JP2000322710A

JP2000322710A - 磁性材料のエッチング方法及びプラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP2000322710A
Application number: JP11130329A
Authority: JP
Inventors: Kimiko Mashita; 公子真下; Isao Nakatani; 功中谷
Original assignee: National Research Institute for Metals; Japan Science and Technology Corp; Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp; Japan Science and Technology Agency; National Institute for Materials Science
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: JP4257808B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一酸化炭素とアンモニアの混合ガスを用いた
磁性薄膜のエッチングの速度を遥かに高い速度とし、薄
膜磁気ヘッド等の製造へのこの種の技術の実用化の途を
開く。【解決手段】処理チャンバー２内にガス導入系３によ
って一酸化炭素とアンモニアの混合ガスが導入され、ヘ
リコン波プラズマを形成するプラズマ源１によってこれ
らのガスのプラズマが形成される。ニッケル、鉄、コバ
ルト、これらのうち少なくとも一つを含む合金、窒化物
もしくは酸化物、又は、これらの少なくとも一つを含む
金属間化合物から成る磁性材料である対象物９の表面に
は、一酸化炭素との反応によりカルボニル化合物が生成
され、このカルボニル化合物が蒸発してエッチングが行
われる。プラズマは１×１０¹¹ｃｍ^-3以上の密度となっ
ており、質量の大きな一酸化炭素ガスが多くイオン化し
ていて対象物９の表面に多く入射するため、エッチング
速度が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、磁性材料のエ
ッチング技術に関するものであり、特に薄膜磁気ヘッド
の製造に好適に利用されるエッチング技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】磁性材料をエッチングする技術は、磁気
ディスクドライブに搭載される薄膜磁気ヘッドの製造等
において重要な技術となっている。薄膜磁気ヘッドの製
造では、フレームメッキ法が多く用いられている。図４
は、従来技術としてのフレームメッキ法について説明す
る図である。まず、基板９０の表面に所定のパターンで
フレームレジスト９０１を形成し（図４（１））、フレ
ームレジスト９０１に対してメッキにより磁性薄膜９０
２を形成する。（図４（２））。そして、フレームレジ
スト９０１の内側の磁性薄膜９０２を覆うようにして上
部レジスト９０３を形成する（図４（３））。この状態
でエッチング液でウェットエッチングしてフレームレジ
スト９０１の外側の磁性薄膜９０２を除去し、その後上
部レジスト９０３及びフレームレジスト９０１を剥離す
る。この結果、所定のパターンの磁性薄膜９０２が得ら
れる（図４（４））。

【０００３】このようなフレームメッキ法に対しては、
磁気ディスクの高密度化に伴う薄膜磁気ヘッドの微細化
を背景として、その限界が指摘されている。フレームメ
ッキ法では厚いフレームレジストの形成が必要である
が、微細なパターンではその形成が困難となるからであ
る。

【０００４】このような状況のもと、磁性薄膜をドライ
エッチング法により直接エッチングして所定のパターン
の磁性薄膜を得ることが検討されている。一つの方法
は、磁性薄膜にイオンを入射させてエッチングする方法
である。例えば、アルゴンガスのプラズマからイオンを
入射させたり、アルゴンのイオンビームを照射するなど
してエッチングすることが考えられる。しかしながら、
このような方法は物理エッチングであり、下地やマスク
等の他の材料に対する選択性が悪い。また、エッチング
速度も一般的に低く、生産性の点で問題がある。

【０００５】そこで、化学エッチングとして、反応性イ
オンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｃｔｈｉ
ｎｇ，ＲＩＥ）をこの種の磁性材料のエッチングに応
用することが検討されている。ＲＩＥによる磁性材料の
エッチングについては、例えば、J. Vac. Sci. Techno
l. A4(4), 1841(1986)や、Appl. Phys. Lett. 67(21),
3194(1995)で報告されている。しかしながら、これらの
報告では、エッチング速度は１０ｎｍ／分以下と低い。

