基板処理装置及びＣＶＤ装置並びに電子デバイスの製造方法
【課題】プラズマ生成部と成膜処理部の間に隔壁を配することによって被成膜基板にプラズマ生成部で発生する高エネルギー粒子が入射するのを抑制する構成を有する装置において、成膜分布を改善することを課題とする。
【解決手段】基板処理装置を、プラズマが生成される第一の空間、基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、第一の孔に係わる単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きい構成とする。
【解決手段】基板処理装置を、プラズマが生成される第一の空間、基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、第一の孔に係わる単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きい構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及びこの基板処理装置を適用したＣＶＤ装置並びにこれらを使用した電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、高ネルギーのプラズマ粒子の入射を阻止しつつＣＶＤ成膜を行う装置としては特許文献１に記載のものがあった。該発明は、本発明と同様に真空容器内をプラズマ生成部と成膜処理部を画す隔壁を有するものである。そして、隔壁にはプラズマ生成部及び成膜処理部を繋ぐ貫通孔が穿孔されている。貫通孔は、貫通孔内でのガス流をｕ、貫通孔の特徴的な長さをＬ，プラズマ生成部の供給されるガスと隔壁内に供給されるガスの相互拡散係数をＤとすると、ｕＬ／Ｄ＞１を満たすように形成されている。
【０００３】
また、特許文献２には、同様に隔壁を有するプラズマＣＶＤ装置において、分布を改善する為に隔壁内に更にガスの拡散板が設けられており、該拡散板にガス通過孔が設けられている発明が開示されている。そして、ガス通過孔は外周部よりも中心部がその開口率が大きくなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４５３４９号公報 （第３〜４頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−１３５６２８号公報 （第５頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、プラズマを利用して発生した活性種を使用して成膜を行うＣＶＤ成膜であって、プラズマ生成部と成膜処理部の間に隔壁を配することによって被成膜基板にプラズマ生成部で発生する高エネルギー粒子が入射するのを抑制する構成を有する装置において、成膜分布を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係わる基板処理装置は、プラズマが生成される第一の空間、基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、第一の孔の単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きいこという構成を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、プラズマ生成空間でプラズマを利用して活性種を生成してＣＶＤ成膜行う場合であっても、プラズマ生成部で発生する高エネルギー粒子が被成膜基板に入射を抑制しつつ、且つ良好な成膜分布の成膜を被成膜基板上に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＣＶＤ装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のＣＶＤ装置の隔壁部の拡大説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明のＣＶＤ装置の貫通孔と拡散孔の平面方向の配置の一例を表した説明図である。
【図４】従来のＣＶＤ装置の貫通孔と拡散孔の平面方向の配置を表した説明図である。
【図５】本発明のＣＶＤ装置と従来のＣＶＤ装置で成膜処理した場合の、基板径方向位置と成膜速度との関係をプロットしたものである。
【図６】本発明のＣＶＤ装置と従来のＣＶＤ装置で成膜処理した場合の、基板径方向位置と屈折率ｎとの関係をプロットしたものである。
【図７】本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置の一例の構成を示す図である。
【図８】磁気抵抗効果素子の構成の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の実施形態の製造方法のフローチャート、（ｂ）は、このフローチャートの各ステップに対応した磁気抵抗効果素子の状態を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明を更に説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる基板処理装置１００の模式図である。
【００１１】
図１において、１は真空容器、２は電極、２ａは電極に穿孔された孔、３は電力導入棒、４は電力導入棒３の外周部を覆う絶縁物、５は第一のガスを導入する第一のガス導入手段、６はクリーニングガス導入手段、７及び８は絶縁物、９は後述する隔壁を地絡するための金属等から出来ている電気的導体、１０は電極２の上、孔２ａの中及び電極２の下に拡がるプラズマ生成空間を示す。
【００１２】
２０は隔壁を示している。２１は貫通孔、２２は拡散孔、２３は内部空間、２４は材料ガスを導入する第二のガス導入手段、２５は孔形成領域を表している。ここで、貫通孔２１はプラズマが発生している部分よりなるプラズマ生成空間１０（第一の空間）と図１では隔壁２０に下に位置する基板処理空間１１（第二の空間）を繋ぐ孔であり、隔壁２０中を柱状の形をして貫いている。従って、内部空間は柱状部以外で繋がっている。従って、そのコンダクタンスは十分に大きい為に、内部に亘ってほぼ一定の圧力になっている。
【００１３】
上述のように、内部空間２３の全体に亘り圧力はほぼ均一のなっているので、拡散孔２２を通って噴出してくるガスもかなり均一なものとなっているが、更に均一なガスの吹き出しが求められる場合には、内部空間の隔壁の上面又は下面の間に且つそれらに平行に分布された穴を有する１又は２以上の拡散板を配置することも出来る。
【００１４】
３０は基板ホルダ、３１はその内部に埋設されているヒータである。そして、基板ホルダ３０の上部には基板１４が載置されている。１１は基板処理空間、１２は排気ポート、１３はターボ分子ポンプ等の排気手段である。
【００１５】
ここで、真空容器１はその組立て性を良好にする観点から、上容器１ａと、１ｂとから構成される。そして、それらは分離可能に構成されており、これらは組み合わせた場合には、それらがお互いに接する面には不図示のＯリング等のシール手段が配されており内部を外部から圧力的に遮断できる構成となっている。
【００１６】
図２は、隔壁２０の一部の拡大図である。同一の構成要素には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００１７】
プラズマ１０ａはプラズマ生成空間１０で発生するプラズマである。矢印４１は該プラズマの活性種が貫通孔２１を通り基板処理空間１１に供給される方向を示し、矢印４２は第二のガス導入手段２４より内部空間２３に導入された材料ガスが拡散孔２２を通り該基板処理空間に供給される方向を示している。
