JP2019068012A - 被加工物の処理方法。 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子の加工においてエッチングが用いられる場合に磁気抵抗効果素子の磁気特性等の低減を抑制する技術を提供する。
【解決手段】磁気抵抗効果素子の製造において実行される被加工物の処理方法であって、被加工物は第１の多層膜と第２の多層膜とを有しており、第１の多層膜は第１の磁性層、第２の磁性層、およびトンネルバリア層を含み、トンネルバリア層は第１の磁性層と第２の磁性層との間に設けられ、第２の多層膜は磁気抵抗効果素子においてピニング層を構成する多層膜である。当該方法は、第１の多層膜および第２の多層膜に対するエッチングの実行後に、または、このエッチングの実行中に、被加工物を加熱する工程を備える。この工程は、被加工物の周囲の状態を調整しつつ被加工物を加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、被加工物の処理方法に関する。
ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）等のデバイスにおいて利用される磁気抵抗効果素子は、磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction）を含む。磁気抵抗効果素子の製造においては、多層膜に対するエッチングが行われる。特許文献１には、磁性層を含む積層膜をドライエッチングにより加工することによってＭＲＡＭを構成する磁気抵抗効果素子を形成する技術が開示されている。
特開２０１６−１６４９５５号公報
磁気抵抗効果素子の加工において反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）が用いられる場合、当該エッチングには水素、窒素、ハロゲン等を含む反応性ガスが用いられる。従って、当該エッチングによって磁気抵抗効果素子の磁気特性等が低減する場合がある。したがって、磁気抵抗効果素子の加工においてエッチングが用いられる場合に磁気抵抗効果素子の磁気特性等の低減を抑制する技術が望まれている。
一態様においては、磁気抵抗効果素子の製造において実行される被加工物の処理方法が提供される。被加工物は第１の多層膜と第２の多層膜とを有しており、第１の多層膜は第１の磁性層、第２の磁性層、およびトンネルバリア層を含み、トンネルバリア層は第１の磁性層と第２の磁性層との間に設けられ、第２の多層膜は磁気抵抗効果素子においてピニング層を構成する多層膜である。当該方法は、第１の多層膜および第２の多層膜に対するエッチングの実行後に、または、このエッチングの実行中に、被加工物を加熱する工程を備える。この工程は、被加工物の周囲の状態を調整しつつ被加工物を加熱する。
磁気抵抗効果素子の製造において、被加工物の第１の多層膜および第２の多層膜をエッチングすることによって被加工物の磁気特性等の物性に変化が生じ、この結果、保磁力の低下が生じ得る。発明者は、鋭意研究の結果、被加工物の第１の多層膜および第２の多層膜に対するエッチングの実行後に、または、このエッチングの実行中に、被加工物に対して被加工物の周囲の状態を調整しつつ被加工物を加熱する工程（以下、工程Ａという）を実行することによって、エッチングによって生じ得る保磁力の低下が十分に回復され得ることを見出した。
一実施形態において、工程Ａは、被加工物を真空加熱することが可能であり、または、工程Ａは、エッチングの実行後において、被加工物の周囲にガスを供給することによって被加工物の周囲の状態を調整しつつ被加工物を加熱することが可能である。発明者は、鋭意研究の結果、工程Ａにおいて、エッチングの実行後において、若しくは、エッチングの実行中に被加工物を真空加熱する場合、または、エッチングの実行後において被加工物の周囲にガスを供給することによって被加工物の周囲の状態を調整しつつ被加工物を加熱する場合の何れの場合を用いても、エッチングによって生じ得る保磁力の低下が十分に回復され得ることを見出した。
一実施形態では、エッチングの実行後において被加工物の周囲に供給するガスは、水素ガスおよび希ガスの何れかを含むことができる。発明者は、工程Ａにおいて被加工物の周囲に供給するガスが例えば水素ガスおよび希ガスの何れかを含む場合においても、エッチングによって生じ得る保磁力の低下が十分に回復され得ることを見出した。
一実施形態では、工程Ａは、エッチングの実行後において、被加工物の周囲に供給されるガスのプラズマを発生させることによって被加工物の周囲の状態を調整することができる。発明者は、被加工物の周囲の状態の調整にプラズマを用いても、エッチングによって生じ得る保磁力の低下が十分に回復され得ることを見出した。
一実施形態において、工程Ａは、被加工物の温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下となるように被加工物を加熱することができる。または、工程Ａは、被加工物の温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下となるように被加工物を加熱することができる。発明者は、工程Ａにおいて、被加工物の温度を摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下に加熱した場合、または、被加工物の温度を摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下に加熱した場合、の何れの場合においても、エッチングによって生じ得る保磁力の低下が十分に回復され得ることを見出した。
