽部材２２２ａが形成されている。チャンバ壁２００ａには突出部２２６が設けられており、遮蔽部材２２２ｂが載置可能となっている。
　アンテナ２０６近傍では自己バイアスが発生し、処理空間２０１に形成されたプラズマ中のイオンがアンテナ２０６に向かって加速されるが、誘電窓２０４とファラデーシールド２１８と遮蔽部材２２２ａとを挟んでアンテナ２０６に対向する位置に遮蔽部材２２２ｂがあるため、イオンは遮蔽部材２２２ｂに入射する。遮蔽部材２２２ｂは突出部２２６に載置されているので容易に交換可能である。
　本発明に係る基板処理装置を用いてエッチングを行う一例について以下で説明する。本実施例では図１に示すＩＢＥ装置を用いて基板処理を行う。
　図１２は、本発明に係るＩＢＥ装置によって加工可能な素子の一例として垂直磁化型ＴＭＲ素子（以下、Ｐ－ＴＭＲ素子ともいう）７００の積層構造の模式図を示している。Ｐ－ＴＭＲ素子は、基板７０１の上に下層から順に、バッファー層としてＲｕＣｏＦｅ層７０２とＴａ層７０３、フリー層としてＣｏＦｅＢ層７０４、バリア層としてのＭｇＯ層７０５、第１のリファレンス層としてＣｏＦｅ層７０６、第２のリファレンス層としてＣｏＦｅＢ層７０７、配向分離層としてＴａ層７０８、第３のリファレンス層７０９、非磁性中間層としてＲｕ層７１０、第４のリファレンス層７１１、キャップ層としてＴａ層７１２が形成されている。バリア層は高いＭＲ比を得るためにＭｇＯが好適である。その他、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも１つまたは２つ以上を含有する酸化物でも良い。第３のリファレンス層はＣｏとＰｄの積層構造からなり、本実施例ではＣｏ／Ｐｄが交互に各々４層積層された後、Ｃｏが成膜されている。第４のリファレンス層７１１はＣｏ／Ｐｄの積層構造からなり、ＣｏとＰｄが交互に各々１４層積層されている。
　上述したように、Ｐ－ＴＭＲ素子は多数の金属膜から構成されるため、積層膜に対してエッチングを行った際に金属粒子が飛散し、その一部は遮蔽部材１２２ｂ上に堆積する。しかし遮蔽部材１２２ｂ表面上に該金属粒子の堆積速度を上回る速度でエッチングが進行するように自己バイアスを設定することで遮蔽部材１２２ｂ上に金属膜が積層することを抑制できる。また消耗した遮蔽部材１２２ｂを容易に交換することができるため生産性の向上が望める。
　本実施例では図１に示すＩＢＥ装置を用いてＰ－ＴＭＲ素子の加工を行ったが、図１１に示すＲＩＥ装置を用いて加工を行ってもよい。ＲＩＥにおいても一部の被エッチング材は物理的にエッチングされ、飛散した金属粒子が遮蔽部材１２２ｂ上に堆積し得るためである。
　上述したＰ－ＴＭＲ素子の加工以外にも他の金属膜の加工において本発明に係る基板処理装置は適用可能であり、本発明の効果を奏するものである。また実施例で示したＰ－ＴＭＲ素子のパターンを形成する工程以外にも、パターン加工後の素子側壁の金属膜をＩＢＥにより除去する際や、金属膜表面の平坦化処理を行う場合など、広く金属膜の加工に適用可能である。

Claims (14)

  1. 　基板の処理を行う処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、
    　前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、
    　前記構成部材上に固定された導電部材と、
    　前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、
    　前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、
    　前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記アンテナと対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備えた基板処理装置であって、
    　前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は前記突出部に交換可能に設けられることを特徴とする基板処理装置。
  2. 　前記第２の誘電部材は、前記突出部上に載置されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記第１の誘電部材は溶射により形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記ファラデーシールドは溶射により形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 　前記ファラデーシールドと前記構成部材の間に、熱膨張係数が前記ファラデーシールドより高く前記構成部材よりも小さい中間層を有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 　前記中間層は、溶射により形成された誘電体であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 　前記構成部材及び前記第２の誘電部材は石英から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 　前記導電部材は蒸着または溶射により前記構成部材上に形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 　前記導電部材は金属板を前記構成部材上に接着することで形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  10. 　基板が載置される処理空間と、プラズマが形成されるプラズマ形成空間とを有する真空容器と、
    　前記真空容器の一部であって、前記プラズマ形成空間の少なくとも一部を構成する誘電体である構成部材と、
    　前記構成部材上に固定された導電部材と、
    　前記構成部材の前記プラズマ形成空間側であり、前記構成部材を挟んで前記導電部材と対向する位置に固定されたフローティング電位であるファラデーシールドと、
    　前記ファラデーシールドを被覆する第１の誘電部材と、
    　前記構成部材と前記ファラデーシールドと前記第１の誘電部材とを挟んで前記アンテナと対向する位置に設けられた第２の誘電部材と、を備え、
    　前記真空容器は突出部を有し、前記第２の誘電部材は前記突出部に交換可能に設けられている基板処理装置を用いて、基板上に形成された金属膜のエッチングを行うことを特徴とする金属膜のエッチング方法。
  11. 　前記第２の誘電部材の表面上には前記導電部材に供給される電力により自己バイアスが発生しており、前記自己バイアスは、前記第２の誘電部材の表面上に堆積する前記金属膜中の金属の堆積速度よりも前記金属のエッチング速度を大きくせしめる値に設定されることを特徴とする請求項１０に記載の金属膜のエッチング方法。
  12. 　前記エッチング方法は、前記プラズマ中のイオンを引き出して形成されるイオンビームを用いてエッチングを行うイオンビームエッチング方法であることを特徴とする請求項９または１１に記載の金属膜のエッチング方法。
  13. 　前記エッチング方法は、前記プラズマ中のイオンを、前記基板に印加した電圧によって引き込みエッチングを行う反応性イオンエッチング方法であることを特徴とする請求項９または１２に記載の金属膜のエッチング方法。
  14. 　請求項１０乃至１３のいずれか１項のエッチング方法を用いて製造される磁気抵抗効果素子の製造方法。
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