【０００６】近年になって、Appl. Phys. Lett. 71(9)1
255(1997)等に、塩素ガスを用いることによりＮｉ−Ｆ
ｅ合金のエッチング速度３００ｎｍ／分が得られた例が
報告されている。しかしながら、塩素ガスによる磁性材
料のエッチングでは、アフターコロージョンつまり表面
に塩素が残留することによる腐食の問題が発生しがちで
ある。アフターコロージョンは、エッチング後に水で洗
浄する等の処理を行うことにより防止できるが、工程数
が増大する問題がある。

【０００７】アフターコロージョンの原因となる塩素や
フッ素等を使用しないものとしては、特許第２６７７３
２１号公報に開示された方法がある。この公報では、一
酸化炭素（ＣＯ）とアンモニア（ＮＨ₃ ）を混合したガ
スを用いることにより、Ｎｉ−Ｆｅ合金のエッチング速
度３５ｎｍ／分、Ｃｏ−Ｃｒ合金のエッチング速度２
４．４ｎｍ／分がそれぞれ得られたとされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＣＯ
とＮＨ₃ の混合ガスを用いることで、アフターコロージ
ョンの問題を招くことなく、薄膜磁気ヘッド等に適した
Ｎｉ、Ｃｏ又はＦｅより成る磁性薄膜をエッチングする
ことが可能である。しかしながら、そのエッチング速度
は２４〜３５ｎｍ／分程度であり、依然として低い。薄
膜磁気ヘッドの製造では、２μｍもの厚さのエッチング
を行う必要がある。従って、現状のエッチング速度では
５０〜８０分程度の時間を要することになり、実用化に
はまだ遠い計算である。本願の発明は、このような状況
を考慮して成されたものであり、ＣＯとＮＨ₃の混合ガ
スを用いた磁性薄膜のエッチングにおいて、現状を遥か
に越える高い速度でエッチングすることを可能にし、薄
膜磁気ヘッド等の製造へのこの種の技術の実用化の途を
開くという技術的意義を有する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、ニッケル、鉄、コバ
ルト、これらのうち少なくとも一つを含む合金、窒化物
もしくは酸化物、又は、これらの少なくとも一つを含む
金属間化合物から成る磁性材料である対象物の表面を臨
む空間に、アンモニア及び一酸化炭素の混合ガスのプラ
ズマを１×１０¹¹ｃｍ^-3以上の密度で形成して、前記磁
性材料である表面をエッチングするという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発
明は、排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバ
ー内にアンモニアガス及び一酸化炭素ガスを混合して導
入するガス導入系と、導入されたガスにエネルギーを供
給してこれらのガスのプラズマを１×１０¹¹ｃｍ^-3以上
の密度で形成するプラズマ源と、表面がニッケル、鉄、
コバルト、これらのうち少なくとも一つを含む合金、窒
化物もしくは酸化物、又は、これらの少なくとも一つを
含む金属間化合物から成る磁性材料である対象物をその
表面が前記プラズマによってエッチングされる位置に保
持する対象物ホルダーとを備えているという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発
明は、上記請求項２の構成において、前記プラズマ源
は、ヘリコン波プラズマを形成するものであるという構
成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項４
記載の発明は、上記請求項２の構成において、前記プラ
ズマ源は、マグネトロン放電プラズマを形成するもので
あるという構成を有する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、請求項２及び請求項３の発明の実
施形態について説明する。図１は、請求項２及び請求項
３の発明の実施形態であるプラズマエッチング装置の概
略構成を示す正面断面図である。

【００１１】図１に示すプラズマエッチング装置は、ヘ
リコン波プラズマによって対象物の表面をエッチングす
る装置となっている。ヘリコン波プラズマは、比較的低
い圧力でも高密度のプラズマが形成できるものとして注
目されている。ヘリコン波プラズマにおけるエネルギー
伝達のメカニズムは十分明らかになっていないところが
あるが、ランダウ減衰と呼ばれる現象により高周波から
電子に運動エネルギーが与えられることでプラズマが形
成されると考えられている。即ち、磁界により回転しな
がら移動する電子の速度がヘリコン波の位相速度に等し
いとき、電子から見てヘリコン波は止まっているのと同
様なので、電子はヘリコン波から連続的に加速されてエ
ネルギーを吸収し、これによって高密度のプラズマが形
成されるのである。

