(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対してプラズマエッチングを行うプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系によって供給されるガスを励起させるプラズマ源と、
前記処理容器内において被処理体を保持する支持構造体と、
前記処理容器内の空間の排気のための排気系と、
を備え、
前記処理容器は、略円筒形状を有しており、前記支持構造体を収容する中間部分において略一定の幅を有し、該中間部分の下端から該処理容器の底部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるテーパー状をなしており、該処理容器の該底部は、該処理容器の中心軸線に対して軸対称に形成された排気口を提供しており、
前記排気系は、前記支持構造体の直下に設けられており、
前記ガス供給系は、
前記処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部と、
を有し、
該プラズマ処理装置は、前記処理容器内のプラズマ生成時又はプラズマ消滅時のプラズマ状態に応じて前記第１の処理ガスの供給量及び前記第２の処理ガスの供給量を個別に調整するよう前記第１のガス供給部及び前記第２のガス供給部を制御する制御器を更に備え、
前記支持構造体は、被処理体を回転可能且つ傾斜可能に支持するよう構成されており、
該プラズマ処理装置は、イオン引き込みのためのバイアス電圧として、パルス変調された直流電圧を前記支持構造体に印加するバイアス電力供給部を更に備える、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記支持構造体は、鉛直方向に直交する方向に延びる第１軸線上で延在する傾斜軸部を有し、
該プラズマ処理装置は、前記傾斜軸部を軸支し前記支持構造体を前記第１軸線を中心に回転させる駆動装置を更に備え、該駆動装置は前記処理容器の外部に設けられており、
前記支持構造体は、その中空の内部を大気圧に維持可能な封止構造を有する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記支持構造体は、
前記被処理体を保持する保持部であり、前記第１軸線に直交する第２軸線を中心に回転可能な保持部と、
該支持構造体の中空の内部を前記保持部と共に形成する容器部と、
前記支持構造体を封止する磁性流体シール部と、
前記容器部内に設けられた回転モータであり、前記保持部を回転させる該回転モータと、
を更に有する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記容器部は、略円筒形状を有しており、該容器部の中心軸線である前記第２軸線は、前記支持構造体が傾斜されていない状態において前記処理容器の前記中心軸線に一致する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記支持構造体は、前記容器部内に設けられ、前記回転モータと前記保持部とを連結する伝導ベルトを更に有する、請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記傾斜軸部は筒形状を有しており、
前記バイアス電力供給部は、前記傾斜軸部の内孔を通って前記容器部の内側に延びる配線を介して前記保持部に電気的に接続されている、
請求項３〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記支持構造体が傾斜されていない状態において、前記第２軸線は前記プラズマ源の中心軸線と一致する、請求項３〜６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記傾斜軸部は、前記支持構造体の中心と前記保持部との間の位置を含む前記第１軸線上で延在している、請求項３〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記支持構造体は、６０度以内の角度で傾斜可能である、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記傾斜軸部は、前記支持構造体の重心を含む前記第１軸線上で延在している、請求項３〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記保持部は、静電チャックを有する、請求項３〜１０の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記処理容器内に設けられた整流部材を更に備え、
前記整流部材は、下端において閉じられた略円筒形状を有し、
前記整流部材は、上部及び下部を有し、
前記整流部材の前記上部は、前記支持構造体を側方から囲むように、前記処理容器の内壁面に沿って延在し、
前記整流部材の前記下部は、前記処理容器内の前記内壁面に沿ってその幅が徐々に狭くなるテーパー形状を有しており、その下端において平板状をなしており、
前記整流部材の前記下部には、複数の貫通孔が形成されている、
請求項１〜１１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記排気系は、前記処理容器内の前記空間における圧力を、０．５Ｐａ〜２．６６６Ｐａの範囲内の圧力に制御するように構成されている、請求項１〜１２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を用いたメモリ素子の一種として、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）素子が注目されている。
【０００３】
ＭＲＡＭ素子は、強磁性体等の金属を含有する難エッチング材料から構成された多層膜を含んでいる。このようなＭＲＡＭ素子の製造では、多層膜がＴａ（タンタル）、ＴｉＮといった金属材料から構成されたマスクを用いてエッチングされる。このようなエッチングでは、特開２０１２−２０４４０８号公報に記載されているように、従来から、ハロゲンガスが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、希ガスを含む処理ガスのプラズマを用いたエッチングにより多層膜をエッチングする試みを行っている。このエッチングでは、希ガスに由来するイオンのスパッタリング効果によって多層膜がエッチングされる。しかしながら、このエッチングでは、エッチングされた金属が、当該エッチングによって形成された形状の表面に付着して堆積物を形成する。これにより、当該形状は積層方向にマスクから離れるほど太くなる。即ち、当該形状はテーパー状となる。したがって、エッチングによって形成される形状の垂直性を高める必要性がある。また、このようなエッチングでは、エッチング対象の膜を、マスク及びその下地に対して選択的にエッチングすることも要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、プラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給系、プラズマ源、支持構造体、及び、排気系を備える。処理容器は、被処理体に対してプラズマ処理を行う空間を提供する。ガス供給系は、処理容器内にガスを供給する。プラズマ源は、ガス供給系によって供給されるガスを励起させる。支持構造体は、処理容器内において被処理体を保持する。排気系は、処理容器内の空間の排気のために設けられている。この排気系は、支持構造体の直下に設けられている。ガス供給系は、処理容器内に第１の処理ガスを供給する第１のガス供給部、及び、処理容器内に第２の処理ガスを供給する第２のガス供給部を有している。このプラズマ処理装置は、処理容器内のプラズマ生成時又はプラズマ消滅時のプラズマ状態に応じて、第１の処理ガスの供給量及び前記第２の処理ガスの供給量を個別に調整するよう第１のガス供給部及び第２のガス供給部を制御する制御器を更に備える。支持構造体は、被処理体を回転可能且つ傾斜可能に支持するよう構成されている。このプラズマ処理装置は、イオン引き込みのためのバイアス電圧として、パルス変調された直流電圧を支持構造体に印加するバイアス電力供給部を更に備えている。
【０００７】
このプラズマ処理装置では、支持構造体を傾斜させた状態、即ち、被処理体をプラズマ源に対して傾斜させた状態で、プラズマエッチングを行うことが可能である。これにより、エッチングによって形成された形状の側面に向けてイオンを入射させることができる。また、支持構造体を傾斜させた状態で当該支持構造体を回転させることが可能である。これにより、エッチングによって形成された形状の側面の全領域に向けてイオンを入射させることができ、また、被処理体に対するイオンの入射の面内均一性を向上させることが可能である。その結果、エッチングによって形成された形状の側面の全領域において、当該側面に付着した堆積物を除去することが可能となり、当該形状の垂直性を高めることが可能となる。また、堆積物の除去を被処理体の面内で均一に行うことが可能であり、エッチングによって形成される形状の面内均一性が向上される。
【０００８】
また、このプラズマ処理装置では、イオン引き込みのためのバイアス電圧としてパルス変調された直流電圧を使用することができる。パルス変調された直流電圧によれば、比較的低いエネルギー、且つ、狭いエネルギー帯域のイオンを被処理体に引き込むことが可能である。これにより、特定の物質から構成された領域（膜、又は堆積物など）を選択的にエッチングすることが可能となる。
【０００９】
一実施形態では、第１の処理ガスは希ガスであってもよく、第２の処理ガスは水素含有ガスであってもよい。水素含有ガスとしては、ＣＨ４ガス、ＮＨ３ガスが例示される。これら第１の処理ガス及び第２の処理ガスはプラズマ源によって励起されてもよい。
【００１０】
一実施形態では、第１の処理ガスは、水素、酸素、塩素又はフッ素を含有するガスであってもよい。これら元素の活性種が、エッチング対象の膜及び／又は堆積物に含まれる物質と反応することにより、第２の処理ガスと反応し易い物質を形成することができる。また、第２の処理ガスは、エッチング対象の膜及び／又は堆積物に含まれる物質との反応が載置台の温度に依存するガスを含んでいてもよい。或いは、第２の処理ガスは、電子供与性のガスであってもよい。第２の処理ガスは励起されなくてもよい。
【００１１】
一実施形態において、支持構造体は、傾斜軸部を有し得る。この傾斜軸部は、鉛直方向に直交する方向に延びる第１軸線上で延在する。また、プラズマ処理装置は、駆動装置を更に備え得る。この駆動装置は、傾斜軸部を軸支し支持構造体を第１軸線を中心に回転させる装置であり、処理容器の外部に設けられる。また、支持構造体は、その中空の内部を大気圧に維持可能な封止構造を有する。この実施形態によれば、支持構造体の内部と処理容器内のプラズマ処理のための空間とを分離し、当該支持構造体内に多様な機構を設けることが可能である。
【００１２】
一実施形態では、支持構造体は、保持部、容器部、磁性流体シール部、及び回転モータを有し得る。保持部は、被処理体を保持する保持部であり、第１軸線に直交する第２軸線を中心に回転可能である。一実施形態では、保持部は、静電チャックを有し得る。容器部は、支持構造体の中空の内部を保持部と共に形成する。磁性流体シール部は、支持構造体を封止する。回転モータは、容器部内に設けられており、保持部を回転させる。この実施形態によれば、被処理体を保持した保持部を傾斜させつつ当該保持部を回転させることができる。
【００１３】
一実施形態では、支持構造体は、容器部内に設けられ、回転モータと保持部とを連結する伝導ベルトを更に有していてもよい。
【００１４】