【００１８】
貫通孔２１は、３つの部分に分けることが出来る。プラズマ生成空間１０の側の２１ａはより小さな直径を有している。一方、基板処理空間１１の側の２１ｃは大きな直径となっている。その間は錐状の形状をした２１ｂで繋がっている。
【００１９】
このような形状をしているので、孔部に放電が入り込み、その結果プラズマが基板処理空間１１に漏れるのを防止できる。また、孔部では放電が生じ易いが、図２の構造ではプラズマ１０に対しては、隔壁は以下で記述する形状に比べてよりフラットである為、異常放電も起こり難い。また、径の小さな部分２１ａの長さが短いので製作も容易であるというメリットがある。
【００２０】
しかし、必要に応じては、逆の構成を採用することもできる。即ち、貫通孔２１のプラズマ生成空間１０の側の部分の径を大きくし、基板処理空間１１側の径を小さくする。そしてその間を錘状の径状部で繋ぐ構造である。また、プラズマ生成空間１０の側から基板処理空間１１まで同一の径の孔で繋いでも良い。
【００２１】
ここで、貫通孔の形状は、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たしていると望ましい。前式において、ｕは２１ａ部でのガス流速、すなわち、プラズマ生成空間に導入され、活性種を生成して成膜に寄与するガスの流速を表すものである。
【００２２】
Ｌは実質的な貫通孔の長さを表すものである。具体的には、Ｌは貫通孔の直径が最小の部分の長さである。例えば、図２の例でいえば、２１ａの長さである。
【００２３】
Ｄは、相互ガス拡散係数、すなわち２種のガス（第三の空間に導入される第二のガス、例えば材料ガスであるモノシランガスと、プラズマ生成空間に導入され活性種を生成して成膜に寄与する第一のガス、例えばアンモニアガス）の相互ガス拡散係数を表すものである。
【００２４】
ここで、Ｄ／Ｌは第二の空間に導入された材料ガスが第一の空間に拡散して行く速度の目安を表す。よって、ｕＬ／Ｄ＞１の条件が満たされていれば、プラズマ生成空間（第一の空間）から（第二の空間）へ流速が第二の空間に導入された材料ガスの第一の空間への拡散速度を上回ることになり、プラズマ生成空間である第一の空間への材料ガスの拡散は抑制される。
【００２５】
このように貫通孔の小さい直径部での流速、特徴的な長さ及び相互拡散係数の物理量を調整することにより、基板処理空間１１からプラズマ生成空間１０への材料ガスの逆拡散するのを防止できる。
【００２６】
上述したように、上記ｕＬ／Ｄ＞１なる条件は材料ガスの基板処理空間１１からプラズマ生成空間１０への逆拡散を防止するための条件であるが、発明者は更に研究した結果、プラズマ生成空間１０から基板処理空間１１への荷電粒子の漏れも極端に防止できることを見出した。
【００２７】
上述の現象を具体的に説明すると、１０１０／ｃｍ３のプラズマ密度が発生するプロセス条件では、典型的には基板への入射イオン電流密度は１０−３Ａ／ｃｍ２台である。しかし、ｕＬ／Ｄ＞１の条件が満たされていると同一のプロセス条件で測定された基板への入射イオン電流密度は１０−７Ａ／ｃｍ２台であった。即ち 基板へのイオン入射電流密度を概ね１０４分の１に低減することが分った。
【００２８】
図３は、本発明に係わる隔壁２０に形成される貫通孔２１及び拡散孔２２の穿孔の仕方を説明するための図である。ここで、今まで説明した実質同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。ここで、点線で表してある線は、本隔壁２０に対向して配置される基板１４の外周を表す線１４ａである。この線は、基板を隔壁に垂直に投影することによって得ることが出来る。
【００２９】
貫通孔２１及び拡散孔２２は、孔形成領域２５の内側に形成される。例えば、円板状の基板を処理する場合には孔形成領域２５は円状に形成すると良い。そして、例えば貫通孔２１及び拡散孔２２はその孔形成領域と同心の異なる径を持つ円周上に形成することで実現できる。
【００３０】
図３（ａ）のおいても図３（ｂ）においても、拡散孔２２は孔形成領域２５内全域に亘って単位面積あたり同一の開口率で配置されている。このような配置は、同一の孔径を持つ拡散孔２２を、同一のピッチで円周上に配置し、且つ隣接する円の径方向のピッチを同一にして配置することにより実現できる。
【００３１】
一方、貫通孔２１については周辺部における配置を増やし、中心部に比べ周辺部２５ａでの単位面積あたりの開口率を大きくしている。
【００３２】
図３（ａ）は、貫通孔２１を配する円周上でのピッチを外側の円周では狭くし、一方拡散孔２２を配置する円は同一のピッチで配置することにより実現している。
【００３３】
一方、図３（ｂ）は、貫通孔２１を２個ずつまとめて配置している。但し、該２個ずつまとめて配置した間の円周上のピッチは中心部での配置のピッチと同一であり、また貫通孔２１を配する円の径方向のピッチも中心部と同一にしてある。このとき拡散孔２２は図３（ａ）と同様に円周上で同一のピッチとし、且つ径方向の配置も同一のピッチとしている。
【００３４】
貫通孔の単位面積当たりの開口率を変える方法は、なんら上述の例示に限定させるものではなく、例えば、貫通孔の径を変えたり、あるいは貫通孔を配置する円の径方向のピッチを変えたりすることによっても実現できる。貫通孔の単位面性当たりの開口率を変えるという技術思想の下、様々な変更或いは変形が可能であることは言うまでも無い。
【００３５】
図４は、比較のための貫通孔２１及び拡散孔２２を孔形成領域２５の全域に亘り単位面積あたり均一の配置させた場合を表している。
【００３６】
貫通孔２１は、同一の孔径で、各円周上に同一のピッチで且つ各円も径方向に同一のピッチとなっている。拡散孔２２も貫通孔２１と同様な相互間関係で配置されている。
【００３７】
図４と図３（ａ）を比較すると、図４と図３（ａ）で貫通孔２１が配置される円間のピッチは同一であるが、図３（ａ）では同一の円周上での貫通孔２１のピッチが周辺部２５ａでは小さくなっている。従って、外周部２５での貫通孔２１の単位面積当たりの開口率は図３（ａ）においては図４におけるより大きくなっている。
【００３８】
図４と図３（ｂ）を比較すると、図４と図３（ｂ）で貫通孔２１の２個ずつ間のピッチは図４と同一である。一方、貫通孔が配置される円間のピッチは同一となっている。従って、図３（ｂ）においては周辺部２５ａでは図４に比較して２倍の貫通孔２１が配置されることになるので、周辺部２５ａでは貫通孔２１の開口率は図３（ｂ）においては図４における開口率の２倍になる。
【００３９】
図４に示すような隔壁を採用したｕＬ／Ｄ＞１なる条件を満たす基板処理装置を使用することにより、基板への高エネルギー粒子の入射を低減することは可能であるが、該基板処理装置を使用してＣＶＤ成膜を行った場合膜の分布が基板１４の周辺部で悪いという問題があった。
【００４０】
しかし、本発明のように構成を有する隔壁１４を使用することによりＣＶＤ成膜における膜分布を改善することが出来た。
【００４１】
図５と図６は、図４に示す隔壁と本発明の隔壁を使用したＣＶＤ装置を用いて、シリコン窒化物を成膜した場合の成膜速度及びその際に成膜された膜の屈折率の分布を示している。３００ｍｍのＳｉ基板上に成膜を行った。
【００４２】
成膜条件は、第一の空間にアンモニアガスを１５００ＳＣＣＭ（１ＳＣＣＭ＝1.６９×１０−３Ｐａ・ｍ３／ｓ）、第三の空間にアルゴンとシランの混合ガスを２９０ＳＣＣＭ導入した。そして、基板ホルダ３０はヒータ３１により１８０℃に維持した。
【００４３】