【００１２】装置の構成について具体的に説明すると、
図１に示す装置は、ヘリコン波プラズマを発生させるプ
ラズマ源１と、プラズマ源１が発生させたプラズマが拡
散する処理チャンバー２と、処理チャンバー２内にＣＯ
及びＮＨ₃ の混合ガスを導入するガス導入系３と、処理
チャンバー２内の所定位置にエッチングの対象物９を保
持する対象物ホルダー４等から主に構成されている。

【００１３】プラズマ源１は、処理チャンバー２に対し
て内部空間が連通するようにして気密に接続された誘電
体容器１１と、誘電体容器１１内にヘリコン波を誘起す
るアンテナ１２と、アンテナ１２に供給する高周波電力
を発生させるプラズマ用高周波電源１３と、誘電体容器
１１内に所定の磁界を設定する磁石１４等とから構成さ
れている。誘電体容器１１は、一端が開口であり他端が
半球状に閉じている円筒状の部材であり、石英等で形成
されている。処理チャンバー２の上壁部には開口が設け
られており、誘電体容器１１の一端の開口とこの上壁部
の開口とを連通させるようにして誘電体容器１１が処理
チャンバー２に気密に接続されている。

【００１４】プラズマ用高周波電源１３は、例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波を発生させるものが使用され
る。アンテナ１２は、棒状又は帯状の部材を丸めて両端
を少し離間させたほぼ円環状の形状であって、誘電体容
器１１を取り囲むよう誘電体容器１１と同軸上に配置さ
れている。アンテナ１２は誘電体容器１１の軸方向に二
つ設けられており、両者の両端部がそれぞれ中継ロッド
１２１で電気的に接続されている。

【００１５】プラズマ用高周電源１３とアンテナ１２と
は、不図示の整合器を介して同軸ケーブルのような伝送
路１５によって接続されている。プラズマ用高周波電源
１３が発生させた高周波が伝送路１５によって二つのア
ンテナ１２に供給された際、二つのアンテナ１２には互
いに逆向きの電流が流れるようになっている。この結
果、誘電体容器１１の内部に、ヘリコン波（ここでは、
ホイスラー波と同様の右回りの円偏波）が誘起されるよ
うになっている。尚、二つのアンテナ１２の離間間隔
は、電子の移動速度との関係においてヘリコン波の位相
速度が最適になるように選定されている。

【００１６】また、磁石１４は、ヘリコン波の進行方向
に平行な磁界を誘電体容器１１内に設定するためのもの
である。磁界の強さは、誘電体容器１１の中心軸付近で
例えば１００ガウス程度とされる。本実施形態では、磁
石１４は電磁石であり、同軸上に二つ設けられている。
内側の磁石１４は主にヘリコン波プラズマ形成のため、
外側の磁石１４は主に磁界形状の調整のために設けられ
ている。

【００１７】ガス導入系３は、ＣＯガスを溜めたボンベ
３１及びＮＨ₃ ガスを溜めたボンベ３１と、各ボンベ３
１と処理チャンバー２とを繋ぐ配管３２上に設けられた
バルブ３３，流量調整器３４及び不図示のフィルタ等か
ら主に構成されている。ＣＯガス及びＮＨ₃ ガスの混合
比及び流量は、各流量調整器３４によって調整できるよ
うになっている。処理チャンバー２は、不図示のゲート
バルブを備えた気密な真空容器である。処理チャンバー
２に付設された排気系２１は、拡散ポンプやターボ分子
ポンプ等を備えて所定の到達圧力まで処理チャンバー２
内を排気可能に構成される。

【００１８】処理チャンバー２の側壁の外側には、図１
に示すように多数の側壁用磁石２２が設けられている。
側壁用磁石２２は、処理チャンバー２の側壁を臨む面の
磁極が隣り合う磁石同士で互いに異なるよう周方向多数
並べて配置されたものである。これらの側壁用磁石２２
により、処理チャンバー２の側壁の内面に沿ってカスプ
磁場が周方向に連なって形成される。この結果、当該内
面へのプラズマの拡散が防止されるようになっている。