一実施形態では、傾斜軸部は筒形状を有していてもよい。この実施形態では、バイアス電力供給部は、傾斜軸部の内孔を通って容器部の内側に延びる配線を介して保持部に電気的に接続され得る。
【００１５】
一実施形態では、支持構造体が傾斜されていない状態において、第２軸線はプラズマ源の中心軸線と一致し得る。
【００１６】
一実施形態では、傾斜軸部は、支持構造体の中心と保持部との間の位置を含む前記第１軸線上で延在していてもよい。この実施形態によれば、支持構造体の傾斜時に、プラズマ源から被処理体の各位置までの距離差を低減することができる。したがって、エッチングの面内均一性が更に向上される。一実施形態では、支持構造体は６０度以内の角度で傾斜可能であってもよい。
【００１７】
一実施形態では、傾斜軸部は、支持構造体の重心を含む前記第１軸線上で延在していてもよい。この実施形態によれば、駆動装置に要求されるトルクが小さくなり、当該駆動装置の制御が容易となる。
【００１８】
別の態様においては、被処理体の多層膜をプラズマ処理装置を用いてエッチングする方法が提供される。被処理体は、下地層、該下地層上に設けられた下部磁性層、該下部磁性層上に設けられた絶縁層、該絶縁層上に設けられた上部磁性層、及び、前記上部磁性層上に設けられたマスクを有する。プラズマ処理装置は、処理容器、該処理容器内にガスを供給するガス供給系、プラズマ生成用の高周波電源、及び、被処理体を支持する支持構造体を備える。この方法は、（ａ）処理容器内で発生させたプラズマにより、上部磁性層をエッチングする工程（以下、「工程ａ」という）であり、上部磁性層のエッチングを絶縁層の表面で終了させる、該工程と、（ｂ）処理容器内で発生させたプラズマにより、上部磁性層のエッチングによってマスク及び上部磁性層の表面に形成された堆積物を除去する工程（以下、「工程ｂ」という）と、（ｃ）処理容器内で発生させたプラズマにより、絶縁層をエッチングする工程（以下、「工程ｃ」という）と、を含む。この方法の工程ｂでは、被処理体を保持した支持構造体を傾斜且つ回転させ、イオン引き込みのためのバイアス電圧としてパルス変調された直流電圧を支持構造体に印加する。
【００１９】
この方法では、工程ｂにおいて支持構造体を傾斜させるので、イオンが上部磁性層の側面及びマスクの側面に向けて入射する。また、工程ｂにおいて支持構造体を回転させるので、上部磁性層の側面の全領域及びマスクの側面の全領域に向けてイオンを入射させることが可能である。また、被処理体の面内において略均一にイオンを入射させることが可能である。したがって、上部磁性層の側面の全領域及びマスクの側面の全領域において、堆積物を除去することが可能となり、上部磁性層に形成される形状の垂直性を高めることが可能となる。また、上部磁性層に形成される形状の面内均一性を向上させることが可能となる。
【００２０】
また、工程ｂでは、イオン引き込みのためのバイアス電圧としてパルス変調された直流電圧が使用される。パルス変調された直流電圧によれば、比較的低いエネルギー、且つ、狭いエネルギー帯域のイオンを被処理体に引き込むことが可能である。これにより、特定の物質から構成された領域（膜、又は堆積物など）を選択的にエッチングすることが可能となる。
【００２１】
一実施形態の工程ｂでは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマが生成されてもよい。かかる希ガスは、例えば、Ｋｒ（クリプトン）ガスであってもよい。
【００２２】
一実施形態では、工程ａと工程ｂとが交互に繰り返されてもよい。この実施形態によれば、多量の堆積物が形成される前に、堆積物を除去することが可能となる。
【００２３】
一実施形態では、パルス変調された直流電圧は、１周期において高レベルをとる期間と低レベルをとる期間を有し、当該直流電圧が１周期において高レベルをとる期間の比率であるデューティ比は、１０％〜９０％の範囲内にあってもよい。
【００２４】
一実施形態の工程ａでは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマを発生させて、イオン引き込みのためのバイアス電圧としてパルス変調された直流電圧が支持構造体に印加されてもよい。この希ガスは、例えば、Ｋｒガスである。この実施形態によれば、下地の絶縁層を略エッチングしないように、上部磁性層をエッチングすることが可能となる。
【００２５】
一実施形態の工程ｃでは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスのプラズマが生成され、上部磁性層をエッチングする工程において支持構造体に印加される直流電圧よりも高い電圧のパルス変調された直流電圧、又は、高周波バイアス電力が、支持構造体に印加される。この実施形態によれば、工程ａにおいて絶縁層をエッチングしないように設定された電圧よりも高いバイアス電圧を用いることにより、絶縁層をエッチングすることが可能となる。
【００２６】
一実施形態において、方法は、（ｄ）処理容器内で発生させたプラズマにより、下部磁性層をエッチングする工程と、（ｅ）処理容器内で発生させたプラズマにより、ＰｔＭｎ層を含む下地層をエッチングする工程（以下、「工程ｅ」という）と、を更に含み得る。
【００２７】
一実施形態の工程ｅでは、希ガスのプラズマが生成され、上部磁性層をエッチングする工程において支持構造体に印加される前記直流電圧よりも高い電圧のパルス変調された直流電圧、又は、高周波バイアス電力が、前記支持構造体に印加され得る。この実施形態によれば、工程ａにおいて設定された電圧よりも高いバイアス電圧を用いることにより、ＰｔＭｎ層を含む下部磁性層をエッチングすることが可能となる。
【００２８】
一実施形態の工程ｅは、支持構造体を非傾斜の第１状態に設定する工程と、傾斜且つ回転する第２状態に支持構造体を設定する工程と、を含んでいてもよい。この実施形態によれば、下部磁性層のエッチングによって形成された堆積物を除去することが可能となる。
【００２９】
一実施形態の工程ｅは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する第１の希ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する第１工程と、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号を有する第２の希ガスを含む処理ガスのプラズマを生成する第２工程と、を含んでいてもよい。一実施形態では、第１工程及び第２工程において、支持構造体に高周波バイアス電力が供給されてもよい。アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号の希ガス、即ち第１の希ガスのプラズマは、高いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、第１の希ガスを含む第１の処理ガスのプラズマは、アルゴンガスを含む処理ガスのプラズマよりも、垂直性の高い形状を形成することを可能とし、堆積物を多く除去することを可能とする。しかしながら、第１の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に劣る。一方、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号の希ガス、即ち第２の希ガスのプラズマは、低いスパッタ効率、即ち、エッチング効率を有する。したがって、第２の希ガスを含む第２の処理ガスのプラズマは、低いエッチング効率を有する。しかしながら、第２の処理ガスのプラズマは、マスクに対する選択性に優れる。この実施形態によれば、第１工程において、エッチングによって形成される形状の垂直性を向上させ、また、当該形状の側壁面に対する堆積物を少なくすることできる。また、第２工程において、マスクに対する被エッチング層のエッチングの選択比を向上させることができる。これにより、堆積物の除去、形状の垂直性、及び、マスクに対する選択性を満たすエッチングが可能となる。
【００３０】
一実施形態では、第１工程及び第２工程の少なくとも一方において、支持構造体を傾斜且つ回転させてもよい。この形態によれば、エッチングによって形成された形状の側面に付着した堆積物をより効率的に除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、エッチングによって形成された形状の表面に付着した堆積物を除去することが可能となり、且つ、エッチング対象の膜をマスク及びその下地に対して選択的にエッチングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図３】パルス変調されたバイアス電圧を示す図である。
【図４】被処理体の一例を示す断面図である。
【図５】一実施形態のプラズマ源を示す図である。
【図６】一実施形態のプラズマ源を示す図である。
【図７】一実施形態に係る支持構造体を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る支持構造体を示す断面図である。
【図９】図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーをイオンエネルギーアナライザを用いて実測した結果を示すグラフである。
【図１０】図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧の電圧値との関係を示すグラフである。
【図１１】図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧の変調周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧のオン・デューティ比との関係を示すグラフである。
【図１３】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。
【図１４】１０００ｅＶのイオンエネルギーをもつ希ガス原子のイオンによる各種金属又は金属化合物のスパッタイールドＳＹを示す図である。
【図１５】３００ｅＶのイオンエネルギーをもつ希ガス原子のイオンによる各種金属又は金属化合物のスパッタイールドＳＹを示す図である。
【図１６】方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。
【図１７】方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。
【図１８】方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。
【図１９】方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。
【図２０】方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。
【図２１】工程ＳＴ９の一実施形態を示す流れ図である。
【図２２】工程ＳＴ９の別の実施形態を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
図１及び図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図であり、鉛直方向に延びる軸線ＰＸを含む一平面において処理容器を破断して、当該プラズマ処理装置を示している。なお、図１においては、後述する支持構造体が傾斜していない状態のプラズマ処理装置が示されており、図２においては、支持構造体が傾斜している状態のプラズマ処理装置が示されている。
【００３５】