この際の貫通孔は、図２の形状をしていた。２１ａの部分の直径が１．２ｍｍ、該直径の部分の長さが２ｍｍ、２１ｃの直径が２ｍｍ、該直径部分の長さが３ｍｍ、個数が１７２８個であった。そして、上記条件下、基板処理空間１１の圧力が５５Ｐａのとき、ｕＬ／Ｄは約１．２と見積もられた。これは、第二の空間から第一の空間への材料ガスの逆拡散が抑制され且つ基板へのイオン入射が抑制される条件である。
【００４４】
上記見積もったｕＬ／Ｄの値は、見積もる際に使用した５５Ｐａは以下のプロセスで使用する２０Ｐａ又は３０Ｐａのいずれよりも大きい為、以下で説明するプロセスにおいても満たされていると考えられる。
【００４５】
図５は本発明のおいては、第二の空間である基板処理部の圧力が２０Ｐａでは、成膜速度が２６．２ｎｍ／ｍｉｎ．、成膜分布を示す１σの値が０．１３％；３０Ｐａでは成膜速度が２１．０ｎｍ／ｍｉｎ．１σが１．８１％を得ることが出来たことを示している。
【００４６】
ここで、１σとは注目している量が正規分布していると仮定した場合、その約６８％が入る平均値に対する幅である。
【００４７】
比較例として、図４に示す隔壁を使用して同一の成膜を行った場合は、２０Ｐａでは成膜速度が２５．８ｎｍ／ｍｉｎ、１σが７．１５％；３０Ｐａでは２１．２ｎｍ／ｍｉｎ．、１σが５．５２％であった。
【００４８】
一方、上記の成膜された膜の屈折率も測定した。その結果を図６に示す。
【００４９】
図６は本発明のおいては、第二の空間である基板処理部の圧力が２０Ｐａでは、屈折率は１．８８、該分布の１σは０．１８％；３０Ｐａでは屈折率は１．８９、１σが０．１２％を得られてことを示している。
【００５０】
比較例として、図４に示す隔壁を使用して同一の成膜を行った場合の結果は、２０Ｐａのでは屈折率が１．８８、１σが０．１７％；３０Ｐａでは屈折率が１．８９．１σが０．１８％であった。
【００５１】
即ち、屈折率が代表すると考えられる膜質に関しては、図４に示す隔壁で得られるものと同等のものが径方向に亘って得られ一方、成膜速度の均一性に関しては顕著に改善されたことが分る。
【００５２】
以下に、本発明の基板処理装置を使用して磁気抵抗効果素子を製造するプロセスについて説明する。
【００５３】
本発明の発明の対象とする磁気抵抗効果素子には、磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、以降ＭＲＡＭと略記する）、トンネル型磁気抵抗効果素子（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ 素子、以降ＴＭＲ素子と略記する）等の磁気記録媒体、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ、以降ＨＤＤと略記する）の磁気ヘッド等が含まれる。
【００５４】
図７は、上記電子デバイスを製造する装置７００である。
【００５５】
７００は、中心部に不図示の搬送ロボットを有する搬送室７０９を中心に、その周囲にプロセスユニット（室）が配置されている、いわゆるクラスタ型の基板処理装置である。このような構成になっているので、基板を大気に曝さず処理が行える為、処理中に汚染あるいは意図しない酸化あるいは窒化を抑制することができる。
【００５６】
７０１はロードロックチャンバ、７０２は第１の反応性イオンエッチング室（ハードマスク層エッチング及びフォトレジストマスクアッシング用）、７０３は第２の反応性イオンエッチング室（磁性層エッチング用）、７０４ラジカル処理室（還元処理室）、７０５は本発明の成膜処理室、７１１から７１５は基板が搬送される方向を示す矢印である。
【００５７】
図８は、磁気抵抗効果素子の構成の一例である。
【００５８】
８０１はシリコンやガラス等の基板、８０２はＣｕＮなどからなるシード電極、８０３はＴａなどからなる下地層、８０４はＰｔＭｎ又はＩｒＭｎからなる反強磁性層、８０５は磁化固定層、８０６はＡｌＯｘ又はＭｇＯからなる絶縁層、８０７はＣｏＦｅＢからなるフリー層、８０８はＴａなどからなるハードマスク層である。このハードマスク層８０８はフリー層８０７の保護層及び上部電極としての役割も有している。本発明の装置はこの磁気抵抗効果素子に対して保護膜８１４を形成する。尚、ＨＤＤの磁気ヘッドに於いては、シード層８０２としては主にＮｉＦｅが用いられる。
【００５９】
また、８０５の磁化固定層は例えば基板側からピン層であるＣｏＦｅ、Ｒｕ，ピン層であるＣｏＦｅＢの３層から構成することもできる。
【００６０】
下地層８０３からハードマスク層８０８まではスパッタ法で成膜する。このような薄い多層膜は、複数のターゲットと搭載でき、且つそれらを回転することできる装置のよれば、異種の膜を同一チャンバーで作製できる。さらに複数のチャンバーを真空一貫で搬送し処理することができる装置、例えば（キヤノンアネルバ（株）製；Ｃ−７１００、Ｃ−７１００ＥＸ）によれば、更に多くの膜を大気に曝すことなく真空一貫の状態で作製できる。
【００６１】
このような装置で基板・シード層８１０上に下地層８０３、８０４から８０７の多層磁性層８１１及びハードマスク層８０８を作製して、該多層磁性層を微細加工をする為に、ハードマスク８０８上にレジスト層を塗布する。
【００６２】
次いで、上記レジストに露光機及びレジスト現像装置を用いて所望のレジストパターンを形成する。ここまでは、他の装置で実施する。
【００６３】
上記のパターニングされたレジストを有する基板を、装置７００のロードロックチャンバ７０１に搬入する。そして、搬送室７０９を介して、第１の反応性イオンエッチング室７０２に搬送する。
【００６４】
、
第１の反応エッチング室７０２で、該レジストをマスクとして反応性エッチングを行い、ハードマスク層にパターン形状を転写させた後、酸素プラズマなどを用いて該レジストの残膜を除去する。その後、基板を搬送室７０９を介して、第二の反応イオンエッチング室７０３に移送する。そして、パターン形状が転写されたハードマスク層をマスクとして多層磁性層をエッチングし所望の形状に加工する。
【００６５】
このときハードマスク及び下地層には磁性膜材料に対しエッチング速度の遅い材料（たとえばＴａ）を選択することで多層磁性膜のみを選択的にエッチングすることができ、ハードマスクのパターン形状を多層磁性膜に転写することができる。
【００６６】
ここで、多層磁性膜のエッチングに用いられる反応性ガスに酸素が含まれる場合、ハードマスク層８０３、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上の表面に酸化によるダメージ層が形成されることがある。
【００６７】
ハードマスク８０３は前述したように上部電極としても使用される。よって、表面が酸化されると抵抗が増大するという問題を生じる。
【００６８】
一方、多層磁性膜８１１の側面が酸化すると、精細な素子設計に於いては設計寸法どおりの特性が得られず、素子の特性劣化の要因となる。そこで、これらの酸化層を取り除き設計値通りの磁気特性を実現するには、これらの酸化膜層を還元してやる必要がある。
【００６９】
そこで、該基板は搬送室７０９を通って、ラジカル処理室７０４に搬送し、還元処理を行う。
【００７０】
ラジカル処理室７０４での処理条件は、例えばアンモニア５００ＳＣＣＭ、処理圧力１５Ｐａ、ＲＦ電力７００Ｗである。この処理により、ハードマスク層８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上の表面酸化層からなるダメージ層は、還元性ラジカルへの暴露によって還元される。
【００７１】
また、前述したが隔壁は本発明の係わる基板処理装置とプラズマの通過を抑制するということに関しては同様の構造をしていので、基板に入射するイオン電流密度を４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下とすることができる。その結果、プラズマ入射に伴うプラズマダメージの発生が十分小さい状態で、還元処理を行うことができる。