【００１９】また、本実施形態では、対象物９は板状の
ものが想定されている。対象物ホルダー４は、このよう
な対象物９を上面に載置して保持する台状の部材であ
る。対象物ホルダー４には、対象物９にセルフバイアス
電圧を印加するためのバイアス用高周波電源５が設けら
れている。このバイアス用高周波電源５には、数ＭＨｚ
から数１０ＭＨｚ程度の周波数のものが使用され、プラ
ズマと高周波との相互作用によって対象物９の表面に負
の直流分の電圧であるセルフバイアス電圧を印加するよ
う構成されている。より具体的には、例えば１．６ＭＨ
ｚや１３．５６ＭＨｚ程度の周波数のものがバイアス用
高周波電源５として好適に使用可能である。尚、セルフ
バイアス電圧の印加のためには、対象物９が直流的にア
ースから絶縁される必要があり、このため、バイアス用
高周波電源５と対象物ホルダー４との間にコンデンサが
配置される場合がある。対象物ホルダー４内には、対象
物９を加熱又は冷却しながら対象物９の温度を所定の値
に制御する温度制御機構４１が設けられている。そし
て、対象物９と対象物ホルダー４の上面との間に、Ｈｅ
等の熱伝導性の良好なガスを供給する不図示の熱伝導用
ガス供給系が設けられている。

【００２０】次に、請求項１の磁性材料のエッチング方
法の発明の実施形態の説明も兼ねて、上記構成の装置の
動作について説明する。まず、対象物９の表面は、ニッ
ケル、鉄、コバルト、これらのうち少なくとも一つを含
む合金、窒化物もしくは酸化物、又は、これらの少なく
とも一つを含む金属間化合物から成る磁性材料となって
いる。このような対象物９は、所定圧力に排気されてい
る不図示の真空補助チャンバー内に位置している。処理
チャンバー２内が排気系２１によって真空補助チャンバ
ーと同程度まで排気されていることを確認すると、不図
示のゲートバルブが開いて対象物９が処理チャンバー２
内に搬入され、対象物ホルダー４に保持される。対象物
９は、温度制御機構４１により所定の温度に維持され
る。

【００２１】次に、ガス導入系３が動作して、ＣＯガス
及びＮＨ₃ ガスを所定の混合比及び流量で処理チャンバ
ー２内に導入する。導入されたガスは、処理チャンバー
２内を経由して誘電体容器１１内に拡散する。そして、
プラズマ源１が動作してプラズマが形成される。即ち、
プラズマ用高周波電源１３からアンテナ１２に高周波が
供給され、前述したようにヘリコン波が誘起される。こ
の結果、ヘリコン波のエネルギーがガスに与えられてヘ
リコン波プラズマが形成される。同時にバイアス用高周
波電源５を動作させ、対象物９に負の直流分の電圧であ
るセルフバイアス電圧を与える。

【００２２】形成されたプラズマは、誘電体容器１１か
ら処理チャンバー２内に拡散し、対象物９の表面付近に
まで達する。この際、プラズマ中の生成物の作用によ
り、対象物９の表面がエッチングされる。所定時間エッ
チングを行った後、ガス導入系３、プラズマ源１及びバ
イアス用高周波電源５の動作を止め、処理チャンバー２
内を再度排気した後、対象物９を処理チャンバー２から
取り出す。

【００２３】上記動作におけるエッチングのメカニズム
について、具体的に説明する。上述したＣＯとＮＨ₃ の
混合ガスから成るプラズマ中では、ＣＯの活性種が生成
される。このＣＯ活性種が、対象物９の表面のＮｉ、Ｆ
ｅ又はＣｏと反応し、Ｎｉ（ＣＯ）₄ 、Ｆｅ（ＣＯ）₅
又はＣｏ₂（ＣＯ）₈ のようなカルボニル化合物が生ず
る。一方、セルフバイアス電圧が与えられている対象物
９の表面には、プラズマからイオンが引き出されて入射
する。このイオン入射の衝撃により、表面のカルボニル
化合物が蒸発する。