以上説明したように、磁気抵抗効果素子の加工においてエッチングが用いられる場合に磁気抵抗効果素子の磁気特性等の低減を抑制する技術が提供される。
図１は、一実施形態に係る被加工物の処理方法の一の部分を例示する流図である。 図２は、図１に示す方法のエッチング工程が適用される被加工物の一部を例示する断面図である。 図３は、図１に示す方法の加熱工程が適用される被加工物の一部を例示する断面図である。 図４は、図１に示す加熱工程の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。 図５は、図１に示す方法の加熱工程における被加工物の周囲の状態と、当該加熱工程の前後における被加工物の保磁力の変化量との相関を示す図である。 図６は、図１に示す方法の加熱工程における被加工物の温度と、当該加熱工程の前後における被加工物の保磁力との相関を示す図である。 図７は、図１に示す方法の加熱工程にプラズマが用いられる場合において、当該加熱工程における被加工物の温度と、当該加熱工程の前後における被加工物の保磁力の変化量との相関を示す図である。 図８は、保磁力を説明する図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る被加工物Ｗの処理方法（方法ＭＴ）の一の部分を例示する流図である。図１に示す方法ＭＴは、磁気抵抗効果素子の製造において実行される。方法ＭＴは、エッチング工程ＳＴ１、加熱工程ＳＴ２、成膜工程ＳＴ３を備える。加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の後に実行される。成膜工程ＳＴ３は、加熱工程ＳＴ２の後に実行される。
エッチング工程ＳＴ１は、例えば図２に示す状態の被加工物Ｗをエッチングする。図２は、図１に示す方法ＭＴのエッチング工程ＳＴ１が適用される被加工物Ｗの一部を例示する断面図である。図３は、図１に示す方法ＭＴの加熱工程ＳＴ２が適用される被加工物Ｗの一部を例示する断面図である。
被加工物Ｗの構成を図２および図３を参照して詳細に説明する。被加工物Ｗは、多層膜ＭＬ１（第１の多層膜）、および、多層膜ＭＬ２（第２の多層膜）を有する。多層膜ＭＬ１は、第１の磁性層Ｌ１１、トンネルバリア層Ｌ１２、および、第２の磁性層Ｌ１３を含んでいる。トンネルバリア層Ｌ１２は、第１の磁性層Ｌ１１と第２の磁性層Ｌ１３との間に設けられている。第１の磁性層Ｌ１１、トンネルバリア層Ｌ１２、および、第２の磁性層Ｌ１３は、磁気抵抗効果素子において、磁気トンネル接合を形成する。第１の磁性層Ｌ１１および第２の磁性層Ｌ１３は、例えばＣｏＦｅＢ層である。トンネルバリア層Ｌ１２は、金属の酸化物を含む絶縁層である。トンネルバリア層Ｌ１２は、例えば、ＭｇＯ層（ＭｇＯ：酸化マグネシウム）である。
一例において、多層膜ＭＬ１は、キャップ層Ｌ１４、上層Ｌ１５、および、下層Ｌ１６を更に含んでいる。第１の磁性層Ｌ１１、トンネルバリア層Ｌ１２、および、第２の磁性層Ｌ１３は、上層Ｌ１５と下層Ｌ１６との間に設けられている。上層Ｌ１５および下層Ｌ１６は、例えば、Ｗ（タングステン）を含む。キャップ層Ｌ１４は、上層Ｌ１５の上に設けられている。キャップ層Ｌ１４は、例えば、Ｔａ（タンタル）を含む。
なお、キャップ層Ｌ１４と上層Ｌ１５との間にＣｏＦｅＢ層とＭｇＯ層とが設けられることもできる。この場合、ＣｏＦｅＢ層はキャップ層Ｌ１４上に設けられ、ＭｇＯ層はＣｏＦｅＢ層上に設けられ、上層Ｌ１５はＭｇＯ層上に設けられる。
多層膜ＭＬ２は、多層膜ＭＬ１上に設けられている。多層膜ＭＬ２は、金属多層膜であり、磁気抵抗効果素子においてピニング層を構成する多層膜である。一例において、多層膜ＭＬ２は、複数のコバルト層Ｌ２１および複数の白金層Ｌ２２を含んでいる。複数のコバルト層Ｌ２１および複数の白金層Ｌ２２は互いに交互に積層されている。また、多層膜ＭＬ２は、ルテニウム層Ｌ２３（ルテニウム：Ｒｕ）を更に含み得る。ルテニウム層Ｌ２３は、複数のコバルト層Ｌ２１および複数の白金層Ｌ２２の交互の積層における中間に設けられている。
多層膜ＭＬ１および多層膜ＭＬ２は、下部電極層ＢＬを介して、下地層ＵＬの上に設けられている。下地層ＵＬは、例えば、酸化シリコンから形成されている。一例において、下部電極層ＢＬは、第１層Ｌ３１、第２層Ｌ３２、および、第３層Ｌ３３を含んでいる。第３層Ｌ３３は、Ｔａ層であり、下地層ＵＬ上に設けられている。第２層Ｌ３２は、Ｒｕ層であり、第３層Ｌ３３上に設けられている。第１層Ｌ３１は、Ｔａ層であり、第２層Ｌ３２上に設けられている。
多層膜ＭＬ１と多層膜ＭＬ２を含む積層体の上には、マスクＭＫが設けられている。マスクＭＫは、単層であってもよいが、図２および図３に示す例では積層体である。図２および図３に示す例では、マスクＭＫは、層Ｌ４１〜Ｌ４４を含んでいる。層Ｌ４１は酸化シリコンを含んでおり、層Ｌ４２は窒化シリコンを含んでおり、層Ｌ４３はＴｉＮ（窒化チタン）を含んでおり、層Ｌ４４はＲｕ（ルテニウム）を含んでいる。
以下、図２および図３のそれぞれに示した被加工物Ｗに適用される場合を例にとって、方法ＭＴの説明を行う。方法ＭＴでは、被加工物Ｗの多層膜ＭＬ１および多層膜ＭＬ２をエッチングするために、プラズマ処理装置が用いられる。図４は、図１に示す方法ＭＴ（特に加熱工程ＳＴ２）の実行に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例（プラズマ処理装置１０）を概略的に示す図である。図４には、プラズマ処理装置１０の縦断面の構造が概略的に示されている。図４に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、加熱工程ＳＴ２の実行に用いることができると共に、エッチング工程ＳＴ１、成膜工程ＳＴ３の実行に用いることができる。この場合、エッチング工程ＳＴ１、加熱工程ＳＴ２、成膜工程ＳＴ３は、一貫して一の装置（プラズマ処理装置１０）によって実行され得る。なお、エッチング工程ＳＴ１、成膜工程ＳＴ３は、プラズマ処理装置１０とは異なる他のプラズマ処理装置によって実行されてもよい。