【００７２】
次いで、該基板を搬送室７０９を介して、本願発明に係わる成膜処理室７０５に搬送する。そして、微細加工及び該還元処理を行った多層磁性膜素子に対して保護膜を形成する。
【００７３】
成膜条件に関しては、前述したのでここで繰り返して説明することはしない。
【００７４】
本願発明の効果により、プラズマダメージの少ない状態で且つ良好な分布の保護膜の成膜が可能となる。
【００７５】
図９を使用して、磁気抵抗素子の作製フローについて順を追って説明する。
【００７６】
ここで、図８と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【００７７】
Ｓ９０１で、基板・シード層８１０上に、下地層８０３、多層磁性膜８１１及びハードマスク層８０８を形成する。図９（ｂ）（１）は、基板・シード層８１０上に、下地層８０３、多層磁性膜８１１及びハードマスク層８０８が形成された状態を表している。
【００７８】
Ｓ９０２では、ハードマスク８０８上にレジストを塗布し、露光及び現像処理を行い、レジスト８１２を形成する。図９（ｂ）（２）は、レジスト８１２がパターニングされた状態を表している。図７の装置を使用する場合、ここまでは他の装置で実施される。
【００７９】
以上の準備がされた基板８０１を図７記載の装置７００のロードロックチャンバ７０１に収納する。該基板は搬送室７０９を介してハードマスク層エッチング用の第１の反応性イオンエッチング室７０２に搬送される。
【００８０】
Ｓ９０３では、前記パターニングされたレジストマスクを使用して、ハードマスク８０８をエッチングして、レジストマスクパターンをハードマスク層に転写させる。次いで、酸素プラズマなどを用いレジスト８１２の残膜を除去する。図９（ｂ）（３）は、ハードマスク８０８にレジストパターンが転写され、更にレジストが除去された状態を表している。
【００８１】
次いで、Ｓ９０４では、該ハードマスク８０８を使用して、多層磁性膜８１１を磁性層エッチング用の第２の反応性イオンエッチング室７０３でエッチングする。図９（ｂ）（４）は、多層磁性膜８１１がエッチングされた状態を表している。この状態では、ハードマスク８０８、多層磁性層８１１の側面及び下地層８０３上に表面酸化膜層８１３が出来ていることを表している。
【００８２】
次いで、前記基板８０１を搬送室７０９を介してラジカル処理室７０４に搬送する。ラジカル処理室ではＳ９０５の処理を行う。ハードマスク８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上に生じている表面酸化膜層８１３をラジカルで還元処理する。図９（ｂ）（５）はハードマスク８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上に生じている表面酸化膜層８１３が除去された状態を表している。
【００８３】
次いで、Ｓ９０６で本願発明の成膜処理室で保護膜８１４を成膜する。図９（ｂ）（６）は、保護膜８１４が成膜された状態を表している。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 本発明に係わる基板処理装置
１ 真空容器
１ａ 上容器
１ｂ 下容器
２ 電極
２ａ 電極に穿孔された孔
３ 電力導入棒
４ 、７，８ 絶縁物
５ 第一のガス導入手段
６ クリーニングガス導入手段
９ 電気的導体
１０ プラズマ生成空間
１０ａ プラズマ
１１ 基板処理空間
１２ 排気ポート
１３ 排気手段
１４ 基板
１４ａ 基板１４の外周を表す線
１５ 接地電位
２０ 隔壁
２１ 貫通孔
２２ 拡散孔
２３ 内部空間
２４ 材料ガスを導入する第二のガス導入手段
２５ 孔形成領域
２５ａ 周辺部
３０ 基板ホルダ
３１ ヒータ
４１ 活性種の流れの方向
４２ 材料ガスの流れの方向
７００ 電子デバイスを製造する装置
７０１ ロードロックチャンバ
７０２ 第１の反応性イオンエッチング室
７０３ 第２の反応性イオンエッチング室
７０４ ラジカル処理室
７０５ 本発明の成膜処理室
７０９ 搬送室
７１１〜７１５ 基板が搬送される方向を示す矢印
８０１ 基板
８０２ シード層
８０３ 下地層
８０４ 反強磁性層
８０５ 磁化固定層
８０６ 絶縁層
８０７ フリー層
８０８ ハードマスク層
８１０ 基板・シード層
８１１ 多層磁性層
８１２ レジスト
８１３ 表面酸化層
８１４ 保護層
Ｓ９０１ 下地層・多層磁性膜・ハードマスク層成膜工程
Ｓ９０２ レジストマスクパターン形成工程
Ｓ９０３ ハードマスクパターン形成工程
Ｓ９０４ 多層磁性膜パターン形成工程
Ｓ９０５ 表面酸化層還元工程
Ｓ９０６ 保護膜形成工程
９０７ 還元性ラジカル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及びこの基板処理装置を適用したＣＶＤ装置並びにこれらを使用した電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、高ネルギーのプラズマ粒子の入射を阻止しつつＣＶＤ成膜を行う装置としては特許文献１に記載のものがあった。該発明は、本発明と同様に真空容器内をプラズマ生成部と成膜処理部を画す隔壁を有するものである。そして、隔壁にはプラズマ生成部及び成膜処理部を繋ぐ貫通孔が穿孔されている。貫通孔は、貫通孔内でのガス流をｕ、貫通孔の特徴的な長さをＬ，プラズマ生成部の供給されるガスと隔壁内に供給されるガスの相互拡散係数をＤとすると、ｕＬ／Ｄ＞１を満たすように形成されている。
【０００３】
また、特許文献２には、同様に隔壁を有するプラズマＣＶＤ装置において、分布を改善する為に隔壁内に更にガスの拡散板が設けられており、該拡散板にガス通過孔が設けられている発明が開示されている。そして、ガス通過孔は外周部よりも中心部がその開口率が大きくなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４５３４９号公報 （第３〜４頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−１３５６２８号公報 （第５頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、プラズマを利用して発生した活性種を使用して成膜を行うＣＶＤ成膜であって、プラズマ生成部と成膜処理部の間に隔壁を配することによって被成膜基板にプラズマ生成部で発生する高エネルギー粒子が入射するのを抑制する構成を有する装置において、成膜分布を改善することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係わる基板処理装置は、プラズマが生成される第一の空間、基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、第一の孔の単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きいこという構成を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、プラズマ生成空間でプラズマを利用して活性種を生成してＣＶＤ成膜行う場合であっても、プラズマ生成部で発生する高エネルギー粒子が被成膜基板に入射を抑制しつつ、且つ良好な成膜分布の成膜を被成膜基板上に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＣＶＤ装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のＣＶＤ装置の隔壁部の拡大説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明のＣＶＤ装置の貫通孔と拡散孔の平面方向の配置の一例を表した説明図である。