図１及び図２に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２、ガス供給系１４、プラズマ源１６、支持構造体１８、排気系２０、バイアス電力供給部２２、及び制御部Ｃｎｔを備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有している。一実施形態では、処理容器１２の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。この処理容器１２は、被処理体（以下、「ウエハＷ」ということがある）に対してプラズマ処理を行うための空間Ｓを提供している。
【００３６】
一実施形態では、処理容器１２は、その高さ方向の中間部分１２ａ、即ち支持構造体１８を収容する部分において略一定の幅を有している。また、処理容器１２は、当該中間部分の下端から底部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるテーパー状をなしている。また、処理容器１２の底部は、排気口１２ｅを提供しており、当該排気口１２ｅは軸線ＰＸに対して軸対称に形成されている。
【００３７】
ガス供給系１４は、処理容器１２内にガスを供給するよう構成されている。ガス供給系１４は、第１のガス供給部１４ａ、及び第２のガス供給部１４ｂを有している。第１のガス供給部１４ａは、第１の処理ガスを処理容器１２内に供給するよう構成されている。第２のガス供給部１４ｂは、第２の処理ガスを処理容器１２内に供給するよう構成されている。なお、ガス供給系１４の詳細については、後述する。
【００３８】
プラズマ源１６は、処理容器１２内に供給されたガスを励起させるよう構成されている。一実施形態では、プラズマ源１６は、処理容器１２の天部に設けられている。また、一実施形態では、プラズマ源１６の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。なお、プラズマ源１６の一例に関する詳細については後述する。
【００３９】
支持構造体１８は、処理容器１２内においてウエハＷを保持するように構成されている。この支持構造体１８は、軸線ＰＸに直交する第１軸線ＡＸ１中心に回転可能であるよう構成されている。支持構造体１８は、第１軸線ＡＸ１中心の回転により、軸線ＰＸに対して傾斜することが可能である。支持構造体１８を傾斜させるために、プラズマ処理装置１０は、駆動装置２４を有している。駆動装置２４は、処理容器１２の外部に設けられており、第１軸線ＡＸ１中心の支持構造体１８の回転のための駆動力を発生する。また、支持構造体１８は、第１軸線ＡＸ１に直交する第２軸線ＡＸ２中心にウエハＷを回転させるよう構成されている。なお、支持構造体１８が傾斜していない状態では、図１に示すように、第２軸線ＡＸ２は軸線ＰＸに一致する。一方、支持構造体１８が傾斜している状態では、第２軸線ＡＸ２は軸線ＰＸに対して傾斜する。この支持構造体１８の詳細については後述する。
【００４０】
排気系２０は、処理容器１２内の空間を減圧するよう構成されている。一実施形態では、排気系２０は、自動圧力制御器２０ａ、ターボ分子ポンプ２０ｂ、及び、ドライポンプ２０ｃを有している。ターボ分子ポンプ２０ｂは、自動圧力制御器２０ａの下流に設けられている。ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｄを介して処理容器１２内の空間に直結されている。また、ドライポンプ２０ｃは、バルブ２０ｅを介してターボ分子ポンプ２０ｂの下流に設けられている。
【００４１】
自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系は、処理容器１２の底部に取り付けられている。また、自動圧力制御器２０ａ及びターボ分子ポンプ２０ｂを含む排気系は、支持構造体１８の直下に設けられている。したがって、このプラズマ処理装置１０では、支持構造体１８の周囲から排気系２０までの均一な排気の流れを形成することができる。これにより、効率の良い排気が達成され得る。また、処理容器１２内で生成されるプラズマを均一に拡散させることが可能である。
【００４２】
一実施形態において、処理容器１２内には、整流部材２６が設けられていてもよい。整流部材２６は、下端において閉じられた略筒形状を有している。この整流部材２６は、支持構造体１８を側方及び下方から囲むように、処理容器１２の内壁面に沿って延在している。一例において、整流部材２６は、上部２６ａ及び下部２６ｂを有している。上部２６ａは、一定の幅の円筒形状を有しており、処理容器１２の中間部分１２ａの内壁面に沿って延在している。また、下部２６ｂは、上部２６ａの下方において当該上部２６ａに連続している。下部２６ｂは、処理容器１２の内壁面に沿って徐々に幅が狭くなるテーパー形状を有しており、その下端において平板状をなしている。この下部２６ｂには、多数の開口（貫通孔）が形成されている。この整流部材２６によれば、当該整流部材２６の内側、即ちウエハＷが収容される空間と、当該整流部材２６の外側、即ち排気側の空間との間に圧力差を形成することができ、ウエハＷが収容される空間におけるガスの滞留時間を調整することが可能となる。また、均等な排気が実現され得る。
【００４３】
バイアス電力供給部２２は、ウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス電圧及び高周波バイアス電力を選択的に支持構造体１８に印加するよう構成されている。一実施形態では、バイアス電力供給部２２は、第１電源２２ａ及び第２電源２２ｂを有している。第１電源２２ａは、支持構造体１８に印加するバイアス電圧として、パルス変調された直流電圧（以下、「変調直流電圧」という）を発生する。図３は、パルス変調された直流電圧を示す図である。図３に示すように、変調直流電圧は、電圧値が高レベルをとる期間ＴＨと低レベルをとる期間ＴＬが交互に繰り返す電圧である。変調直流電圧は、例えば、０Ｖ〜１２００Ｖの範囲内の電圧値に設定され得る。変調直流電圧の高レベルの電圧値は、当該電圧値の範囲内において設定される電圧値であり、変調直流電圧の高レベルの電圧値は、当該高レベルの電圧値よりも低い電圧値である。図３に示すように、期間ＴＨと当該期間ＴＨに連続する期間ＴＬとの合計が１周期ＴＣを構成する。また、変調直流電圧のパルス変調の周波数は、１／ＴＣである。パルス変調の周波数は、任意に設定され得るが、イオンの加速を可能とするシースを形成することが可能な周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。また、オン・デューティ比、即ち、１周期ＴＣにおいて期間ＴＨが占める比率は、１０％〜９０％の範囲内の比率である。
【００４４】
第２電源２２ｂは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアス電力を支持構造体１８に供給するよう構成されている。この高周波バイアス電力の周波数は、イオンをウエハＷに引き込むのに適した任意の周波数であり、例えば、４００ｋＨｚである。プラズマ処理装置１０では、第１電源２２ａからの変調直流電圧と第２電源２２ｂからの高周波バイアス電力を選択的に支持構造体１８に供給することができる。変調直流電圧と高周波バイアス電力の選択的な供給は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
【００４５】
制御部Ｃｎｔは、例えば、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。プラズマ処理装置１０の各部は、制御部Ｃｎｔからの制御信号により制御される。
【００４６】
以下、ガス供給系１４、プラズマ源１６、支持構造体１８のそれぞれについて詳細に説明する。
【００４７】
［ガス供給系］
【００４８】
ガス供給系１４は、上述したように第１のガス供給部１４ａ、及び第２のガス供給部１４ｂを有している。第１のガス供給部１４ａは、一以上のガス吐出孔１４ｅを介して処理容器１２内に第１の処理ガスを供給する。また、第２のガス供給部１４ｂは、一以上のガス吐出孔１４ｆを介して処理容器１２内に第２の処理ガスを供給する。ガス吐出孔１４ｅは、ガス吐出孔１４ｆよりも、プラズマ源１６に近い位置に設けられている。したがって、第１の処理ガスは第２の処理ガスよりもプラズマ源１６に近い位置に供給される。なお、図１及び図２においては、ガス吐出孔１４ｅ及びガス吐出孔１４ｆそれぞれの個数は、「１」であるが、複数のガス吐出孔１４ｅ、及び複数のガス吐出孔１４ｆが設けられていてもよい。複数のガス吐出孔１４ｅは、軸線ＰＸに対して周方向に均等に配列されていてもよい。また、複数のガス吐出孔１４ｆも、軸線ＰＸに対して周方向に均等に配列されていてもよい。
【００４９】
一実施形態では、ガス吐出孔１４ｅによってガスが吐出される領域とガス吐出孔１４ｆによってガスが吐出される領域との間に、仕切板、所謂イオントラップが設けられていてもよい。これにより、第１の処理ガスのプラズマからウエハＷに向かうイオンの量を調整することが可能となる。
【００５０】
第１のガス供給部１４ａは、一以上のガスソース、一以上の流量制御器、一以上のバルブを有し得る。したがって、第１のガス供給部１４ａの一以上のガスソースからの第１の処理ガスの流量は調整可能となっている。また、第２のガス供給部１４ｂは、一以上のガスソース、一以上の流量制御器、一以上のバルブを有し得る。したがって、第２のガス供給部１４ｂの一以上のガスソースからの第２の処理ガスの流量は調整可能となっている。第１のガス供給部１４ａからの第１の処理ガスの流量及び当該第１の処理ガスの供給のタイミング、並びに、第２のガス供給部１４ｂからの第２の処理ガスの流量及び当該第２の処理ガスの供給のタイミングは、制御部Ｃｎｔによって個別に調整される。
【００５１】
以下、第１の処理ガス及び第２の処理ガスについて、三つの例を説明する。これら三つの例に係る第１の処理ガス及び第２の処理ガスの利用態様を説明するために、まず、被処理体の例について、図４を参照しつつ説明する。図４は、被処理体の一例を示す断面図である。図４に示すウエハＷは、当該ウエハＷからＭＴＪ構造を有するＭＲＡＭ素子を作成することができる被処理体であり、ＭＲＡＭ素子を構成する多層膜を含んでいる。具体的に、ウエハＷは、下地層Ｌ１、下部磁性層Ｌ２、絶縁層Ｌ３、上部磁性層Ｌ４、及びマスクＭＳＫを有している。
【００５２】
下地層Ｌ１は、下部電極層Ｌ１１、反強磁性層Ｌ１２、強磁性層Ｌ１３、及び、非磁性層Ｌ１４を含んでいる。下部電極層Ｌ１１は、例えば、Ｔａから構成され得る。反強磁性層Ｌ１２は、下部電極層Ｌ１１上に設けられており、例えば、ＰｔＭｎから構成され得る。即ち、下地層Ｌ１は、ＰｔＭｎ層を含み得る。強磁性層Ｌ１３は、反強磁性層Ｌ１２上に設けられており、例えば、ＣｏＦｅから構成され得る。また、非磁性層Ｌ１４は、強磁性層Ｌ１３上に設けられており、例えば、Ｒｕから構成され得る。
【００５３】
下部磁性層Ｌ２、絶縁層Ｌ３、及び上部磁性層Ｌ４は、ＭＴＪ構造を形成する多層膜である。下部磁性層Ｌ２は、非磁性層Ｌ１４上に設けられており、例えば、ＣｏＦｅＢから構成され得る。なお、強磁性層Ｌ１３、非磁性層Ｌ１４、及び下部磁性層Ｌ２は、磁化固定層を構成する。絶縁層Ｌ３は、下部磁性層Ｌ２と上部磁性層Ｌ４との間に設けられており、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から構成され得る。また、上部磁性層Ｌ４は、絶縁層Ｌ３上に設けられており、例えば、ＣｏＦｅＢから構成され得る。
【００５４】
マスクＭＳＫは、上部磁性層Ｌ４上に設けられている。マスクＭＳＫは、第１層Ｌ２１及び第２層Ｌ２２を含み得る。第１層Ｌ２１は、上部磁性層Ｌ４上に設けられており、例えば、Ｔａから構成され得る。第２層Ｌ２２は、第１層Ｌ２１上に設けられており、例えば、ＴｉＮから構成され得る。このウエハＷは、マスクＭＳＫに覆われていない領域において上部磁性層Ｌ４から反強磁性層Ｌ１２までの多層膜がエッチングされる。以下、かかるウエハＷを例にとって、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの二つの例について説明する。