プラズマ処理装置１０は、チャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ本体１２は、チャンバ本体１２の内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ本体１２の内壁面、すなわち、チャンバ１２ｃを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、または、セラミックス製の膜であり得る。このセラミックス製の膜は、例えば、酸化イットリウムを含む膜である。チャンバ本体１２の側壁１２ｓには被加工物Ｗの搬送のための開口１２ｇが設けられている。開口１２ｇは、ゲートバルブ１４によって開閉可能となっている。チャンバ本体１２は接地電位に接続されている。
チャンバ１２ｃ内では、支持部１５が、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１５は、略円筒形状を有しており、石英等の絶縁材料を有する。チャンバ１２ｃ内には、ステージ１６が設けられている。ステージ１６は、ステージ１６の上に搭載された被加工物Ｗを支持するよう構成されている。被加工物Ｗは、ウエハのように円盤形状を有し得る。ステージ１６は、下部電極１８および静電チャック２０を含んでいる。ステージ１６は、支持部１５によって支持されている。
下部電極１８は、第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、アルミニウム等の金属を含んでおり、略円盤形状を有している。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。
第２プレート１８ｂ上には、静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、絶縁層と当該絶縁層内に内蔵された電極とを有している。静電チャック２０の電極には、スイッチ２３を介して直流電源２２が電気的に接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの直流電圧が印加されると、静電チャック２０は静電力を発生する。静電チャック２０は、この静電力によって被加工物Ｗを静電チャック２０に引き付け、被加工物Ｗを保持する。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、被加工物Ｗのエッジと静電チャック２０とを囲むようにフォーカスリング２４が配置されている。フォーカスリング２４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリング２４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料を有しており、例えば石英を有する。
静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗは、流路１８ｆに冷媒を供給するチラーユニットと、温度調節部ＨＴに電力を供給するヒータ電源ＨＰとを用いて制御され得る。
流路１８ｆは、第２プレート１８ｂの内部に設けられている。流路１８ｆには、チャンバ本体１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。流路１８ｆに供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、流路１８ｆには、流路１８ｆ内を循環するよう、冷媒が供給される。この冷媒の温度をチラーユニットによって制御することによって、静電チャック２０によって支持された被加工物Ｗの温度が制御され得る。
温度調節部ＨＴは、静電チャック２０に設けられている。温度調節部ＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰから温度調節部ＨＴに電力が供給されることによって、静電チャック２０の温度が調節され、静電チャック２０上に載置される被加工物Ｗの温度が調節されるようになっている。なお、温度調節部ＨＴは、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれていることもできる。
温度調節部ＨＴには、図示しない温度センサを備え、この温度センサは、温度調節部ＨＴの周囲の温度を検出し、この検出結果を検出信号として制御部Ｃｎｔに出力する。この温度センサによって検出される温度は、静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗの温度と同等である。
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、ステージ１６の上方に設けられており、下部電極１８に対して略平行に設けられている。上部電極３０は、部材３２と共にチャンバ本体１２の上部開口を閉じている。部材３２は、絶縁性を有している。上部電極３０は、部材３２を介してチャンバ本体１２の上部に支持されている。