【図４】従来のＣＶＤ装置の貫通孔と拡散孔の平面方向の配置を表した説明図である。
【図５】本発明のＣＶＤ装置と従来のＣＶＤ装置で成膜処理した場合の、基板径方向位置と成膜速度との関係をプロットしたものである。
【図６】本発明のＣＶＤ装置と従来のＣＶＤ装置で成膜処理した場合の、基板径方向位置と屈折率ｎとの関係をプロットしたものである。
【図７】本発明による磁気抵抗効果素子の製造装置の一例の構成を示す図である。
【図８】磁気抵抗効果素子の構成の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の実施形態の製造方法のフローチャート、（ｂ）は、このフローチャートの各ステップに対応した磁気抵抗効果素子の状態を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明を更に説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる基板処理装置１００の模式図である。
【００１１】
図１において、１は真空容器、２は電極、２ａは電極に穿孔された孔、３は電力導入棒、４は電力導入棒３の外周部を覆う絶縁物、５は第一のガスを導入する第一のガス導入手段、６はクリーニングガス導入手段、７及び８は絶縁物、９は後述する隔壁を地絡するための金属等から出来ている電気的導体、１０は電極２の上、孔２ａの中及び電極２の下に拡がるプラズマ生成空間を示す。
【００１２】
２０は隔壁を示している。２１は貫通孔、２２は拡散孔、２３は内部空間、２４は材料ガスを導入する第二のガス導入手段、２５は孔形成領域を表している。ここで、貫通孔２１はプラズマが発生している部分よりなるプラズマ生成空間１０（第一の空間）と図１では隔壁２０に下に位置する基板処理空間１１（第二の空間）を繋ぐ孔であり、隔壁２０中を柱状の形をして貫いている。従って、内部空間は柱状部以外で繋がっている。従って、そのコンダクタンスは十分に大きい為に、内部に亘ってほぼ一定の圧力になっている。
【００１３】
上述のように、内部空間２３の全体に亘り圧力はほぼ均一のなっているので、拡散孔２２を通って噴出してくるガスもかなり均一なものとなっているが、更に均一なガスの吹き出しが求められる場合には、内部空間の隔壁の上面又は下面の間に且つそれらに平行に分布された穴を有する１又は２以上の拡散板を配置することも出来る。
【００１４】
３０は基板ホルダ、３１はその内部に埋設されているヒータである。そして、基板ホルダ３０の上部には基板１４が載置されている。１１は基板処理空間、１２は排気ポート、１３はターボ分子ポンプ等の排気手段である。
【００１５】
ここで、真空容器１はその組立て性を良好にする観点から、上容器１ａと、１ｂとから構成される。そして、それらは分離可能に構成されており、これらは組み合わせた場合には、それらがお互いに接する面には不図示のＯリング等のシール手段が配されており内部を外部から圧力的に遮断できる構成となっている。
【００１６】
図２は、隔壁２０の一部の拡大図である。同一の構成要素には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００１７】
プラズマ１０ａはプラズマ生成空間１０で発生するプラズマである。矢印４１は該プラズマの活性種が貫通孔２１を通り基板処理空間１１に供給される方向を示し、矢印４２は第二のガス導入手段２４より内部空間２３に導入された材料ガスが拡散孔２２を通り該基板処理空間に供給される方向を示している。
【００１８】
貫通孔２１は、３つの部分に分けることが出来る。プラズマ生成空間１０の側の２１ａはより小さな直径を有している。一方、基板処理空間１１の側の２１ｃは大きな直径となっている。その間は錐状の形状をした２１ｂで繋がっている。
【００１９】
このような形状をしているので、孔部に放電が入り込み、その結果プラズマが基板処理空間１１に漏れるのを防止できる。また、孔部では放電が生じ易いが、図２の構造ではプラズマ１０に対しては、隔壁は以下で記述する形状に比べてよりフラットである為、異常放電も起こり難い。また、径の小さな部分２１ａの長さが短いので製作も容易であるというメリットがある。
【００２０】
しかし、必要に応じては、逆の構成を採用することもできる。即ち、貫通孔２１のプラズマ生成空間１０の側の部分の径を大きくし、基板処理空間１１側の径を小さくする。そしてその間を錘状の径状部で繋ぐ構造である。また、プラズマ生成空間１０の側から基板処理空間１１まで同一の径の孔で繋いでも良い。
【００２１】
ここで、貫通孔の形状は、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たしていると望ましい。前式において、ｕは２１ａ部でのガス流速、すなわち、プラズマ生成空間に導入され、活性種を生成して成膜に寄与するガスの流速を表すものである。
【００２２】
Ｌは実質的な貫通孔の長さを表すものである。具体的には、Ｌは貫通孔の直径が最小の部分の長さである。例えば、図２の例でいえば、２１ａの長さである。
【００２３】
Ｄは、相互ガス拡散係数、すなわち２種のガス（第三の空間に導入される第二のガス、例えば材料ガスであるモノシランガスと、プラズマ生成空間に導入され活性種を生成して成膜に寄与する第一のガス、例えばアンモニアガス）の相互ガス拡散係数を表すものである。
【００２４】
ここで、Ｄ／Ｌは第二の空間に導入された材料ガスが第一の空間に拡散して行く速度の目安を表す。よって、ｕＬ／Ｄ＞１の条件が満たされていれば、プラズマ生成空間（第一の空間）から（第二の空間）へ流速が第二の空間に導入された材料ガスの第一の空間への拡散速度を上回ることになり、プラズマ生成空間である第一の空間への材料ガスの拡散は抑制される。
【００２５】
このように貫通孔の小さい直径部での流速、特徴的な長さ及び相互拡散係数の物理量を調整することにより、基板処理空間１１からプラズマ生成空間１０への材料ガスの逆拡散するのを防止できる。
【００２６】
上述したように、上記ｕＬ／Ｄ＞１なる条件は材料ガスの基板処理空間１１からプラズマ生成空間１０への逆拡散を防止するための条件であるが、発明者は更に研究した結果、プラズマ生成空間１０から基板処理空間１１への荷電粒子の漏れも極端に防止できることを見出した。
【００２７】
上述の現象を具体的に説明すると、１０１０／ｃｍ３のプラズマ密度が発生するプロセス条件では、典型的には基板への入射イオン電流密度は１０−３Ａ／ｃｍ２台である。しかし、ｕＬ／Ｄ＞１の条件が満たされていると同一のプロセス条件で測定された基板への入射イオン電流密度は１０−７Ａ／ｃｍ２台であった。即ち 基板へのイオン入射電流密度を概ね１０４分の１に低減することが分った。
【００２８】
図３は、本発明に係わる隔壁２０に形成される貫通孔２１及び拡散孔２２の穿孔の仕方を説明するための図である。ここで、今まで説明した実質同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。ここで、点線で表してある線は、本隔壁２０に対向して配置される基板１４の外周を表す線１４ａである。この線は、基板を隔壁に垂直に投影することによって得ることが出来る。
【００２９】
貫通孔２１及び拡散孔２２は、孔形成領域２５の内側に形成される。例えば、円板状の基板を処理する場合には孔形成領域２５は円状に形成すると良い。そして、例えば貫通孔２１及び拡散孔２２はその孔形成領域と同心の異なる径を持つ円周上に形成することで実現できる。