【００２４】ニッケル、鉄、コバルト等の遷移金属は、
一般的には反応性エッチングによっても充分な速度でエ
ッチングするのは困難である。つまり、ニッケル、鉄、
コバルト等の遷移金属の塩化物やフッ化物は揮発性が低
かったり（飽和蒸気圧が低かったり）、結合エネルギー
が大きかったりするため、塩素系ガスやフッ素系ガスを
使用して塩化物やフッ化物を生じさせても容易にはエッ
チングできない。尚、ここで言及した「結合エネルギ
ー」は、そのような遷移金属の化合物の分子間に働く結
合エネルギーのことを意味している。

【００２５】一方、カルボニル化合物は、これらの遷移
金属の化合物の中でも揮発性の高い（又は結合エネルギ
ーの小さい）数少ない化合物である。上述したように、
ＣＯ活性種によってカルボニル化合物が生成された磁性
材料の表面は、プラズマ中のイオンの入射によって蒸発
する。このようなメカニズムにより、本実施形態の装置
及び方法におけるエッチングは成される。尚、この際の
カルボニル化合物の蒸発は、スパッタエッチングと呼び
得るもの場合もあるし、単にイオン入射によって与えら
れたエネルギーにより加熱されて蒸発する場合もあると
考えられる。

【００２６】また、ＣＯガスに混合されるＮＨ₃ ガス
は、上記ＣＯ活性種によるカルボニル化合物の生成を促
進する作用を有する。上述したようにプラズマ中でＣＯ
活性種が生成され、これによって磁性材料の表面にカル
ボニル化合物が形成されるものの、プラズマ中では、以
下の式（１）に示すように、ＣＯが炭素と二酸化炭素に
分解する不均等化反応が進行する。２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ₂ ……（１）混合されたＮＨ₃ ガスは、この式（１）の不均等化反応
を抑制する働きがある。不均等化反応が抑制される結
果、ＣＯが失われることなく、ＣＯ活性種を豊富に生成
することができる。これにより、上述した高い速度のエ
ッチングが維持される。

【００２７】上記動作において、プラズマ源１は、ヘリ
コン波プラズマを形成するものであり、そのプラズマ密
度は１×１０¹¹ｃｍ^-3以上となっている。この構成は、
この種のエッチングにおけるエッチング速度とプラズマ
密度との関係について研究した発明者の研究成果に基づ
くものである。この点について、以下に説明する。図２
は、エッチング速度とプラズマ密度との関係について調
べた実験結果を示す図である。この図２に示す実験で
は、図１に示す装置を使用し、磁性材料としてＮｉ−Ｆ
ｅ合金をエッチングした。プラズマ密度は、処理チャン
バー２内の圧力、ガス流量、プラズマ源１のプラズマ用
高周波電源１３の出力等を調整して変化させた。また、
プラズマ密度は、図１に示す装置において、対象物９の
中心軸上で対象物９の表面から２０ｍｍの高さの位置に
おける値をラングミュアプローブにより測定した。

【００２８】尚、プラズマ密度が変化すると、バイアス
用高周波電源５の周波数や出力が同じでもセルフバイア
ス電圧の大きさが変わってしまう。セルフバイアス電圧
はイオン入射用の電界をもたらすものであるから、セル
フバイアス電圧が変化してしまうと、対象物９の表面の
イオン衝撃の強さも変化してしまう。プラズマ密度の変
化がエッチング速度にどのような影響を与えるかを純粋
に調べるためには、イオン衝撃の強さを一定にしなけれ
ばならない。このようなことから、この図２に示す実験
においては、バイアス用高周波電源５の出力を調整しな
がらプラズマ密度を変化させ、プラズマ密度の変化にか
かわらず一定のセルフバイアス電圧になるようにした。

【００２９】図２に顕著に示されているように、プラズ
マ密度１×１０¹¹ｃｍ^-3を境にしてエッチング速度が急
激に上昇している。この点の原因は、プラズマの状態が
プラズマ密度１×１０¹¹ｃｍ^-3を境にして変化すること
にあるものと推察される。つまり、プラズマ密度１×１
０¹¹ｃｍ^-3を境にして、質量の大きなＣＯイオンが飛躍
的多くなることが原因であると推察される。