上部電極３０は、天板３４および支持体３６を含んでいる。天板３４は、チャンバ１２ｃに面している。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。天板３４は、例えばシリコンを有するが、これに限らず、アルミニウム製の母材の表面に耐プラズマ性の膜を設けた構造を有し得る。なお、当該膜は、セラミックス製の膜であり得る。セラミックス製の当該膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、または、酸化イットリウムを含む膜、等である。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウム等の導電性材料を有する。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは複数のガス孔３６ｂが下方に延びており、複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６にはガス拡散室３６ａにガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、ガス導入口３６ｃにはガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２および流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数のガスソースを有している。複数のガスソースは、少なくとも、一以上の希ガスのソース、炭化水素ガスのソース、炭素および酸素を含むガスのソース、Ｏ２ガスのソース、および、Ｈｅガスのソースを含んでいる。複数のガスソースは、一以上の希ガスのソースとして、ＮｅガスのソースおよびＫｒガスのソースを含み得る。複数のガスソースは、一以上の希ガスのソースとして、さらに、Ａｒガスのソースを含み得る。炭化水素ガスは、例えばＣＨ４ガスである。炭素および酸素を含むガスは、例えば、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、ＣＦ４ガス、等である。
バルブ群４２は、複数のバルブを含んでいる。流量制御器群４４は、マスフローコントローラ等の複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブと流量制御器群４４の対応の流量制御器とを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１０は、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスを、個別に調整された流量で、チャンバ１２ｃに供給することが可能である。
チャンバ１２ｃ内において、支持部１５とチャンバ本体１２の側壁１２ｓとの間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の母材に酸化イットリウム等のセラミックスが被覆された構成を有する。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方においては、排気管５２がチャンバ本体１２の底部に接続されている。排気管５２には、排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力制御器と、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプとを有しており、チャンバ１２ｃを減圧することができる。
プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２を備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源であり、２７〜１００［ＭＨｚ］の範囲内の周波数、例えば６０［ＭＨｚ］の周波数を有する高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して上部電極３０に接続されている。整合器６３は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６３を介して下部電極１８に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２が下部電極１８に接続されている場合には、上部電極３０は接地電位に接続される。
プラズマ処理装置１０は、第２の高周波電源６４を備える。第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、４００［ｋＨｚ］〜１３．５６［ＭＨｚ］の範囲内の周波数であり、例えば４００［ｋＨｚ］である。第２の高周波電源６４は、整合器６５を介して下部電極１８に接続されている。整合器６５は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路を有している。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを備える。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいてプラズマ処理装置１０の各部を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０は、レシピデータによって指定されたプロセスを実行するようになっている。
制御部Ｃｎｔは、例えば、方法ＭＴ用のレシピデータに基づいて、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部Ｃｎｔは、特に、温度調節部ＨＴの温度センサから出力された検出信号（温度の検出結果を示す信号）に基づいて、温度調節部ＨＴの周囲の温度、すなわち、静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗの温度を、予め設定された温度範囲（以下、温度範囲ＴＲという）となるように、ヒータ電源ＨＰ、および、チラーユニットを制御する。