【００３０】
図３（ａ）のおいても図３（ｂ）においても、拡散孔２２は孔形成領域２５内全域に亘って単位面積あたり同一の開口率で配置されている。このような配置は、同一の孔径を持つ拡散孔２２を、同一のピッチで円周上に配置し、且つ隣接する円の径方向のピッチを同一にして配置することにより実現できる。
【００３１】
一方、貫通孔２１については周辺部における配置を増やし、中心部に比べ周辺部２５ａでの単位面積あたりの開口率を大きくしている。
【００３２】
図３（ａ）は、貫通孔２１を配する円周上でのピッチを外側の円周では狭くし、一方拡散孔２２を配置する円は同一のピッチで配置することにより実現している。
【００３３】
一方、図３（ｂ）は、貫通孔２１を２個ずつまとめて配置している。但し、該２個ずつまとめて配置した間の円周上のピッチは中心部での配置のピッチと同一であり、また貫通孔２１を配する円の径方向のピッチも中心部と同一にしてある。このとき拡散孔２２は図３（ａ）と同様に円周上で同一のピッチとし、且つ径方向の配置も同一のピッチとしている。
【００３４】
貫通孔の単位面積当たりの開口率を変える方法は、なんら上述の例示に限定させるものではなく、例えば、貫通孔の径を変えたり、あるいは貫通孔を配置する円の径方向のピッチを変えたりすることによっても実現できる。貫通孔の単位面性当たりの開口率を変えるという技術思想の下、様々な変更或いは変形が可能であることは言うまでも無い。
【００３５】
図４は、比較のための貫通孔２１及び拡散孔２２を孔形成領域２５の全域に亘り単位面積あたり均一の配置させた場合を表している。
【００３６】
貫通孔２１は、同一の孔径で、各円周上に同一のピッチで且つ各円も径方向に同一のピッチとなっている。拡散孔２２も貫通孔２１と同様な相互間関係で配置されている。
【００３７】
図４と図３（ａ）を比較すると、図４と図３（ａ）で貫通孔２１が配置される円間のピッチは同一であるが、図３（ａ）では同一の円周上での貫通孔２１のピッチが周辺部２５ａでは小さくなっている。従って、外周部２５での貫通孔２１の単位面積当たりの開口率は図３（ａ）においては図４におけるより大きくなっている。
【００３８】
図４と図３（ｂ）を比較すると、図４と図３（ｂ）で貫通孔２１の２個ずつ間のピッチは図４と同一である。一方、貫通孔が配置される円間のピッチは同一となっている。従って、図３（ｂ）においては周辺部２５ａでは図４に比較して２倍の貫通孔２１が配置されることになるので、周辺部２５ａでは貫通孔２１の開口率は図３（ｂ）においては図４における開口率の２倍になる。
【００３９】
図４に示すような隔壁を採用したｕＬ／Ｄ＞１なる条件を満たす基板処理装置を使用することにより、基板への高エネルギー粒子の入射を低減することは可能であるが、該基板処理装置を使用してＣＶＤ成膜を行った場合膜の分布が基板１４の周辺部で悪いという問題があった。
【００４０】
しかし、本発明のように構成を有する隔壁１４を使用することによりＣＶＤ成膜における膜分布を改善することが出来た。
【００４１】
図５と図６は、図４に示す隔壁と本発明の隔壁を使用したＣＶＤ装置を用いて、シリコン窒化物を成膜した場合の成膜速度及びその際に成膜された膜の屈折率の分布を示している。３００ｍｍのＳｉ基板上に成膜を行った。
【００４２】
成膜条件は、第一の空間にアンモニアガスを１５００ＳＣＣＭ（１ＳＣＣＭ＝1.６９×１０−３Ｐａ・ｍ３／ｓ）、第三の空間にアルゴンとシランの混合ガスを２９０ＳＣＣＭ導入した。そして、基板ホルダ３０はヒータ３１により１８０℃に維持した。
【００４３】
この際の貫通孔は、図２の形状をしていた。２１ａの部分の直径が１．２ｍｍ、該直径の部分の長さが２ｍｍ、２１ｃの直径が２ｍｍ、該直径部分の長さが３ｍｍ、個数が１７２８個であった。そして、上記条件下、基板処理空間１１の圧力が５５Ｐａのとき、ｕＬ／Ｄは約１．２と見積もられた。これは、第二の空間から第一の空間への材料ガスの逆拡散が抑制され且つ基板へのイオン入射が抑制される条件である。
【００４４】
上記見積もったｕＬ／Ｄの値は、見積もる際に使用した５５Ｐａは以下のプロセスで使用する２０Ｐａ又は３０Ｐａのいずれよりも大きい為、以下で説明するプロセスにおいても満たされていると考えられる。
【００４５】
図５は本発明のおいては、第二の空間である基板処理部の圧力が２０Ｐａでは、成膜速度が２６．２ｎｍ／ｍｉｎ．、成膜分布を示す１σの値が０．１３％；３０Ｐａでは成膜速度が２１．０ｎｍ／ｍｉｎ．１σが１．８１％を得ることが出来たことを示している。
【００４６】
ここで、１σとは注目している量が正規分布していると仮定した場合、その約６８％が入る平均値に対する幅である。
【００４７】
比較例として、図４に示す隔壁を使用して同一の成膜を行った場合は、２０Ｐａでは成膜速度が２５．８ｎｍ／ｍｉｎ、１σが７．１５％；３０Ｐａでは２１．２ｎｍ／ｍｉｎ．、１σが５．５２％であった。
【００４８】
一方、上記の成膜された膜の屈折率も測定した。その結果を図６に示す。
【００４９】
図６は本発明のおいては、第二の空間である基板処理部の圧力が２０Ｐａでは、屈折率は１．８８、該分布の１σは０．１８％；３０Ｐａでは屈折率は１．８９、１σが０．１２％を得られてことを示している。
【００５０】
比較例として、図４に示す隔壁を使用して同一の成膜を行った場合の結果は、２０Ｐａのでは屈折率が１．８８、１σが０．１７％；３０Ｐａでは屈折率が１．８９．１σが０．１８％であった。
【００５１】
即ち、屈折率が代表すると考えられる膜質に関しては、図４に示す隔壁で得られるものと同等のものが径方向に亘って得られ一方、成膜速度の均一性に関しては顕著に改善されたことが分る。
【００５２】
以下に、本発明の基板処理装置を使用して磁気抵抗効果素子を製造するプロセスについて説明する。
【００５３】
本発明の発明の対象とする磁気抵抗効果素子には、磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、以降ＭＲＡＭと略記する）、トンネル型磁気抵抗効果素子（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ 素子、以降ＴＭＲ素子と略記する）等の磁気記録媒体、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ、以降ＨＤＤと略記する）の磁気ヘッド等が含まれる。
【００５４】
図７は、上記電子デバイスを製造する装置７００である。
【００５５】
７００は、中心部に不図示の搬送ロボットを有する搬送室７０９を中心に、その周囲にプロセスユニット（室）が配置されている、いわゆるクラスタ型の基板処理装置である。このような構成になっているので、基板を大気に曝さず処理が行える為、処理中に汚染あるいは意図しない酸化あるいは窒化を抑制することができる。
【００５６】
７０１はロードロックチャンバ、７０２は第１の反応性イオンエッチング室（ハードマスク層エッチング及びフォトレジストマスクアッシング用）、７０３は第２の反応性イオンエッチング室（磁性層エッチング用）、７０４ラジカル処理室（還元処理室）、７０５は本発明の成膜処理室、７１１から７１５は基板が搬送される方向を示す矢印である。
【００５７】
図８は、磁気抵抗効果素子の構成の一例である。
【００５８】
８０１はシリコンやガラス等の基板、８０２はＣｕＮなどからなるシード電極、８０３はＴａなどからなる下地層、８０４はＰｔＭｎ又はＩｒＭｎからなる反強磁性層、８０５は磁化固定層、８０６はＡｌＯｘ又はＭｇＯからなる絶縁層、８０７はＣｏＦｅＢからなるフリー層、８０８はＴａなどからなるハードマスク層である。このハードマスク層８０８はフリー層８０７の保護層及び上部電極としての役割も有している。本発明の装置はこの磁気抵抗効果素子に対して保護膜８１４を形成する。尚、ＨＤＤの磁気ヘッドに於いては、シード層８０２としては主にＮｉＦｅが用いられる。