【００３０】より具体的に説明すると、上述したような
プラズマ源１によってプラズマが形成された際、導入さ
れたガスが全てプラズマ化している（イオンと電子に電
離している）訳ではなく、相当数の中性ガス分子が存在
している。プラズマ用高周波電源１３の出力を上昇させ
て供給するエネルギーを多くすると、電離するガスが多
くなってプラズマ密度が高くなり、その分、中性ガス分
子が少なくなる。ここで、供給エネルギーの少ないうち
は、イオン化エネルギーの低いＮＨ₃ ガスが支配的に電
離する。そして、供給エネルギーが多くなると、イオン
化エネルギーの高いＣＯガスも多く電離するようにな
る。ＣＯはＮＨ₃ よりも質量が大きいから、イオン衝撃
した際のエネルギーもＮＨ₃ より高い。プラズマ密度１
×１０¹¹ｃｍ^-3を境にして、エッチング速度が急激に上
昇するのは、質量の高いＣＯイオンの入射が急激に多く
なる結果であると推察されるのである。本実施形態の装
置及び方法は、このような実験の結果を踏まえ、１×１
０¹¹ｃｍ^-3以上の高密度プラズマを形成してエッチング
を行う構成とされている。このため、従来に比べてエッ
チング速度が飛躍的に向上し、厚い磁性薄膜でも短時間
にエッチングできる実用的な構成となる。

【００３１】尚、プラズマ密度１×１０¹¹ｃｍ^-3以上の
条件は対象物９の表面で達成されることが好ましいが、
対象物９の表面とプラズマとの間にはいわゆるシースの
状態となるため、対象物９の表面まで厳密な意味でプラ
ズマが拡散することはあり得ない。従って、プラズマ密
度１×１０¹¹ｃｍ^-3以上の条件は、対象物９の表面から
シースの厚さ以上の距離離れた場所でということにな
る。この種の装置の実用的な構成においては、対象物９
の表面から２０ｍｍ以上のところは通常はシースの領域
には入らない。従って、対象物９の表面から２０ｍｍ以
上のところでプラズマ密度１×１０¹¹ｃｍ^-3以上という
条件を設定することも可能である。また、エッチング中
の対象物９の温度については、１３０℃以上とすること
が好ましい。１３０℃より低いと、所定時間のエッチン
グ終了後も対象物９の表面に残さ（エッチングされない
で残った粒状物質）が発生するからである。

【００３２】次に、請求項２及び請求項４の発明の実施
形態であるプラズマエッチング装置について説明する。
図３は、請求項２及び請求項４の発明の実施形態である
プラズマエッチング装置の概略構成を示す正面断面図で
ある。

【００３３】この図３に示す装置は、マグネトロン放電
プラズマを形成してエッチングを行うようになってい
る。具体的に説明すると、図３に示す装置は、マグネト
ロン放電プラズマを発生させるプラズマ源１と、プラズ
マ源１が発生させたプラズマが拡散する処理チャンバー
２と、処理チャンバー２内にＣＯ及びＮＨ₃ の混合ガス
を導入するガス導入系３と、処理チャンバー２内の所定
位置に対象物９を保持する対象物ホルダー４等から主に
構成されている。プラズマ源１は、マグネトロン電極１
６と、マグネトロン電極１６に電圧を印加してマグネト
ロン放電を生じさせる放電用電源１７とから主に構成さ
れている。

【００３４】マグネトロン電極１６は、対象物ホルダー
４に対向するよう設けられた電極板１８と、電極板１８
の背後に設けられた磁石ユニット１９とから構成されて
いる。磁石ユニット１９は、柱状の中心磁石１９１と、
中心磁石１９１を取り囲む周状の周辺磁石１９２と、中
心磁石１９１及び周辺磁石１９２とを繋ぐヨーク１９３
とから構成されている。尚、電極板１８が設けられず、
磁石ユニット１９のみでマグネトロン電極１６が構成さ
れる場合もある。放電用電源１７には、高周波電源又は
負の直流電源が使用される。中心磁石１９１と周辺磁石
１９２との間には、図３に示すような磁力線１９４で代
表される磁界が設定される。放電用電源１７によって設
定される電界はこの磁界に直交し、マグネトロン構造が
達成される。磁界と電界との直交関係は、マグネトロン
電極１６の軸の周りに周状に連なった状態である。