【００５５】
第１例において、第１の処理ガスは、希ガスであり得る。希ガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、又はＸｅガスである。また、第１の処理ガスは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、及びＸｅガスのうちから選択されるガスであり得る。例えば、プラズマ処理装置１０を用いて図４に示したウエハＷの多層膜をエッチングする際には、各層のエッチングに適した希ガスが選択される。
【００５６】
また、第１例において、第２の処理ガスは、水素含有ガスであり得る。水素含有ガスとしては、ＣＨ４ガス、又はＮＨ３ガスが例示される。このような第２の処理ガスに由来する水素の活性種は、多層膜中に含まれる物質、即ち金属を還元作用によってエッチングし易い状態に改質する。また、ＣＨ４ガスに含まれる炭素、又はＮＨ３ガスに含まれる窒素は、マスクＭＳＫを構成する材料と結合して金属化合物を形成する。これにより、マスクＭＳＫが強固になって、多層膜のエッチングレートに対して当該マスクＭＳＫのエッチングレートが小さくなる。その結果、ウエハＷにおけるマスクＭＳＫ以外の多層膜を構成する層のエッチングの選択性を向上させることが可能となる。
【００５７】
かかる第１例においては、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、プラズマ源１６によって励起され得る。この第１例では、制御部Ｃｎｔによる制御により、プラズマ生成時の第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給量が個別に制御される。
【００５８】
第２例では、第１の処理ガスは、プラズマ源１６によって発生させ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り得る。第１の処理ガスに由来するラジカルは、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の処理ガスは、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、第１の処理ガスは、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４、又はＳＦ６等であってもよい。還元反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、Ｈ２等が例示される。酸化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、Ｏ２等が例示される。塩化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等が例示される。フッ化反応のラジカルを生成する第１の処理ガスとしては、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等が例示される。
【００５９】
また、第２例では、第２の処理ガスは、プラズマに晒すことなくエッチング対象の物質と反応するガスであり得る。この第２処理ガスとしては、例えば、エッチング対象の物質との反応が支持構造体１８の温度に依存するガスを含んでもよい。具体的に、このような第２の処理ガスには、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、或いは、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、電子供与性ガスは、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例示される。
【００６０】
この第２例の第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、図４に示したウエハＷの多層膜のエッチングによって発生する堆積物の除去に利用することができる。具体的には、当該堆積物を第１の処理ガスに由来するラジカルによって改質し、次いで、改質された堆積物と第２の処理ガスとの反応を生じさせる。これにより、堆積物を容易に排気することが可能となる。かかる第２例では、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、交互に供給され得る。第１の処理ガスの供給時にはプラズマ源１６によってプラズマが生成され、第２のガスの供給時にはプラズマ源１６によるプラズマの生成が停止される。このような第１の処理ガス及び第２の処理ガスの供給は制御部Ｃｎｔによって制御される。即ち、第２例においては、プラズマ生成時及びプラズマ消滅時のプラズマ状態に応じた第１の処理ガスの供給量及び第２の処理ガスの供給量は、制御部Ｃｎｔによる第１のガス供給部１４ａ及び第２のガス供給部１４ｂの制御によって実現され得る。
【００６１】
［プラズマ源］
【００６２】
図５は、一実施形態のプラズマ源を示す図であり、図１のＹ方向から視たプラズマ源を示す図である。また、図６は、一実施形態のプラズマ源を示す図であり、鉛直方向から視たプラズマ源を示している。図１及び図５に示すように、処理容器１２の天部には開口が設けられており、当該開口は、誘電体板１９４によって閉じられている。誘電体板１９４は、板状体であり、石英ガラス、又はセラミックから構成されている。プラズマ源１６は、この誘電体板１９４上に設けられている。
【００６３】
より具体的には、図５及び図６に示すように、プラズマ源１６は、高周波アンテナ１４０、及びシールド部材１６０を有している。高周波アンテナ１４０は、シールド部材１６０によって覆われている。一実施形態では、高周波アンテナ１４０は、内側アンテナ素子１４２Ａ、及び外側アンテナ素子１４２Ｂを含んでいる。内側アンテナ素子１４２Ａは、外側アンテナ素子１４２Ｂよりも軸線ＰＸの近くに設けられている。換言すると、外側アンテナ素子１４２Ｂは、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように、当該内側アンテナ素子１４２Ａの外側に設けられている。内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂの各々は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の導体から構成されており、軸線ＰＸを中心に螺旋状に延在している。
【００６４】
内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂは共に、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。複数の挟持体１４４は、例えば、棒状の部材であり、軸線ＰＸに対して放射状に配置されている。
【００６５】
シールド部材１６０は、内側シールド壁１６２Ａ及び外側シールド壁１６２Ｂを有している。内側シールド壁１６２Ａは、鉛直方向に延在する筒形状を有しており、内側アンテナ素子１４２Ａと外側アンテナ素子１４２Ｂの間に設けられている。この内側シールド壁１６２Ａは、内側アンテナ素子１４２Ａを囲んでいる。また、外側シールド壁１６２Ｂは、鉛直方向に延在する筒形状を有しており、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられている。
【００６６】
内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド板１６４Ａが設けられている。内側シールド板１６４Ａは、円盤形状を有しており、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように設けられている。また、外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、外側シールド板１６４Ｂが設けられている。外側シールド板１６４Ｂは、環状板であり、内側シールド壁１６２Ａと外側シールド壁１６２Ｂとの間の開口を塞ぐように設けられている。
【００６７】
内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂが接続されている。高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは、プラズマ生成用の高周波電源である。高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは、内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂのそれぞれに、同じ周波数又は異なる周波数の高周波電力を供給する。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）の高周波電力を所定のパワーで供給すると、処理容器１２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１２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１２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１２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、処理ガスからラジカルが生成される。
【００６８】
なお、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波電力の周波数は、上述した周波数に限られるものではない。例えば、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚといった様々な周波数であってもよい。但し、高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂから出力される高周波に応じて内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。
【００６９】
このプラズマ源１６は、１ｍＴｏｒｒ（０．１３３３Ｐａ）の圧力の環境下においても処理ガスのプラズマを着火することが可能である。低圧環境下では、プラズマ中のイオンの平均自由行程が大きくなる。したがって、希ガス原子のイオンのスパッタリングによるエッチングが可能となる。また、低圧環境下では、エッチングされた物質がウエハＷに再付着することを抑制しつつ、当該物質を排気することが可能である。
【００７０】
［支持構造体］
【００７１】
図７及び図８は、一実施形態に係る支持構造体を示す断面図である。図７には、Ｙ方向（図１参照）から視た支持構造体の断面図が示されており、図８には、Ｘ方向（図１参照）から視た支持構造体の断面図が示されている。図７及び図８に示すように、支持構造体１８は、保持部３０、容器部４０、及び傾斜軸部５０を有している。
【００７２】
保持部３０は、ウエハＷを保持し、第２軸線ＡＸ２中心に回転することによって、ウエハＷを回転させる機構である。なお、上述したように、第２軸線ＡＸ２は、支持構造体１８が傾斜していない状態では、軸線ＰＸと一致する。この保持部３０は、静電チャック３２、下部電極３４、回転軸部３６、及び絶縁部材３５を有している。
【００７３】