方法ＭＴの実行においてプラズマが用いられる場合、方法ＭＴの実行の際には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスがチャンバ１２ｃに供給される。また、排気装置５０によってチャンバ１２ｃが減圧される。そして、チャンバ１２ｃに供給されたガスが、第１の高周波電源６２からの高周波によって発生する高周波電界によって励起される。これにより、チャンバ１２ｃ内においてプラズマが生成される。また、下部電極１８に第２の高周波が供給される場合がある。この場合、プラズマ中のイオンが被加工物Ｗに向けて加速される。
図１に戻って、方法ＭＴについて説明する。エッチング工程ＳＴ１は、図２に示す状態の被加工物Ｗをエッチングする。より具体的に、エッチング工程ＳＴ１は、図２に示す多層膜ＭＬ１、多層膜ＭＬ２をエッチングする。エッチング工程ＳＴ２の実行によって、図２に示す状態の被加工物Ｗは、例えば図３に示す状態の被加工物Ｗに整形される。
エッチング工程ＳＴ１について具体的に説明する。エッチング工程ＳＴ１において、多層膜ＭＬ１に対するエッチングは、Ｋｒガス等の希ガスのプラズマが用いられ得る。エッチング工程ＳＴ１において、多層膜ＭＬ２に対するエッチングは、例えば炭化水素ガスと希ガスとを含む第１の混合ガスのプラズマが用いられ得る。第１の混合ガスに含まれる炭化水素ガスは、例えばＣＨ４ガスである。第２の混合ガスに含まれる希ガスは、例えばＫｒガスである。また、第１の混合ガスが用いられることによって、炭素を含む堆積物が被加工物Ｗに形成される場合がある。この堆積物を除去するために、第２の混合ガスのプラズマが用いられ得る。第２の混合ガスは、炭素および酸素を含むガスと、Ｏ２を含むガスと、希ガスとを含み、且つ、水素を含まないガスである。第２の混合ガスに含まれ炭素および酸素を含むガスは、例えば一酸化炭素ガスおよび／または二酸化炭素ガスである。第２の混合ガスに含まれる希ガスは、例えばＮｅガスである。
エッチング工程ＳＴ１に引き続く加熱工程ＳＴ２は、図３に示す状態の被加工物Ｗを加熱する。より具体的に、加熱工程ＳＴ２は、図３に示す状態の被加工物Ｗの周囲の状態を調節しつつ被加工物Ｗを加熱する。被加工物Ｗの加熱は、ヒータ電源ＨＰから電力を供給された温度調節部ＨＴによって行われる。加熱工程ＳＴ２に引き続く成膜工程ＳＴ３は、加熱工程ＳＴ２による加熱後の被加工物Ｗの表面に例えばＳｉＮを含む膜を形成する。
加熱工程ＳＴ２について詳細に説明する。加熱工程ＳＴ２において、静電チャック２０上に載置された被加工物Ｗの温度は、流路１８ｆに冷媒を供給するチラーユニットと、温度調節部ＨＴに電力を供給するヒータ電源ＨＰとを用いて、予め設定された温度範囲ＴＲとなるように制御される。温度範囲ＴＲは、例えば、摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下の範囲、摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下範囲のうち何れかの範囲であり得る。すなわち、加熱工程ＳＴ２は、被加工物Ｗの温度が上記の温度範囲ＴＲとなるように被加工物Ｗを加熱等することによって、被加工物Ｗの温度を制御する。
加熱工程ＳＴ２は、被加工物Ｗに対する加熱と共に、被加工物Ｗの周囲の状態を調整する。具体的に、加熱工程ＳＴ２は、例えば、被加工物Ｗを真空加熱する。真空加熱とは、排気装置５０によって被加工物Ｗの周囲の気圧が十分に減圧された状態の下で被加工物Ｗを加熱することを意味する。なお、加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の実行中において、例えば、被加工物Ｗを真空加熱することもできる。また、加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の実行後において、真空加熱を行わずに被加工物Ｗの周囲にガスを供給することによって被加工物Ｗの周囲の状態を調整しつつ被加工物Ｗを加熱することも可能である。被加工物Ｗの周囲に供給するガスは、種々の元素を含有するガスであり得る。被加工物Ｗの周囲に供給するガスは、例えば水素ガスおよび希ガスの何れかを含み得る。
図５は、図１に示す方法ＭＴの加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲の状態と、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］との相関を示す図である。図５に示す横軸は被加工物Ｗの周囲の状態を表し、図５に示す縦軸は加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。本明細書において変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］とは、加熱工程ＳＴ２の実行後における保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］から、加熱工程ＳＴ２の実行前における保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］を差し引いた値である。