【００３５】図３に示す装置の動作について説明する
と、ガス導入系３によってＣＯガス及びＮＨ₃ ガスを所
定の混合比及び流量で処理チャンバー２内に導入しなが
ら、プラズマ源１を動作させる。即ち、放電用電源１７
によって電極板１８に所定の電圧を印加する。この結
果、導入されたガスに放電が生じる。この際、電子は磁
界と電界との直交関係によってマグネトロン運動し、高
効率で中性ガス分子をイオン化させる。この放電によっ
てガスがプラズマ化し、マグネトロン放電プラズマが形
成される。そして、前述したのと同様に、プラズマ中で
生成されるＣＯ活性種によって対象物９の表面にカルボ
ニル化合物が形成され、このカルボニル化合物がイオン
衝撃によって蒸発する。この際、対象物９にはバイアス
用高周波電源５によってセルフバイアス電圧が与えら
れ、イオンが効率よく表面に入射する。

【００３６】この第二の実施形態においても、プラズマ
密度は１×１０¹¹ｃｍ^-3以上であり、質量の大きなＣＯ
イオンが多く入射するため、従来に比べて飛躍的に高い
エッチング速度が得られる。上述したプラズマ源１は、
電子をマグネトロン運動させるため、このような高密度
のプラズマを容易に形成することが可能である。

【００３７】

【実施例】次に、上記実施形態のエッチング方法の実施
例について説明する。まず、シリコンウェーハ上にＮｉ
−Ｆｅ合金薄膜をスパッタリングにより作成し、この上
にチタン製のマスクパターンを形成したものが対象物９
として用いられた。装置としては、第一の実施形態のも
のが使用された。対象物９を対象物ホルダー４上に保持
し、その温度を１５０℃に維持した。そして、ガス導入
系３によって、ＣＯガスを２０ＳＣＣＭ（ＳＣＣＭは０
℃１気圧での気体の流量（立方センチメートル））、Ｎ
Ｈ₃ ガスを２０ＳＣＣＭの流量で処理チャンバー２内に
導入した。また、排気系２１によって処理チャンバー２
内を０．８Ｐａに維持した。この状態で、プラズマ用高
周波電源１３によって１３．５６ＭＨｚ１５００Ｗの高
周波を供給し、１×１０¹¹ｃｍ^-3の密度のプラズマを形
成してエッチングを行った。この結果、８０ｎｍ／分程
度という極めて高い速度でＮｉ−Ｆｅ合金薄膜がエッチ
ングされた。また、マスクであるチタンのエッチング速
度は、Ｎｉ−Ｆｅ合金のエッチング速度の１／９程度で
あり、選択性の点でも優れた結果が得られた。エッチン
グ後、湿度４０％の大気下に２週間放置してもアフター
コロージョンは発生しなかった。

【００３８】また、別の対象物９として、シリコンウェ
ーハ上にＦｅＮ薄膜をスパッタリングにより作成し、こ
の上にチタン製のマスクパターンを形成したものが用い
られた。装置としては、同様に第一の実施形態のものが
使用された。この対象物９の温度を１７０℃、ＣＯガス
の流量を３５ＳＣＣＭ、ＮＨ₃ ガスの流量を５０ＳＣＣ
Ｍ、処理チャンバー２内の圧力を０．４Ｐａとし、１
３．５６ＭＨｚ３０００Ｗの高周波によって５×１０¹¹
ｃｍ^-3程度の密度のヘリコン波プラズマを形成してエッ
チングを行った。この結果、１３０ｎｍ／分という極め
て高い速度でＦｅＮ合金がエッチングされた。