静電チャック３２は、その上面においてウエハＷを保持するように構成されている。静電チャック３２は、第２軸線ＡＸ２をその中心軸線とする略円盤形状を有しており、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有している。静電チャック３２は、電極膜に電圧が印加されることにより、静電力を発生する。この静電力により、静電チャック３２は、その上面に載置されたウエハＷを吸着する。この静電チャック３２とウエハＷとの間には、Ｈｅガスといった伝熱ガスが供給されるようになっている。また、静電チャック３２内には、ウエハＷを加熱するためのヒータが内蔵されていてもよい。かかる静電チャック３２は、下部電極３４上に設けられている。
【００７４】
下部電極３４は、第２軸線ＡＸ２をその中心軸線とする略円盤形状を有している。一実施形態では、下部電極３４は、第１部分３４ａ及び第２部分３４ｂを有している。第１部分３４ａは、第２軸線ＡＸ２に沿って延在する下部電極３４の中央側の部分であり、第２部分３４ｂは、第１部分３４ａよりも第２軸線ＡＸ２から離れて、即ち、第１部分３４ａよりも外側で延在する部分である。第１部分３４ａの上面及び第２部分３４ｂの上面は連続しており、第１部分３４ａの上面及び第２部分３４ｂの上面によって下部電極３４の略平坦な上面が構成されている。この下部電極３４の上面には、静電チャック３２が接している。また、第１部分３４ａは、第２部分３４ｂよりも下方に突出して、円柱状をなしている。即ち、第１部分３４ａの下面は、第２部分３４ｂの下面よりも下方において延在している。この下部電極３４は、アルミニウムといった導体から構成されている。下部電極３４は、上述したバイアス電力供給部２２と電気的に接続される。即ち、下部電極３４には、第１電源２２ａからの変調直流電圧、及び第２電源２２ｂからの高周波バイアス電力が選択的に供給可能となっている。また、下部電極３４には、冷媒流路３４ｆが設けられている。この冷媒流路３４ｆに冷媒が供給されることにより、ウエハＷの温度が制御されるようになっている。この下部電極３４は、絶縁部材３５上に設けられている。
【００７５】
絶縁部材３５は、石英、アルミナといった絶縁体から構成されており、中央において開口した略円盤形状を有している。一実施形態では、絶縁部材３５は、第１部分３５ａ及び第２部分３５ｂを有している。第１部分３５ａは、絶縁部材３５の中央側の部分であり、第２部分３５ｂは、第１部分３５ａよりも第２軸線ＡＸ２から離れて、即ち、第１部分３５ａよりも外側で延在する部分である。第１部分３５ａの上面は、第２部分３５ｂの上面よりも下方で延在しており、また、第１部分３５ａの下面も第２部分３５ｂの下面よりも下方で延在している。絶縁部材３５の第２部分３５ｂの上面は、下部電極３４の第２部分３４ｂの下面に接している。一方、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面は、下部電極３４の下面から離間している。
【００７６】
回転軸部３６は、略円柱形状を有しており、下部電極３４の下面に結合されている。具体的には、下部電極３４の第１部分３４ａの下面に結合されている。回転軸部３６の中心軸線は、第２軸線ＡＸ２と一致している。この回転軸部３６に対して回転力が与えられることにより、保持部３０が回転するようになっている。
【００７７】
このような種々の要素によって構成される保持部３０は、容器部４０と共に支持構造体１８の内部空間として中空の空間を形成している。容器部４０は、上側容器部４２、及び外側容器部４４を含んでいる。上側容器部４２は、略円盤形状を有している。上側容器部４２の中央には、回転軸部３６が通る貫通孔が形成されている。この上側容器部４２は、絶縁部材３５の第２部分３５ｂの下方において、当該第２部分３５ｂに対して僅かな間隙を提供するように設けられている。また、上側容器部４２の下面周縁には、外側容器部４４の上端が結合している。外側容器部４４は、下端において閉塞された略円筒形状を有している。
【００７８】
容器部４０と回転軸部３６との間には、磁性流体シール部５２が設けられている。磁性流体シール部５２は、内輪部５２ａ及び外輪部５２ｂを有している。内輪部５２ａは、回転軸部３６と同軸に延在する略円筒形状を有しており、回転軸部３６に対して固定されている。また、内輪部５２ａの上端部は、絶縁部材３５の第１部分３５ａの下面に結合している。この内輪部５２ａは、回転軸部３６と共に第２軸線ＡＸ２中心に回転するようになっている。外輪部５２ｂは、略円筒形状を有しており、内輪部５２ａの外側において当該内輪部５２ａと同軸に設けられている。外輪部５２ｂの上端部は、上側容器部４２の中央側部分の下面に結合している。これら内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、磁性流体５２ｃが介在している。また、磁性流体５２ｃの下方において、内輪部５２ａと外輪部５２ｂとの間には、軸受５３が設けられている。この磁性流体シール部５２は、支持構造体１８の内部空間を気密に封止する封止構造を提供している。この磁性流体シール部５２により、支持構造体１８の内部空間は、プラズマ処理装置１０の空間Ｓから分離される。なお、プラズマ処理装置１０では、支持構造体１８の内部空間は大気圧に維持される。
【００７９】
一実施形態では、磁性流体シール部５２と回転軸部３６との間に、第１部材３７及び第２部材３８が設けられている。第１部材３７は、回転軸部３６の外周面の一部分、即ち、後述する第３筒状部３６ｄの上側部分の外周面及び下部電極３４の第１部分３４ａの外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。また、第１部材３７の上端は、下部電極３４の第２部分３４ｂの下面に沿って延在する環状板形状を有している。この第１部材３７は、第３筒状部３６ｄの上側部分の外周面、並びに、下部電極３４の第１部分３４ａの外周面及び第２部分３４ｂの下面に接している。
【００８０】
第２部材３８は、回転軸部３６の外周面、即ち、第３筒状部３６ｄの外周面、及び第１部材３７の外周面に沿って延在する略円筒形状を有している。第２部材３８の上端は、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面に沿って延在する環状板形状を有している。第２部材３８は、第３筒状部３６ｄの外周面、第１部材３７の外周面、絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面、及び、磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面に接している。この第２部材３８と絶縁部材３５の第１部分３５ａの上面との間には、Ｏリングといった封止部材３９ａが介在している。また、第２部材３８と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａの内周面との間には、Ｏリングといった封止部材３９ｂ及び３９ｃが介在している。かかる構造により、回転軸部３６と磁性流体シール部５２の内輪部５２ａとの間が封止される。これにより、回転軸部３６と磁性流体シール部５２との間に間隙が存在していても、支持構造体１８の内部空間が、プラズマ処理装置１０の空間Ｓから分離される。
【００８１】
外側容器部４４には、第１軸線ＡＸ１に沿って開口が形成されている。外側容器部４４に形成された開口には、傾斜軸部５０の内側端部が嵌め込まれている。この傾斜軸部５０は、略円筒形状を有しており、その中心軸線は第１軸線ＡＸ１と一致している。傾斜軸部５０は、図１に示すように、処理容器１２の外側まで延在している。傾斜軸部５０の一方の外側端部には、上述した駆動装置２４が結合されている。この駆動装置２４は、傾斜軸部５０の一方の外側端部を軸支している。この駆動装置２４によって傾斜軸部５０が回転されることにより、支持構造体１８が第１軸線ＡＸ１中心に回転し、その結果、支持構造体１８が軸線ＰＸに対して傾斜するようになっている。例えば、支持構造体１８は、軸線ＰＸに対して第２軸線ＡＸ２が０度〜６０度以内の範囲の角度をなすように傾斜され得る。
【００８２】
一実施形態では、第１軸線ＡＸ１は、第２軸線ＡＸ２方向における支持構造体１８の中心位置を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部５０は、支持構造体１８の当該中心を通る第１軸線ＡＸ１上で延在している。この実施形態では、支持構造体１８が傾斜している時に、当該支持構造体１８の上縁と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最短距離ＷＵ（図２参照）と、支持構造体１８の下縁と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最短距離ＷＬ（図２参照）のうち最小距離を大きくすることが可能である。即ち、支持構造体１８の外郭と処理容器１２（又は整流部材２６）との間の最小距離を最大化することができる。したがって、処理容器１２の水平方向の幅を小さくすることが可能となる。
【００８３】
別の実施形態では、第１軸線ＡＸ１は、第２軸線ＡＸ２方向における支持構造体１８の中心と保持部３０の上面との間の位置を含んでいる。即ち、この実施形態では、傾斜軸部５０は、支持構造体１８の中心よりも保持部３０側に偏った位置で延在している。この実施形態によれば、支持構造体１８の傾斜時に、プラズマ源１６からウエハＷの各位置までの距離差を低減することができる。したがって、エッチングの面内均一性が更に向上される。なお、支持構造体１８は６０度以内の角度で傾斜可能であってもよい。
【００８４】
更に別の実施形態では、第１軸線ＡＸ１は、支持構造体１８の重心を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部５０は、当該重心を含む第１軸線ＡＸ１上で延在している。この実施形態によれば、駆動装置２４に要求されるトルクが小さくなり、当該駆動装置２４の制御が容易となる。
【００８５】
図７及び図８に戻り、傾斜軸部５０の内孔には、種々の電気系統用の配線、伝熱ガス用の配管、及び、冷媒用の配管が通されている。これらの配線及び配管は、回転軸部３６に連結されている。
【００８６】
回転軸部３６は、柱状部３６ａ、第１筒状部３６ｂ、第２筒状部３６ｃ、及び第３筒状部３６ｄを有している。柱状部３６ａは、略円柱形状を有しており、第２軸線ＡＸ２上で延在している。柱状部３６ａは、静電チャック３２の電極膜に電圧を印加するための配線である。柱状部３６ａは、スリップリングといったロータリーコネクタ５４を介して配線６０に接続されている。配線６０は、支持構造体１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。この配線６０は、処理容器１２の外部においてスイッチを介して電源６２（図１参照）に接続されている。
【００８７】
第１筒状部３６ｂは、柱状部３６ａの外側において当該柱状部３６ａと同軸に設けられている。第１筒状部３６ｂは、下部電極３４に変調直流電圧及び高周波バイアス電力を供給するための配線である。第１筒状部３６ｂは、ロータリーコネクタ５４を介して配線６４に接続されている。配線６４は、支持構造体１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。この配線６４は、処理容器１２の外部においてバイアス電力供給部２２の第１電源２２ａ及び第２電源２２ｂに接続されている。なお、第２電源２２ｂと配線６４との間には、インピーダンスマッチング用の整合器が設けられ得る。
【００８８】
第２筒状部３６ｃは、第１筒状部３６ｂの外側において当該第１筒状部３６ｂと同軸に設けられている。一実施形態では、上述のロータリーコネクタ５４内には軸受５５が設けられており。当該軸受５５は第２筒状部３６ｃの外周面に沿って延在している。この軸受５５は、第２筒状部３６ｃを介して回転軸部３６を支持している。上述した軸受５３は回転軸部３６の上側部分を支持しているのに対して、軸受５５は回転軸部３６の下側部分を支持している。このように二つの軸受５３及び軸受５５によって、回転軸部３６がその上側部分及び下側部分の双方において支持されるので、回転軸部３６を第２軸線ＡＸ２中心に安定して回転させることが可能である。