図５に示す長方形ＧＲＡ１は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲の状態が真空状態の場合、すなわち、排気装置５０によって被加工物Ｗの周囲の気圧が十分に減圧された状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図５に示す長方形ＧＲＡ２は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＯ２ガスの雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図５に示す長方形ＧＲＡ３は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＨ２ガスの雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。
図５に示す長方形ＧＲＡ４は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＡｒガスの雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図５に示す長方形ＧＲＡ５は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＨｅガスの雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図５に示す長方形ＧＲＡ６は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＣＦ４ガスとＡｒガスとを含む混合ガス（ＣＦ４／Ａｒガス）の雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図５に示す長方形ＧＲＡ７は、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの周囲がＣＨ４ガスとＡｒガスとを含む混合ガス（ＣＨ４／Ａｒガス）の雰囲気によって覆われている状態にある場合に、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。
図５は、下記の条件の下で加熱工程ＳＴ２が実行されたことによって得られた結果を示している。なお、下記の条件は一例であり、下記の条件を含む比較的に広い条件の下で加熱工程ＳＴ２を実行することによっても、図５に示す結果と同様の結果を得ることができる。
＜加熱工程ＳＴ２の条件＞
・被加工物Ｗの温度：摂氏２００度
・実行時間：６００秒
図５に示すように、加熱工程ＳＴ２において、被加工物Ｗが真空加熱される場合、または、被加工物Ｗの周囲が、Ｏ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、ＣＦ４／Ａｒガス、ＣＨ４／Ａｒガスの何れかの雰囲気によって覆われている状態において被加工物Ｗが過熱される場合、の何れの場合であっても、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］は概ね１００［Ｏｅ］以上となっており、したがって、加熱工程ＳＴ２の実行によって被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］が十分に回復されることがわかる。
図６は、図１に示す方法ＭＴの加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの温度［℃］と、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］との相関を示す図である。図６に示す横軸は被加工物Ｗの温度［℃］を表し、図６に示す縦軸は加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］を表している。図６は、被加工物Ｗの周囲がＡｒガスの雰囲気によって覆われた状態において加熱工程ＳＴ２が実行されたことによって得られた結果を示している。
図６に示すように、被加工物Ｗの周囲がＡｒガスの雰囲気によって覆われている状態において加熱工程ＳＴ２が実行された場合、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの温度が例えば摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下の範囲にある場合、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］は概ね１３００［Ｏｅ］以上となっており、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの温度が例えば摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下範囲にある場合、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］は概ね１４００［Ｏｅ］以上となっていることがわかる。したがって、被加工物Ｗの周囲がＡｒガスの雰囲気によって覆われている状態において加熱工程ＳＴ２が実行された場合、加熱工程ＳＴ２の実行によって被加工物Ｗは十分な保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］を得ることがわかる。
なお、図６にはＡｒガスを用いた場合の結果が示されているが、Ａｒガスに限らず、被加工物Ｗの周囲が例えば図５の横軸に示すような種々の状態にある場合に加熱工程ＳＴ２を実行することによっても、図６に示す結果と同様の結果を得ることができる。