【００５９】
また、８０５の磁化固定層は例えば基板側からピン層であるＣｏＦｅ、Ｒｕ，ピン層であるＣｏＦｅＢの３層から構成することもできる。
【００６０】
下地層８０３からハードマスク層８０８まではスパッタ法で成膜する。このような薄い多層膜は、複数のターゲットと搭載でき、且つそれらを回転することできる装置のよれば、異種の膜を同一チャンバーで作製できる。さらに複数のチャンバーを真空一貫で搬送し処理することができる装置、例えば（キヤノンアネルバ（株）製；Ｃ−７１００、Ｃ−７１００ＥＸ）によれば、更に多くの膜を大気に曝すことなく真空一貫の状態で作製できる。
【００６１】
このような装置で基板・シード層８１０上に下地層８０３、８０４から８０７の多層磁性層８１１及びハードマスク層８０８を作製して、該多層磁性層を微細加工をする為に、ハードマスク８０８上にレジスト層を塗布する。
【００６２】
次いで、上記レジストに露光機及びレジスト現像装置を用いて所望のレジストパターンを形成する。ここまでは、他の装置で実施する。
【００６３】
上記のパターニングされたレジストを有する基板を、装置７００のロードロックチャンバ７０１に搬入する。そして、搬送室７０９を介して、第１の反応性イオンエッチング室７０２に搬送する。
【００６４】
、
第１の反応エッチング室７０２で、該レジストをマスクとして反応性エッチングを行い、ハードマスク層にパターン形状を転写させた後、酸素プラズマなどを用いて該レジストの残膜を除去する。その後、基板を搬送室７０９を介して、第二の反応イオンエッチング室７０３に移送する。そして、パターン形状が転写されたハードマスク層をマスクとして多層磁性層をエッチングし所望の形状に加工する。
【００６５】
このときハードマスク及び下地層には磁性膜材料に対しエッチング速度の遅い材料（たとえばＴａ）を選択することで多層磁性膜のみを選択的にエッチングすることができ、ハードマスクのパターン形状を多層磁性膜に転写することができる。
【００６６】
ここで、多層磁性膜のエッチングに用いられる反応性ガスに酸素が含まれる場合、ハードマスク層８０３、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上の表面に酸化によるダメージ層が形成されることがある。
【００６７】
ハードマスク８０３は前述したように上部電極としても使用される。よって、表面が酸化されると抵抗が増大するという問題を生じる。
【００６８】
一方、多層磁性膜８１１の側面が酸化すると、精細な素子設計に於いては設計寸法どおりの特性が得られず、素子の特性劣化の要因となる。そこで、これらの酸化層を取り除き設計値通りの磁気特性を実現するには、これらの酸化膜層を還元してやる必要がある。
【００６９】
そこで、該基板は搬送室７０９を通って、ラジカル処理室７０４に搬送し、還元処理を行う。
【００７０】
ラジカル処理室７０４での処理条件は、例えばアンモニア５００ＳＣＣＭ、処理圧力１５Ｐａ、ＲＦ電力７００Ｗである。この処理により、ハードマスク層８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上の表面酸化層からなるダメージ層は、還元性ラジカルへの暴露によって還元される。
【００７１】
また、前述したが隔壁は本発明の係わる基板処理装置とプラズマの通過を抑制するということに関しては同様の構造をしていので、基板に入射するイオン電流密度を４×１０−７Ａ／ｃｍ２以下とすることができる。その結果、プラズマ入射に伴うプラズマダメージの発生が十分小さい状態で、還元処理を行うことができる。
【００７２】
次いで、該基板を搬送室７０９を介して、本願発明に係わる成膜処理室７０５に搬送する。そして、微細加工及び該還元処理を行った多層磁性膜素子に対して保護膜を形成する。
【００７３】
成膜条件に関しては、前述したのでここで繰り返して説明することはしない。
【００７４】
本願発明の効果により、プラズマダメージの少ない状態で且つ良好な分布の保護膜の成膜が可能となる。
【００７５】
図９を使用して、磁気抵抗素子の作製フローについて順を追って説明する。
【００７６】
ここで、図８と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【００７７】
Ｓ９０１で、基板・シード層８１０上に、下地層８０３、多層磁性膜８１１及びハードマスク層８０８を形成する。図９（ｂ）（１）は、基板・シード層８１０上に、下地層８０３、多層磁性膜８１１及びハードマスク層８０８が形成された状態を表している。
【００７８】
Ｓ９０２では、ハードマスク８０８上にレジストを塗布し、露光及び現像処理を行い、レジスト８１２を形成する。図９（ｂ）（２）は、レジスト８１２がパターニングされた状態を表している。図７の装置を使用する場合、ここまでは他の装置で実施される。
【００７９】
以上の準備がされた基板８０１を図７記載の装置７００のロードロックチャンバ７０１に収納する。該基板は搬送室７０９を介してハードマスク層エッチング用の第１の反応性イオンエッチング室７０２に搬送される。
【００８０】
Ｓ９０３では、前記パターニングされたレジストマスクを使用して、ハードマスク８０８をエッチングして、レジストマスクパターンをハードマスク層に転写させる。次いで、酸素プラズマなどを用いレジスト８１２の残膜を除去する。図９（ｂ）（３）は、ハードマスク８０８にレジストパターンが転写され、更にレジストが除去された状態を表している。
【００８１】
次いで、Ｓ９０４では、該ハードマスク８０８を使用して、多層磁性膜８１１を磁性層エッチング用の第２の反応性イオンエッチング室７０３でエッチングする。図９（ｂ）（４）は、多層磁性膜８１１がエッチングされた状態を表している。この状態では、ハードマスク８０８、多層磁性層８１１の側面及び下地層８０３上に表面酸化膜層８１３が出来ていることを表している。
【００８２】
次いで、前記基板８０１を搬送室７０９を介してラジカル処理室７０４に搬送する。ラジカル処理室ではＳ９０５の処理を行う。ハードマスク８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上に生じている表面酸化膜層８１３をラジカルで還元処理する。図９（ｂ）（５）はハードマスク８０８、多層磁性膜８１１の側面及び下地層８０３上に生じている表面酸化膜層８１３が除去された状態を表している。
【００８３】
次いで、Ｓ９０６で本願発明の成膜処理室で保護膜８１４を成膜する。図９（ｂ）（６）は、保護膜８１４が成膜された状態を表している。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 本発明に係わる基板処理装置
１ 真空容器
１ａ 上容器
１ｂ 下容器
２ 電極
２ａ 電極に穿孔された孔
３ 電力導入棒
４ 、７，８ 絶縁物
５ 第一のガス導入手段
６ クリーニングガス導入手段
９ 電気的導体
１０ プラズマ生成空間
１０ａ プラズマ
１１ 基板処理空間
１２ 排気ポート
１３ 排気手段
１４ 基板
１４ａ 基板１４の外周を表す線
１５ 接地電位
２０ 隔壁
２１ 貫通孔
２２ 拡散孔
２３ 内部空間
２４ 材料ガスを導入する第二のガス導入手段
２５ 孔形成領域
２５ａ 周辺部
３０ 基板ホルダ
３１ ヒータ
４１ 活性種の流れの方向
４２ 材料ガスの流れの方向
７００ 電子デバイスを製造する装置
７０１ ロードロックチャンバ
７０２ 第１の反応性イオンエッチング室
７０３ 第２の反応性イオンエッチング室
７０４ ラジカル処理室