【００８９】
第２筒状部３６ｃには、伝熱ガス供給用のガスラインが形成されている。このガスラインは、スイベルジョイントといった回転継手を介して配管６６に接続されている。配管６６は、支持構造体１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。この配管６６は、処理容器１２の外部において伝熱ガスのソース６８（図１参照）に接続されている。
【００９０】
第３筒状部３６ｄは、第２筒状部３６ｃの外側において当該第２筒状部３６ｃと同軸に設けられている。この第３筒状部３６ｄには、冷媒流路３４ｆに冷媒を供給する得ための冷媒供給ライン、及び冷媒流路３４ｆに供給された冷媒を回収する冷媒回収ラインが形成されている。冷媒供給ラインは、スイベルジョイントといった回転継手７０を介して配管７２に接続されている。また、冷媒回収ラインは回転継手７０を介して配管７４に接続されている。配管７２及び配管７４は、支持構造体１８の内部空間から傾斜軸部５０の内孔を通って、処理容器１２の外部まで延びている。そして、配管７２及び配管７４は、処理容器１２の外部においてチラーユニット７６（図１参照）に接続されている。
【００９１】
また、図８に示すように、支持構造体１８の内部空間には、回転モータ７８が設けられている。回転モータ７８は、回転軸部３６を回転させるための駆動力を発生する。一実施形態では、回転モータ７８は、回転軸部３６の側方に設けられている。この回転モータ７８は、回転軸部３６に取り付けられたプーリ８０に伝導ベルト８２を介して連結されている。これにより、回転モータ７８の回転駆動力が回転軸部３６に伝達され、保持部３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転する。保持部３０の回転数は、例えば、４８ｒｐｍ以下の範囲内にある。例えば、保持部３０は、プロセス中に２０ｒｍｐの回転数で回転される。なお、回転モータ７８に電力を供給するための配線は、傾斜軸部５０の内孔を通って処理容器１２の外部まで引き出され、処理容器１２の外部に設けられたモータ用電源に接続される。
【００９２】
このように、支持構造体１８は、大気圧に維持可能な内部空間に多様な機構を設けることが可能である。また、支持構造体１８は、その内部空間に収めた機構と処理容器１２の外部に設けた電源、ガスソース、チラーユニット等の装置とを接続するための配線又は配管を処理容器１２の外部まで引き出すことが可能であるように構成されている。なお、上述した配線及び配管に加えて、処理容器１２の外部に設けられたヒータ電源と静電チャック３２に設けられたヒータとを接続する配線が、支持構造体１８の内部空間から処理容器１２の外部まで傾斜軸部５０の内孔を介して引き出されていてもよい。
【００９３】
ここで、プラズマ処理装置１０におけるイオンエネルギーの実測結果について説明する。図９は、図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーを、イオンエネルギーアナライザを用いて実測した結果を示すグラフである。図９に示すイオンエネルギーは、以下に示す条件でプラズマを生成し、イオンエネルギーアナライザを用いて実測したものである。
＜条件＞
処理ガス：Ｋｒガス、５０ｓｃｃｍ
処理容器１２内の圧力：５ｍＴｏｒｒ（０．１３３３Ｐａ）
高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂの電力：５０Ｗ
変調直流電圧の電圧値：２００Ｖ
変調直流電圧の変調周波数：４００ｋＨｚ
変調直流電圧のオン・デューティ比：５０％
【００９４】
図９において、横軸はイオンエネルギーを示しており、左側の縦軸はイオン電流を示しており、右側の縦軸はＩＥＤＦ(Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ)、即ち、イオンのカウント数を示している。図９に示すように、上記の条件の下でイオンエネルギーを実測したところ、約１５３．４ｅＶを中心とする狭いエネルギー帯域のイオンが生成されていた。したがって、プラズマ処理装置１０において希ガスのプラズマを発生させ、イオン引き込みのために変調直流電圧を用いることにより、狭いエネルギー帯域を有し、且つ、比較的低いエネルギーをもったイオンをウエハＷに入射させることが可能であることが確認される。
【００９５】
一方、変調直流電圧ではなく、第２電源２２ｂの高周波バイアス電力を支持構造体１８に供給する場合には、高周波バイアス電力の大きさを調整しても、イオンエネルギーは６００ｅＶより大きくなる。
【００９６】
次に、プラズマ処理装置１０におけるイオンエネルギーの制御性について、実測結果と共に説明する。図１０は、図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧の電圧値との関係を示すグラフである。図１１は、図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧の変調周波数との関係を示すグラフである。図１２は、図１に示したプラズマ処理装置におけるイオンエネルギーとパルス変調された直流電圧のオン・デューティ比との関係を示すグラフである。図１０、図１１、図１２に示すイオンエネルギーは、下記の条件の下でプラズマを生成し、イオンエネルギーアナライザを用いて実測したものである。なお、図１０に示すイオンエネルギーは、変調直流電圧の電圧値（横軸）を種々の異なる電圧値に設定して取得したものである。また、図１１に示すイオンエネルギーは、変調直流電圧の変調周波数（横軸）を種々の異なる周波数に設定して取得したものである。また、図１２に示すイオンエネルギーの取得においては、変調直流電圧のオン・デューティ比（横軸）を種々の異なる比に設定して取得したものである。また、図１０〜図１２に示すイオンエネルギー（縦軸）は、ＩＥＤＦがピークであるイオンエネルギーを示している。
＜条件＞
処理ガス：Ｋｒガス、５０ｓｃｃｍ
処理容器１２内の圧力：５ｍＴｏｒｒ（０．１３３３Ｐａ）
高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂの電力：５０Ｗ
変調直流電圧の電圧値：２００Ｖ（図１０の実測では可変）
変調直流電圧の変調周波数：４００ｋＨｚ（図１１の実測では可変）
変調直流電圧のパルス変調のオン・デューティ比：５０％（図１２の実測では可変）
【００９７】
図１０に示すように、支持構造体１８（即ち、下部電極３４）に印加する変調直流電圧の電圧値を変化させると、イオンエネルギーを大きく且つ線形的に変化させることが可能であることが確認される。また、図１１及び図１２に示すように、支持構造体１８（即ち、下部電極３４）に印加する（即ち、下部電極３４）の変調周波数又はオンデューティ比を変化させると、小さい変動ではあるものの、イオンエネルギーを線形的に変化させることが可能である。このことから、プラズマ処理装置１０によれば、イオンエネルギーの制御性に優れることが確認される。
【００９８】
ここで、図４に示した多層膜の各層を構成する物質には、当該物質を選択的にエッチングするのに適したイオンエネルギーが存在する。したがって、プラズマ処理装置１０によれば、（即ち、下部電極３４）を用いることにより、その電圧値、変調周波数、及び、オン・デューティ比のうち一以上を多層膜中の各層に応じて調整することで、マスクＭＳＫ及び下地に対してエッチング対象の層を選択的にエッチングすることが可能となる。
【００９９】
また、図４に示した多層膜の各層のエッチング中には、エッチングによって削られた物質（即ち、金属）が排気されずに、エッチングによって形成された形状の表面、特に側面に付着する。プラズマ処理装置１０によれば、このように側面に形成された堆積物を除去する際に、支持構造体１８を傾斜させ、且つ、ウエハＷを保持した保持部３０を第２軸線ＡＸ２中心に回転させることができる。これにより、エッチングによって形成された形状の側面の全領域に向けてイオンを入射させることができ、ウエハＷに対するイオンの入射の面内均一性を向上させることが可能である。その結果、エッチングによって形成された形状の側面の全領域において、当該側面に付着した堆積物を除去することが可能となり、当該形状の垂直性を高めることが可能である。また、堆積物の除去をウエハＷの面内で均一に行うことが可能であり、エッチングによって形成される形状の面内均一性が向上される。
【０１００】
以下、図４に示したウエハＷの多層膜をエッチングする方法の一実施形態について説明する。図１３は、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図１３に示す方法ＭＴは、図１等に示したプラズマ処理装置１０を用いて実施することが可能である。この方法は、図４に示した多層膜中の各層を、そのエッチングに適したエネルギーをもつイオンを利用してエッチングするものである。ここでは、方法ＭＴの説明に先立ち、希ガスの種類及びイオンエネルギーと、種々の金属又は金属化合物のスパッタイールドＳＹとの関係を説明する。
【０１０１】
図１４は、１０００ｅＶのイオンエネルギーをもつ希ガス原子のイオンによる各種金属又は金属化合物のスパッタイールドＳＹを示す図である。図１５は、３００ｅＶのイオンエネルギーをもつ希ガス原子のイオンによる各種金属又は金属化合物のスパッタイールドＳＹを示す図である。図１４及び図１５において、横軸は、金属又は金属化合物の種別を示しており、縦軸は、スパッタイールドＳＹを示してる。なお、スパッタイールドＳＹは、一つのイオンがエッチング対象の層に入射したときに、当該層から放出される構成原子の個数である。なお、１０００ｅＶといった比較的高いイオンエネルギーは、高周波バイアス電力又は比較的高い電圧値の変調直流電圧を用いることにより得られる。一方、３００ｅＶといった比較的低いイオンエネルギーは、比較的低い電圧値の変調直流電圧を用いることにより得られる。
【０１０２】
図１４に示すように、１０００ｅＶのＫｒイオンは、Ｃｏ及びＦｅに対して約２のスパッタイールドＳＹを有し、Ｔａ、Ｔｉ、及びＭｇＯに対して１に近いスパッタイールドＳＹを有する。したがって、１０００ｅＶのＫｒイオンをウエハＷに照射する条件では、上部磁性層Ｌ４をエッチングし、且つ、上部磁性層Ｌ４のエッチングによって発生する堆積物の除去を行うことはできる。しかしながら、上部磁性層Ｌ４及び当該上部磁性層Ｌ４から発生した堆積物の除去よりはレートが低いものの、マスクＭＳＫ及び下地の絶縁層Ｌ３もがエッチングされる。
【０１０３】
一方、図１５に示すように、３００ｅＶのＫｒイオンは、Ｃｏ及びＦｅに対して１に近いスパッタイールドＳＹを有し、Ｔａ、Ｔｉ、及びＭｇＯに対して約０．４以下のスパッタイールドＳＹを有する。したがって、３００ｅＶのＫｒイオンをウエハＷに照射する条件では、上部磁性層Ｌ４をエッチングし、且つ、上部磁性層Ｌ４のエッチングによって発生する堆積物の除去を行うことができ、しかも、マスクＭＳＫ及び下地の絶縁層Ｌ３を略エッチングしないことが可能となる。即ち、比較的低いイオンエネルギーを有するイオン照射することが可能な変調直流電圧を用いることにより、上部磁性層Ｌ４及び当該上部磁性層Ｌ４から発生した堆積物の除去を、マスクＭＳＫ及び下地の絶縁層Ｌ３に対して選択的に行うことが可能である。
【０１０４】