加熱工程ＳＴ２において、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にプラズマが用いられることもできる。すなわち、加熱工程ＳＴ２は、被加工物Ｗの周囲に供給されるガスのプラズマを発生させることによって被加工物Ｗの周囲の状態を調整することもできる。図７は、図１に示す方法ＭＴの加熱工程ＳＴ２にプラズマが用いられる場合において、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの温度と、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］との相関を示す図である。図７に示す横軸は被加工物Ｗの温度［℃］を表し、図７に示す縦軸は加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の変化量ΔＨｃ［Ｏｅ］を表している。図７は、被加工物Ｗの周囲がＯ２ガスの雰囲気によって覆われた状態において加熱工程ＳＴ２が実行されたことによって得られた結果を示している。図７に示す折れ線ＧＲＢ１は、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にプラズマが用いられた場合を示している。図７に示す折れ線ＧＲＢ２は、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にプラズマが用いられていない場合を示している。
図７に示すように、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にＯ２ガスのプラズマが用いられる場合、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にＯ２ガスが用いられるがＯ２ガスのプラズマは用いられない場合の何れの場合であっても、加熱工程ＳＴ２における被加工物Ｗの温度が例えば摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下の範囲においては、加熱工程ＳＴ２の前後における被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の差分は概ね７０［Ｏｅ］以下であり、プラズマの有無による差異が比較的に小さいことがわかる。したがって、加熱工程ＳＴ２において、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にプラズマを用いても、加熱工程ＳＴ２の実行によって被加工物Ｗの保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］は十分に回復し得ることがわかる。なお、図７にはＯ２ガスを用いた場合の結果が示されているが、プラズマの有無については、Ｏ２ガスに限らず、例えば図５の横軸に示すような種々のガスを用いた場合においても、図７に示す結果と同様の結果が得られる。
図５、図６、図７に示す保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］は、以下のようにして得られた値である。すなわち、被加工物Ｗごとに、試料振動型磁力計を用いて図８に模式的に例示するような磁化曲線を作成し、磁化曲線に基づいて磁場の強さＨｃ１およびＨｃ２を測定し、この測定したＨｃ１およびＨｃ２の平均値を保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］として算出した。図８は、本明細書において用いられている保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］を説明する図である。
なお、加熱工程ＳＴ２は、上記のようにエッチング工程ＳＴ１の実行後に行われる場合だけでなく、エッチング工程ＳＴ１の実行中に行われることもできる。すなわち、加熱工程ＳＴ２は、多層膜ＭＬ１および多層膜ＭＬ２に対するエッチング（エッチング工程ＳＴ１）の実行後に、または、該エッチング（エッチング工程ＳＴ１）の実行中に、被加工物Ｗを加熱し得る。加熱工程ＳＴ２がエッチング工程ＳＴ１の実行中に行われる場合においても、加熱工程ＳＴ２がエッチング工程ＳＴ１の実行後に行われる場合と同様の効果を奏し得る。
磁気抵抗効果素子の製造において被加工物Ｗの多層膜ＭＬ１および多層膜ＭＬ２をエッチングすることによって被加工物Ｗの磁気特性等の物性に変化が生じ、この結果、保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が生じ得るが、発明者は、鋭意研究の結果、被加工物Ｗの多層膜ＭＬ１および多層膜ＭＬ２に対するエッチング工程ＳＴ１の実行後、または、エッチング工程ＳＴ１の実行中に、被加工物Ｗに対して被加工物Ｗの周囲の状態を調整しつつ被加工物Ｗを加熱する加熱工程ＳＴ２を実行することによって、エッチングによって生じ得る保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が十分に回復され得ることを見出した。
また、加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の実行後に、または、エッチング工程ＳＴ１の実行中においても、被加工物Ｗを真空加熱することが可能である。または、加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の実行後において、被加工物Ｗの周囲にガスを供給することによって被加工物Ｗの周囲の状態を調整しつつ被加工物Ｗを加熱することが可能である。このように、発明者は、鋭意研究の結果、加熱工程ＳＴ２において、エッチング工程ＳＴ１の実行後に、もしくは、エッチング工程ＳＴ１の実行中に被加工物Ｗを真空加熱する場合、または、エッチング工程ＳＴ１の実行後に被加工物Ｗの周囲にガスを供給することによって被加工物Ｗの周囲の状態を調整しつつ被加工物Ｗを加熱する場合の何れの場合を用いても、エッチングによって生じ得る保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が十分に回復され得ることを見出した。