７０５ 本発明の成膜処理室
７０９ 搬送室
７１１〜７１５ 基板が搬送される方向を示す矢印
８０１ 基板
８０２ シード層
８０３ 下地層
８０４ 反強磁性層
８０５ 磁化固定層
８０６ 絶縁層
８０７ フリー層
８０８ ハードマスク層
８１０ 基板・シード層
８１１ 多層磁性層
８１２ レジスト
８１３ 表面酸化層
８１４ 保護層
Ｓ９０１ 下地層・多層磁性膜・ハードマスク層成膜工程
Ｓ９０２ レジストマスクパターン形成工程
Ｓ９０３ ハードマスクパターン形成工程
Ｓ９０４ 多層磁性膜パターン形成工程
Ｓ９０５ 表面酸化層還元工程
Ｓ９０６ 保護膜形成工程
９０７ 還元性ラジカル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマが生成される第一の空間、
基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、
第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、
第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、
第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、
第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び
第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、
第一の孔に係わる単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きいことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第二の空間には前記隔壁に対向して基板保持手段が位置し、
前記第一の孔及び第二の孔は、前記基板が対面する前記隔壁の範囲の外側まであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板を前記隔壁に垂直に投影した場合に、前記基板の周辺部が前記外周部に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記基板の周辺部に対応する部位における前記第一の孔の開口率は、前記基板の中心部の対応する部位に対応する前記第一の孔の開口率の一倍より大きく２倍以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第一の孔及び第二の孔は半径の異なる周上に存し、且つ第一に孔及び第二の孔の配列が径方向に交互に繰り返されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第一の孔の形状が、
前記第一の孔内での第一の空間から第二の空間に向かうガス速度をｕ、実質的な孔の長さをＬ，第一の空間に導入されるガスと第三の空間に導入されるガスの相互拡散係数をＤとすると、
ｕＬ／Ｄ＞１なる関係を満たしていることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記基板処理装置は、ＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第一の空間に導入されるガスがアンモニアを含むガスであり、前記第三の空間に導入されるガスがシランを含むガスであることを特徴とする請求項７に記載のＣＶＤ装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置又は請求項７若しくは８に記載のＣＶＤ装置を使用する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記電子デバイスは、磁気記録媒体であることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記電子デバイスは、磁気ヘッドであることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１】
プラズマが生成される第一の空間、
基板を載置する為の基板ホルダを有する第二の空間、
第一の空間と第二の空間を分離する、内部に第三の空間を有する隔壁、
第一の空間と第二の空間を繋ぐ前記隔壁に形成された複数の第一の孔、
第二の空間と第三の空間を結ぶ前記隔壁の第二の空間に接する面に形成された複数の第二の孔、
第一の空間に第一のガスを導入する第一のガス導入手段及び
第三の空間に第二のガスを導入する第二のガス導入手段を有し、
第一の孔に係わる単位面積当たりの開口率は、中心部より周辺部で大きいことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第二の空間には前記隔壁に対向して基板保持手段が位置し、
前記第一の孔及び第二の孔は、前記基板が対面する前記隔壁の範囲の外側まであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板を前記隔壁に垂直に投影した場合に、前記基板の周辺部が前記外周部に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記基板の周辺部に対応する部位における前記第一の孔の開口率は、前記基板の中心部の対応する部位に対応する前記第一の孔の開口率の一倍より大きく２倍以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第一の孔及び第二の孔は半径の異なる周上に存し、且つ第一に孔及び第二の孔の配列が径方向に交互に繰り返されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第一の孔の形状が、
前記第一の孔内での第一の空間から第二の空間に向かうガス速度をｕ、実質的な孔の長さをＬ，第一の空間に導入されるガスと第三の空間に導入されるガスの相互拡散係数をＤとすると、
ｕＬ／Ｄ＞１なる関係を満たしていることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記基板処理装置は、ＣＶＤ装置であることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第一の空間に導入されるガスがアンモニアを含むガスであり、前記第三の空間に導入されるガスがシランを含むガスであることを特徴とする請求項７に記載のＣＶＤ装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の基板処理装置又は請求項７若しくは８に記載のＣＶＤ装置を使用する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記電子デバイスは、磁気記録媒体であることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記電子デバイスは、磁気ヘッドであることを特徴とする請求項９に記載の電子デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２５５０８１（Ｐ２０１０−２５５０８１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０９８４０（Ｐ２００９−１０９８４０）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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