また、図１５に示すように３００ｅＶのＫｒイオンはＭｇＯに対して約０．４のスパッタイールドＳＹを有しており、一方、図１４に示すように、１０００ｅＶのＫｒイオンは、ＭｇＯに対して１に近いスパッタイールドを有している。したがって、比較的高いイオンエネルギーを有するイオンを照射することが可能な変調直流電圧又は高周波バイアス電力を用いることにより、絶縁層Ｌ３をエッチングすることが可能である。
【０１０５】
また、希ガスだけを用いた場合の絶縁層Ｌ３のスパッタイールドは比較的低いが、希ガスに加えて、還元作用を発揮する水素含有ガスを用いることにより、絶縁層Ｌ３のＭｇＯを、高いスパッタイールドＳＹが得られるＭｇに改質することができる（図１４参照のＭｇのスパッタイールドＳＹを参照）。これにより、絶縁層Ｌ３を高いエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【０１０６】
同様に、絶縁層Ｌ３よりも下層の下部磁性層Ｌ２及び下地層Ｌ１も、絶縁層Ｌ３のエッチングと同様の条件を用いてエッチングすることができる。但し、図１４に関連して上述したように、１０００ｅＶのＫｒイオンは、マスクＭＳＫをもエッチングし得る。このため、特に下地層Ｌ１のエッチングにおいては、ＫｒガスとＮｅガスとを交互に用いてもよい。１０００ｅＶのＫｒイオンは、下地層Ｌ１を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｍｎ等に対して高いスパッタイールドＳＹを有している。即ち、Ｋｒガスといった第１の希ガスを含む処理ガスのプラズマを生成し、比較的高いエネルギーを有するＫｒイオンを照射することが可能な変調直流電圧又は高周波バイアス電力を用いることにより、垂直性の高い形状を形成することが可能となり、堆積物を多く除去することが可能となる。
【０１０７】
一方、１０００ｅＶのＮｅイオンは、下地層Ｌ１を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｍｎ等に対して低いものの１に近いスパッタイールドＳＹを有している。また、１０００ｅＶのＮｅイオンは、マスクＭＳＫを構成し得るＴｉ又はＴａに対して、１よりも小さなスパッタイールドＳＹを有している。即ち、Ｎｅガスといった第２の希ガスを含む処理ガスのプラズマを生成し、比較的高いエネルギーを有するＮｅイオンを照射することが可能な変調直流電圧又は高周波バイアス電力を用いることにより、マスクＭＳＫを実質的にエッチングしないように、下地層Ｌ１をエッチングすることが可能となる。したがって、比較的高いイオンエネルギーのイオンがウエハＷに照射される条件であっても、第１の希ガス及び第２の希ガスを交互に用いることで、下地層Ｌ１を選択的にエッチングすることが可能となる、また、下地層Ｌ１に形成される形状の垂直性を高めることが可能となり、エッチングによって発生する堆積物を除去することも可能となる。
【０１０８】
再び図１３を参照する。図１３に示す方法ＭＴは、図１４及び図１５を参照して説明した上記の特性を少なくとも部分的に利用する。以下、図１３と共に、図１６〜図２０を参照しつつ、方法ＭＴについて詳細に説明する。図１６〜図２０は、方法ＭＴの各工程中又は各工程後の被処理体の状態を示す断面図である。なお、以下の説明においては、プラズマ処理装置１０が方法ＭＴの実施に用いられるものとする。しかしながら、支持構造体を傾斜させ且つウエハＷを保持する保持部を回転させることができ、バイアス電力供給部から変調直流電圧を支持構造体に印加させることができるプラズマ処理装置であれば、任意のプラズマ処理装置を方法ＭＴの実施に用いることが可能である。
【０１０９】
方法ＭＴでは、まず、工程ＳＴ１において、図４に示したウエハＷが準備され、プラズマ処理装置１０の処理容器１２内に収容される。そして、保持部３０の静電チャック３２によってウエハＷが保持される。
【０１１０】
続く工程ＳＴ２では、上部磁性層Ｌ４がエッチングされる。工程ＳＴ２では、処理容器１２内に、希ガス及び水素含有ガスが供給される。一実施形態において、希ガスは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスであり、例えば、Ｋｒガスである。また、水素含有ガスは、例えば、ＣＨ４ガス又はＮＨ３ガスである。
【０１１１】
また、工程ＳＴ２では、排気系２０により、処理容器１２内の空間Ｓの圧力が所定の圧力に減圧される。例えば、処理容器１２内の空間Ｓの圧力は、０．４ｍＴｏｒｒ（０．５Ｐａ）〜２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。また、工程ＳＴ２では、プラズマ源１６によって希ガス及び水素含有ガスが励起される。このため、プラズマ源１６の高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂに、例えば、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８ＭＨｚの周波数、且つ、１０Ｗ〜３０００Ｗの範囲内の電力値の高周波電力を供給する。また、工程ＳＴ２では、変調直流電圧が支持構造体１８（下部電極３４）に印加される。この直流電圧の電圧値は、マスクＭＳＫ及び絶縁層Ｌ３のエッチングを抑制するために、比較的低い電圧値に設定される。例えば、この直流電圧の電圧値は、３００Ｖ以下の電圧値、例えば２００Ｖに設定される。また、この直流電圧の変調周波数は、例えば、４００ｋＨｚに設定される。さらに、この直流電圧のパルス変調のオン・デューティ比は、１０％〜９０％の範囲の比に設定される。
【０１１２】
さらに、工程ＳＴ２では、支持構造体１８は非傾斜状態に設定され得る。即ち、工程ＳＴ２では、支持構造体１８は、軸線ＰＸに第２軸線ＡＸ２が一致するように配置される。なお、工程ＳＴ２の全期間中、又は、一部期間中に、支持構造体１８が傾斜状態に設定されてもよい。即ち、工程ＳＴ２の全期間中、又は一部期間中に、軸線ＰＸに対して第２軸線ＡＸ２が傾斜するように支持構造体１８が配置されてもよい。例えば、支持構造体１８は、工程ＳＴ２の期間中に、交互に非傾斜状態と傾斜状体に設定されてもよい。
【０１１３】
工程ＳＴ２では、上述した条件で生成されたイオンが、変調直流電圧によって発生するシースにより加速されて上部磁性層Ｌ４に入射する。このイオンのエネルギーは、Ｃｏ及びＦｅから構成される上部磁性層Ｌ４をエッチングするものの、Ｔａ及びＴｉＮから構成されるマスクＭＳＫ、並びに、ＭｇＯから構成される絶縁層Ｌ３を実質的にはエッチングしない。したがって、工程ＳＴ２では、上部磁性層Ｌ４を、マスクＭＳＫ及び絶縁層Ｌ３に対して選択的にエッチングすることができる。また、工程ＳＴ２では、水素含有ガスに由来する水素の活性種が上部磁性層Ｌ４の表面を改質する。これにより、上部磁性層Ｌ４のエッチングが促進される。さらに、工程ＳＴ２では、水素含有ガス中の窒素又は炭素とマスクＭＳＫとの反応により金属化合物が形成される。これにより、マスクＭＳＫが強固となり、マスクＭＳＫのエッチングが抑制される。
【０１１４】
このような工程ＳＴ２の実行により、図１６の（ａ）に示すように上部磁性層Ｌ４はエッチングされるが、上部磁性層Ｌ４の構成物質、例えば、Ｃｏ及びＦｅが排気されずにウエハＷの表面に付着し得る。当該構成物質は、例えば、マスクＭＳＫの側面、上部磁性層Ｌ４の側面、及び、絶縁層Ｌ３の上面に付着する。その結果、図１６の（ａ）に示すように堆積物ＤＰ１が形成される。
【０１１５】
続く工程ＳＴ３では、堆積物ＤＰ１が除去される。工程ＳＴ３では、マスクＭＳＫの側面及び上部磁性層Ｌ４の側面に付着した堆積物ＤＰ１を除去するために、支持構造体１８が傾斜状態に設定される。即ち、第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対して傾斜するように支持構造体１８の傾斜が設定される。この傾斜の角度、即ち第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対してなす角度は、任意に設定され得るが、例えば、０度より大きく６０度以下の角度である。また、工程ＳＴ３では、保持部３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転される。この回転の回転数は、任意に設定され得るが、例えば、２０ｒｐｍである。その他の工程ＳＴ３における条件は、工程ＳＴ２の条件と同様であってもよい。即ち、工程ＳＴ３では、処理容器１２内にアルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガス、例えばＫｒガスと、水素含有ガスが供給される。また、プラズマ源１６によって希ガス及び水素ガスが励起される。また、工程ＳＴ３では、支持構造体１８（下部電極３４）に変調直流電圧が印加される。
【０１１６】
この工程ＳＴ３では、図１６の（ｂ）に示すように、イオン（図中、円形で示す）の引き込み方向（図中、下向きの矢印で示す）に交差するように、堆積物ＤＰ１が配置される。即ち、イオンが上部磁性層Ｌ４の側面及びマスクＭＳＫの側面に向けて入射するよう、ウエハＷが配置される。また、工程ＳＴ３では、保持部３０が回転されるので、イオンが上部磁性層Ｌ４の側面の全領域及びマスクＭＳＫの側面の全領域に向けて入射する。また、イオンは、ウエハＷの面内において略均一に入射することになる。したがって、図１６の（ｃ）に示すように、上部磁性層Ｌ４の側面の全領域及びマスクＭＳＫの側面の全領域において、堆積物ＤＰ１を除去することが可能となり、上部磁性層Ｌ４に形成される形状の垂直性を高めることが可能となる。また、上部磁性層Ｌ４に形成される形状の面内均一性を向上させることが可能となる。また、工程ＳＴ３では、水素含有ガスに由来する水素の活性種が堆積物ＤＰ１を改質する。これにより、堆積物ＤＰ１の除去が促進される。
【０１１７】
なお、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３は、交互に複数回実行されてもよい。これにより、堆積物ＤＰ１が多量に形成される前に、当該堆積物ＤＰ１を除去しつつ上部磁性層Ｌ４をエッチングすることが可能となる。
【０１１８】
続く工程ＳＴ４では、絶縁膜ＩＬが形成される。この絶縁膜ＩＬは、下部磁性層Ｌ２と上部磁性層Ｌ４との導通を防止するために形成される。具体的に、工程ＳＴ４では、成膜装置にウエハＷが搬送され、当該成膜装置内において図１７の（ａ）に示すようにウエハＷの表面上に絶縁膜ＩＬが形成される。この絶縁膜ＩＬは、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコンから構成され得る。次いで、マスクＭＳＫの上面に沿った領域、及び、絶縁層Ｌ３の上面に沿った領域において絶縁膜ＩＬがエッチングされる。このエッチングには任意のプラズマ処理装置を利用することができる。例えば、当該エッチングには、プラズマ処理装置１０を用いることができる。また、このエッチングには、ハイドロフルオロカーボンガス又はフルオロカーボンガスを含む処理ガスを用いることができる。このエッチングの結果、図１７の（ｂ）に示すように、マスクＭＳＫの側面及び上部磁性層Ｌ４の側面に沿って絶縁膜ＩＬが残される。
【０１１９】
続く工程ＳＴ５では、絶縁層Ｌ３がエッチングされる。工程ＳＴ５では、処理容器１２内に、希ガス及び水素含有ガスが供給される。希ガスは、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する希ガスであり、例えば、Ｋｒガスである。また、水素含有ガスは、例えば、ＣＨ４ガス又はＮＨ３ガスである。また、工程ＳＴ５では、排気系２０により、処理容器１２内の空間Ｓの圧力が所定の圧力に減圧される。例えば、処理容器１２内の空間Ｓの圧力は、０．４ｍＴｏｒｒ（０．５Ｐａ）〜２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。また、工程ＳＴ５では、プラズマ源１６によって希ガス及び水素含有ガスが励起される。このため、プラズマ源１６の高周波電源１５０Ａ及び高周波電源１５０Ｂは内側アンテナ素子１４２Ａ及び外側アンテナ素子１４２Ｂに、例えば、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８ＭＨｚの周波数、且つ、１０Ｗ〜３０００Ｗの範囲内の電力値の高周波電力を供給する。