【００３９】さらに、別の対象物９として、シリコンウ
ェーハ上にＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金薄膜をスパッタリング
により作成し、この上にチタン製のマスクパターンを形
成したものが用いられた。装置としては、第二の実施形
態のものが使用された。この対象物９の温度を１５０
℃、ＣＯガスの流量を２０ＳＣＣＭ、ＮＨ₃ ガスの流量
を７０ＳＣＣＭ、処理チャンバー２内の圧力を２．６Ｐ
ａとし、１３．５６ＭＨ８００Ｗの高周波によって２×
１０¹¹ｃｍ^-3程度の密度のマグネトロン放電プラズマを
形成してエッチングを行った。この結果、９０ｎｍ／分
という極めて高い速度でＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金がエッチ
ングされた。

【００４０】本願発明においてエッチングされる磁性材
料は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、これらのうち少なくとも一つ
を含む合金、窒化物もしくは酸化物、又は、これらの一
つを含む金属間化合物であればよく、前述したものには
限定されない。例えば、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−
Ｓｉ合金）、非晶質合金、グラニュラー合金（Ｃｏ−Ａ
ｌ−Ｏ合金）等の磁性材料をエッチングするよう構成す
ることができる。

【００４１】また、プラズマ源１には、前述したヘリコ
ン波プラズマを形成するものやマグネトロン放電プラズ
マを形成するもの以外であっても、１×１０¹¹ｃｍ^-3以
上の密度のプラズマを形成することができるものであれ
ば、他の構成のものも使用できる。例えば、ＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）プラズマを形成するもの等であ
る。さらに、エッチングプロセスの用途としては、前述
した薄膜磁気ヘッドの製造の他、マイクロトランスやマ
イクロ磁気回路の製造等が挙げられる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の各請求項の方
法又は装置によれば、従来に比べてエッチング速度が飛
躍的に向上し、厚い磁性薄膜でも短時間にエッチングで
きる実用的な構成となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２及び請求項３の発明の実施形態である
プラズマエッチング装置の概略構成を示す正面断面図で
ある。

【図２】エッチング速度とプラズマ密度との関係につい
て調べた実験結果を示す図である。

【図３】請求項２及び請求項４の発明の実施形態である
プラズマエッチング装置の概略構成を示す正面断面図で
ある。

【図４】従来技術としてのフレームメッキ法について説
明する図である。

【符号の説明】

１プラズマ源２処理チャンバー３ガス導入系４対象物ホルダー５バイアス用高周波電源９対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真下公子東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者中谷功茨城県つくば市千現１丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内Ｆターム(参考） 4K057 DA20 DB11 DD01 DE20 DM18 DM40 5D033 BA05 DA08 DA21 DA31 5F004 AA16 DA00 DB29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケル、鉄、コバルト、これらのうち
少なくとも一つを含む合金、窒化物もしくは酸化物、又
は、これらの少なくとも一つを含む金属間化合物から成
る磁性材料である対象物の表面を臨む空間に、アンモニ
ア及び一酸化炭素の混合ガスのプラズマを１×１０¹¹ｃ
ｍ^-3以上の密度で形成して、前記磁性材料である表面を
エッチングすることを特徴とする磁性材料のエッチング
方法。
【請求項２】排気系を備えた処理チャンバーと、処理
チャンバー内にアンモニアガス及び一酸化炭素ガスを混
合して導入するガス導入系と、導入されたガスにエネル
ギーを供給してこれらのガスのプラズマを１×１０¹¹ｃ
ｍ^-3以上の密度で形成するプラズマ源と、表面がニッケ
ル、鉄、コバルト、これらのうち少なくとも一つを含む
合金、窒化物もしくは酸化物、又は、これらの少なくと
も一つを含む金属間化合物から成る磁性材料である対象
物をその表面が前記プラズマによってエッチングされる
位置に保持する対象物ホルダーとを備えていることを特
徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】前記プラズマ源は、ヘリコン波プラズマ
を形成するものであることを特徴とする請求項２記載の
プラズマエッチング装置。
【請求項４】前記プラズマ源は、マグネトロン放電プ
ラズマを形成するものであることを特徴とする請求項２
記載のプラズマエッチング装置。