エッチング工程ＳＴ１の実行後において被加工物Ｗの周囲に供給するガスは、水素ガスおよび希ガスの何れかを含むことができる。このように、発明者は、加熱工程ＳＴ２において被加工物Ｗの周囲に供給するガスが例えば水素ガスおよび希ガスの何れかを含む場合においても、エッチングによって生じ得る保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が十分に回復され得ることを見出した。
加熱工程ＳＴ２は、エッチング工程ＳＴ１の実行後において、被加工物Ｗの周囲に供給されるガスのプラズマを発生させることによって被加工物Ｗの周囲の状態を調整することができる。このように、発明者は、被加工物Ｗの周囲の状態の調整にプラズマを用いても、エッチングによって生じ得る保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が十分に回復され得ることを見出した。
加熱工程ＳＴ２は、被加工物Ｗの温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下となるように被加工物Ｗを加熱することができる。または、加熱工程ＳＴ２は、被加工物Ｗの温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下となるように被加工物Ｗを加熱することができる。このように、発明者は、加熱工程ＳＴ２において、被加工物Ｗの温度を摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下に加熱した場合、または、被加工物Ｗの温度を摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下に加熱した場合、の何れの場合においても、エッチングによって生じ得る保磁力Ｈｃ［Ｏｅ］の低下が十分に回復され得ることを見出した。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１０…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｃ…チャンバ、１２ｇ…開口、１２ｓ…側壁、１４…ゲートバルブ、１５…支持部、１６…ステージ、１８…下部電極、１８ａ…第１プレート、１８ｂ…第２プレート、１８ｆ…流路、２０…静電チャック、２２…直流電源、２３…スイッチ、２４…フォーカスリング、２６ａ…配管、２６ｂ…配管、２８…ガス供給ライン、３０…上部電極、３２…部材、３４…天板、３４ａ…ガス吐出孔、３６…支持体、３６ａ…ガス拡散室、３６ｂ…ガス孔、３６ｃ…ガス導入口、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４４…流量制御器群、４８…バッフルプレート、５０…排気装置、５２…排気管、６２…第１の高周波電源、６３…整合器、６４…第２の高周波電源、６５…整合器、ＢＬ…下部電極層、Ｃｎｔ…制御部、ＨＰ…ヒータ電源、ＨＴ…温度調節部、Ｌ１１…第１の磁性層、Ｌ１２…トンネルバリア層、Ｌ１３…第２の磁性層、Ｌ１４…キャップ層、Ｌ１５…上層、Ｌ１６…下層、Ｌ２１…コバルト層、Ｌ２２…白金層、Ｌ２３…ルテニウム層、Ｌ３１…第１層、Ｌ３２…第２層、Ｌ３３…第３層、Ｌ４１…層、Ｌ４２…層、Ｌ４３…層、Ｌ４４…層、ＭＫ…マスク、ＭＬ１…多層膜、ＭＬ２…多層膜、ＭＴ…方法、ＵＬ…下地層、Ｗ…被加工物。

Claims (7)

  1. 磁気抵抗効果素子の製造において実行される被加工物の処理方法であって、該被加工物は第１の多層膜と第２の多層膜とを有しており、該第１の多層膜は第１の磁性層、第２の磁性層、およびトンネルバリア層を含み、該トンネルバリア層は該第１の磁性層と該第２の磁性層との間に設けられ、該第２の多層膜は該磁気抵抗効果素子においてピニング層を構成する多層膜であり、
    当該方法は、
    前記第１の多層膜および前記第２の多層膜に対するエッチングの実行後に、または、該エッチングの実行中に、前記被加工物を加熱する工程を備え、
    前記工程は、前記被加工物の周囲の状態を調整しつつ該被加工物を加熱する、
    方法。
  2. 前記工程は、前記被加工物を真空加熱する、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記工程は、前記エッチングの実行後において、前記被加工物の周囲にガスを供給することによって該被加工物の周囲の状態を調整する、
    請求項１に記載の方法。
  4. 前記ガスは、水素ガスおよび希ガスの何れかを含む、
    請求項３に記載の方法。
  5. 前記工程は、前記被加工物の周囲に供給される前記ガスのプラズマを発生させることによって該被加工物の周囲の状態を調整する、
    請求項３または請求項４に記載の方法。
  6. 前記工程は、前記被加工物の温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏２００度以下となるように該被加工物を加熱する、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記工程は、前記被加工物の温度が摂氏１６０度以上且つ摂氏１８０度以下となるように該被加工物を加熱する、
    請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
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