【０１２０】
上述したように、絶縁層Ｌ３のエッチングでは、比較的高いイオンエネルギーのイオンをウエハＷに入射させる必要がある。このため、工程ＳＴ５では、工程ＳＴ２において支持構造体１８（下部電極３４）に印加される変調直流電圧よりも高い電圧値の変調直流電圧、又は、高周波バイアス電力が、支持構造体（下部電極３４）に供給される。変調直流電圧が用いられる場合には、当該変調直流電圧のパルス変調のオン・デューティ比及び変調周波数は工程ＳＴ２における直流電圧のパルス変調のオン・デューティ比及び変調周波数と同様であってもよいが、当該直流電圧の電圧値は３００Ｖよりも大きい電圧値に設定される。一方、高周波バイアス電力が用いられる場合には、当該高周波バイアス電力は、１００Ｗ〜１５００Ｗに設定され、その周波数は４００ｋＨｚに設定され得る。さらに、工程ＳＴ５では、支持構造体１８は非傾斜状態に設定され得る。即ち、工程ＳＴ５では、支持構造体１８は、軸線ＰＸに第２軸線ＡＸ２が一致するように配置される。なお、工程ＳＴ５の全期間中、又は、一部期間中に、支持構造体１８が傾斜状態に設定されてもよい。即ち、工程ＳＴ５の全期間中、又は、一部期間中に、軸線ＰＸに対して第２軸線ＡＸ２が傾斜するように支持構造体１８が配置されてもよい。例えば、支持構造体１８は、工程ＳＴ５の期間中に、交互に非傾斜状態と傾斜状体に設定されてもよい。
【０１２１】
工程ＳＴ５では、上述した条件で生成されたイオンが絶縁層Ｌ３に入射する。このイオンは、絶縁層Ｌ３をエッチングし得るエネルギーを有し得る。また、工程ＳＴ５で用いられる水素含有ガスに由来する水素の活性種により絶縁層Ｌ３の構成物質が還元される。例えば、ＭｇＯが還元される。これにより、図１４を参照して説明したように、絶縁層Ｌ３は、高いスパッタイールドＳＹが得られるように改質される。その結果、絶縁層Ｌ３のエッチングレートが高められる。かかる工程ＳＴ５により、図１８の（ａ）に示すように、絶縁層Ｌ３がエッチングされる。この工程ＳＴ５では、絶縁層Ｌ３の構成物質が排気されずにウエハＷの表面に付着し得る。例えば、当該構成物質は、マスクＭＳＫの側面、上部磁性層Ｌ４の側面、絶縁層Ｌ３の側面、及び下部磁性層Ｌ２の表面に付着する。その結果、堆積物ＤＰ２が形成される。
【０１２２】
続く工程ＳＴ６では、堆積物ＤＰ２が除去される。工程ＳＴ６では、堆積物ＤＰ２を除去するために、支持構造体１８が傾斜状態に設定される。即ち、第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対して傾斜するように支持構造体１８の傾斜が設定される。この傾斜の角度、即ち第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対してなす角度は、任意に設定され得るが、例えば、０度より大きく６０度以下の角度である。また、工程ＳＴ３では、保持部３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転される。この回転の回転数は、任意に設定され得るが、例えば、２０ｒｐｍである。その他の工程ＳＴ６における条件は、工程ＳＴ５の条件と同様である。かかる工程ＳＴ６によれば、イオンを効率良く堆積物ＤＰ２に入射させることができるので、図１８の（ｂ）に示すように、堆積物ＤＰ２を除去することが可能となる。また、水素含有ガスを用いることにより、堆積物ＤＰ２を改質して、当該堆積物ＤＰ２の除去を促進することが可能となる。
【０１２３】
なお、工程ＳＴ５と工程ＳＴ６とは、交互に複数回数実行されてもよい。これにより、堆積物ＤＰ２が多量に形成される前に、当該堆積物ＤＰ２を除去しつつ絶縁層Ｌ３をエッチングすることが可能となる。
【０１２４】
続く工程ＳＴ７では、図１９の（ａ）に示すように、下部磁性層Ｌ２がエッチングされ、続く工程ＳＴ８では、工程ＳＴ６のエッチングによって発生する堆積物ＤＰ３が、図１９の（ｂ）に示すように、除去される。下部磁性層Ｌ２は上部磁性層Ｌ４と同様の物質から構成されているので、一実施形態では、工程ＳＴ７の条件は工程ＳＴ２と同様の条件であってもよい。また、工程ＳＴ８の条件は工程ＳＴ３と同様の条件であってもよい。また、工程ＳＴ７と工程ＳＴ８とは交互に複数回実行されてもよい。即ち、工程ＳＴ７及び工程ＳＴ８の双方において、希ガス（例えば、Ｋｒガス）及び水素含有ガスのプラズマが生成され、支持構造体１８の下部電極３４に変調直流電圧が印加される。変調直流電圧の電圧値は、３００Ｖ以下、例えば、２００Ｖである。また、工程ＳＴ８では、支持構造体１８が傾斜状態に設定され、保持部３０が回転される。なお、工程ＳＴ７の全期間中の一部において、支持構造体１８が傾斜状態に設定され、保持部３０が回転されてもよい。
【０１２５】
或いは、別の実施形態では、工程ＳＴ７の条件は工程ＳＴ５と同様であってもよく、工程ＳＴ８の条件は工程ＳＴ６と同様であってもよい。即ち、工程ＳＴ７及び工程ＳＴ８の双方において、希ガス（例えば、Ｋｒガス）及び水素含有ガスのプラズマが生成され、支持構造体１８の下部電極３４に比較的高い電圧値、例えば、３００Ｖよりも大きい変調直流電圧、又は、高周波バイアス電力が供給される。また、工程ＳＴ８では、支持構造体１８が傾斜状態に設定され、保持部３０が回転される。なお、工程ＳＴ７の全期間中の一部において、支持構造体１８が傾斜状態に設定され、保持部３０が回転されてもよい。この実施形態では、絶縁層Ｌ３と下部磁性層Ｌ２とを同様の条件で一括してエッチングすることが可能となる。
【０１２６】
続く工程ＳＴ９では、下地層Ｌ１がエッチングされる。一実施形態では、下地層Ｌ１の非磁性層Ｌ１４から反強磁性層Ｌ１２が下部電極層Ｌ１１の表面（上面）までエッチングされる。
【０１２７】
図２１は、工程ＳＴ９の一実施形態を示す流れ図である。図２１に示すように、一実施形態の工程ＳＴ９では、まず、工程ＳＴ９１において処理容器１２内でプラズマが生成される。工程ＳＴ９１においてプラズマを生成するための条件は、工程ＳＴ５の条件と同様である。即ち、この実施形態では、工程ＳＴ５の条件を用いて、絶縁層Ｌ３、下部磁性層Ｌ２、及び、非磁性層Ｌ１４から反強磁性層Ｌ１２を一括してエッチングし得る。また、工程ＳＴ９では、工程ＳＴ９１において設定されたプラズマ生成の条件を維持しつつ、工程ＳＴ９２及び工程ＳＴ９３が実行される。工程ＳＴ９２では、支持構造体１８が第１状態、即ち非傾斜状態に設定される。続く工程ＳＴ９３では、支持構造体１８が第２状態、即ち傾斜状体に維持され、保持部３０が回転される。支持構造体１８の傾斜角度は、例えば、０度より大きく６０度以下の角度である。また、保持部３０の回転数は、例えば、２０ｒｐｍである。
【０１２８】
図２１に示す実施形態によれば、工程ＳＴ９２において、図２０の（ａ）に示すように、非磁性層Ｌ１４から反強磁性層Ｌ１２までの各層がエッチングされ、このエッチングによって発生した堆積物ＤＰ４が、工程ＳＴ９３において除去される。これにより、ウエハＷにエッチングによって形成される形状の側面に付着した堆積物が、当該形状の側面の全領域から除去され、且つ、ウエハＷの面内においても均一に除去される。したがって、ウエハＷにエッチングによって形成される形状の垂直性が高められる。
【０１２９】
図２２は、工程ＳＴ９の別の実施形態を示す図である。図２２に示す工程ＳＴ９は、工程ＳＴ９５及び工程ＳＴ９６を含んでいる。工程ＳＴ９５では、アルゴンの原子番号よりも大きい原子番号を有する第１の希ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。第１の希ガスは、例えば、Ｋｒガスである。工程ＳＴ９６では、アルゴンの原子番号よりも小さい原子番号を有する第２の希ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。第２の希ガスは、例えば、Ｎｅガスである。また、この実施形態では、工程ＳＴ９５及び工程ＳＴ９６の双方において、高周波バイアス電力が支持構造体１８（下部電極３４）に供給され得る。また、工程ＳＴ９５及び工程ＳＴ９６の少なくとも一方の全期間又は一部期間において、支持構造体１８が傾斜され、保持部３０が回転される。
【０１３０】
上述したように、比較的高いエネルギーのＫｒイオンは、下地層Ｌ１を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｍｎ等に対して高いスパッタイールドＳＹを有している。したがって、Ｋｒガスといった第１の希ガスを含む処理ガスは、下地層Ｌ１に垂直性の高い形状を形成することを可能とし、エッチングによって発生する堆積物を効率的に除去することが可能とする。一方、比較的高いエネルギーのＮｅイオンは、下地層Ｌ１を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｍｎ等に対して低いものの１に近いスパッタイールドＳＹを有している。また、比較的高いエネルギーのＮｅイオンは、マスクＭＳＫを構成し得るＴｉ又はＴａに対して、１よりも小さなスパッタイールドＳＹを有している。したがって、Ｎｅといった第２の希ガスを含む処理ガスは、マスクＭＳＫを実質的にエッチングしないが、下地層Ｌ１をエッチングすることができる。このような第１の希ガス及び第２の希ガスを交互に用いることで、下地層Ｌ１をマスクＭＳＫに対して選択的にエッチングすることが可能となり、下地層Ｌ１に形成される形状の垂直性を高めることが可能となり、また、エッチングによって発生する堆積物の除去も可能となる。
【０１３１】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図２１に示した実施形態では、工程ＳＴ９２において高周波バイアス電力が支持構造体１８（即ち、下部電極３４）に供給され、工程ＳＴ９３では、変調直流電圧が支持構造体１８（即ち、下部電極３４）に印加されてもよい。即ち、工程ＳＴ９２では非磁性層Ｌ１４から反強磁性層Ｌ１２までのメインエッチングに高周波バイアス電力を用い、当該メインエッチングで生じた堆積物の除去、即ち、オーバーエッチングにおいて変調直流電圧を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ガス供給系、１４ａ…第１のガス供給部、１４ｂ…第２のガス供給部、１６…プラズマ源、１８…支持構造体、２０…排気系、２０ｂ…ターボ分子ポンプ、２２…バイアス電力供給部、２２ａ…第１電源、２２ｂ…第２電源、２４…駆動装置、２６…整流部材、３０…保持部、３２…静電チャック、３４…下部電極、３４ｆ…冷媒流路、３６…回転軸部、４０…容器部、５０…傾斜軸部、５２…磁性流体シール部、５４…ロータリーコネクタ、６０…配線、６２…電源、６４…配線、６６…配管、６８…伝熱ガスのソース、７０…回転継手、７２…配管、７４…配管、７６…チラーユニット、７８…回転モータ、８０…プーリ、８２…伝導ベルト、１５０Ａ，１５０Ｂ…高周波電源、ＡＸ１…第１軸線、ＡＸ２…第２軸線、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、Ｌ１…下地層、Ｌ１１…下部電極層、Ｌ１２…反強磁性層、Ｌ１３…強磁性層、Ｌ１４…非磁性層、Ｌ２…下部磁性層、Ｌ３…絶縁層、Ｌ４…上部磁性層、ＭＳＫ…マスク、ＭＴ…方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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