JP6460853B2 - 磁性層をエッチングする方法 - Google Patents

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Description

本発明は、磁性層をエッチングする方法に関する。
電子デバイスの製造では、被処理体の被エッチング層に対する垂直異方性エッチングのために、プラズマエッチングが一般的に用いられている。プラズマエッチングは、磁気ランダムアクセスメモリ（Magnetic Random Access Memory：ＭＲＡＭ）に含まれる磁性層、即ち、磁性材料から構成された層のエッチングにも用いられている。磁性材料は難エッチング材料であり、そのプラズマエッチング用の処理ガスについて、種々の研究がなされている。例えば、特開２００５−４２１４３号公報には、アルコールを含む処理ガスを用いた磁性層のプラズマエッチングについて記載されている。具体的に、特開２００５−４２１４３号公報には、イソプロピルアルコールを含む処理ガスを用いた磁性層のプラズマエッチングが記載されている。
イソプロピルアルコールを含む処理ガスを用いた磁性層のプラズマエッチングでは、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が被処理体の表面に過剰に付着し、磁性層のエッチングの垂直異方性を阻害する。したがって、このような堆積物を除去するために、特開２００５−４２１４３号公報には、処理ガスに、酸素ガス、Ｈ２Ｏといった酸素原子を含むガスが添加されることが記載されている。
特開２００５−４２１４３号公報
被処理体の表面に付着した堆積物を除去するために、処理ガスに酸素ガスを添加すると、堆積物は除去されるものの、酸素の活性種が磁性材料を酸化させる。その結果、磁気特性が劣化する。また、イソプロピルアルコールの爆発下限界が２％であるので、処理ガスに酸素が添加される場合には、排気ガスラインでの安全性を確保するために、イソプロピルアルコールを大量の不活性ガスで希釈する必要がある。しかしながら、大量の不活性ガスによるイソプロピルアルコールの希釈は、エッチャントの濃度を低下させるので、良好なエッチング結果が得られ難くなる。
また、酸素ガスに代えてＨ２Ｏを処理ガスに添加することも考えられる。しかしながら、Ｈ２Ｏを処理ガスに添加すると、ＭＲＡＭに含まれるトンネルバリア層のように、Ｈ２Ｏに対して潮解性を有する層に損傷が加わる。このように、イソプロピルアルコールを含む処理ガスを用いた有効な磁性層のエッチング方法は、現状では存在していない。そこで、イソプロピルアルコールに代えてメタノールを含む処理ガスを用いることが考えられる。
ところで、磁性層のプラズマエッチングにおいては、（ｉ）エッチャント、即ち、エッチャントガス及び／又はその分解物を磁性層の表面に十分に吸着させ、（ｉｉ）イオンエネルギーにより磁性材料を気化し易い物質（反応生成物）に変換し、（ｉｉｉ）当該反応生成物を揮発させることが必要である。これら三つの要件のうち（ｉ）の要件を満たすためには、エッチャントの吸着被覆率を高める必要がある。吸着被覆率は、エッチャントが吸着によって磁性層の表面を被覆している面積の割合であり、エッチャントの分圧が飽和蒸気圧以下であり且つ飽和蒸気圧に近いほど高くなる。一方、（ｉｉｉ）の要件を満たすために、即ち、反応生成物を揮発させるためには、低圧条件においてプラズマエッチングを実行する必要がある。
上述した理由から、磁性層のプラズマエッチングにおいては、低圧条件においてエッチャントの吸着被覆率を向上させることが必要である。即ち、低い飽和蒸気圧を有するエッチャントガスを用いて低圧条件において磁性層のプラズマエッチングを行うことが必要である。したがって、高い飽和蒸気圧を有するメタノールではなく、低い飽和蒸気圧を有するイソプロピルアルコールを低圧下で用いることにより、上述の（ｉ）及び（ｉｉｉ）の要件を満たすことが有効である。しかしながら、イソプロピルアルコールを用いた磁性層のエッチング方法では、上述したように、磁性層の酸化による損傷といった問題が存在している。
かかる背景から、イソプルピルアルコールを含む処理ガスを用いた磁性層のエッチングにおいて、炭素を含む堆積物を除去し、且つ、酸化による磁性層の損傷を抑制することが必要である。
一態様においては、磁性層をエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）プラズマ処理装置の処理容器内に設けられた静電チャック上に磁性層を有する被処理体を載置する工程と、（ｂ）磁性層をエッチングする工程であり、処理容器内においてイソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスのプラズマを生成する、該工程と、を含む。
上記方法では、処理ガスにイソプロピルアルコールが含まれているので、低圧下でも磁性層に対するイソプロピルアルコール及びその分解物、即ち、エッチャントの高い吸着被覆率が得られる。また、低圧下で反応生成物を揮発させることが可能である。さらに、処理ガスに含まれる二酸化炭素のプラズマは、酸素の活性種の発生量は少ないものの、高いアッシングレートを有する。したがって、この方法によれば、イソプルピルアルコールを含む処理ガス用いた磁性層のエッチングにおいて、炭素を含有する堆積物を除去し、且つ、酸化による磁性層の損傷を抑制することが可能となる。
一実施形態の磁性層をエッチングする工程では、処理容器内の空間の圧力が１．３３３パスカル以下の圧力に設定され、静電チャックの温度が−１５℃以下の温度に設定され、処理ガスにおけるイソプロピルアルコールの分圧が、静電チャックの温度での該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧以下の分圧に設定される。一実施形態の磁性層をエッチングする工程では、イソプロピルアルコールの分圧は、該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧以下、且つ、該飽和蒸気圧の２％以上の分圧に設定されてもよい。また、一実施形態の磁性層をエッチングする工程では、静電チャックの温度が−１５℃以下且つ−５０℃以上の温度に設定されてもよい。これら実施形態によれば、エッチャントの高い吸着被覆率及び反応生成物の揮発が、より効率的に実現される。
一実施形態では、被処理体は、下地層、該下地層上に設けられた磁性膜、並びに、該磁性膜上に設けられた下部磁性層、トンネルバリア層及び上部磁性層を含む磁気トンネル接合層を有していてもよい。この実施形態の磁性層をエッチングする工程では、磁性膜及び磁気トンネル接合層が前記磁性層としてエッチングされ得る。
一実施形態では、プラズマ処理装置は、静電チャックを含む支持構造体を備え、支持構造体は、静電チャックの中心軸線周りに該静電チャックを回転させ、且つ、中心軸線に直交する傾斜軸線中心に該支持構造体を回転させるよう、構成されていてもよい。この実施形態の磁性層をエッチングする工程は、被処理体を鉛直方向に対して水平に支持した状態で前記プラズマを生成する工程と、被処理体を鉛直方向に対して傾斜させ、且つ、該被処理体を回転させた状態で、前記プラズマを生成する工程と、を含む。被処理体が水平に支持された状態で磁性層のエッチングが行われると、エッチングによって形成された形状の側面に反応生成物が付着する。被処理体を鉛直方向に対して傾斜させ、且つ、該被処理体を回転させた状態でプラズマを生成すると、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プラズマからの活性種を入射させることができる。また、被処理体の面内において均一に活性種を入射させることができる。したがって、この実施形態によれば、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する。
以上説明したように、イソプルピルアルコールを含む処理ガスを用いた磁性層のエッチングにおいて、炭素を含む堆積物を除去し、且つ、酸化による磁性層の損傷を抑制することが可能となる。
第１実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 （ａ）部は、図１に示すエッチング方法を適用可能な被処理体を例示する断面図である。（ｂ）〜（ｄ）部は、図１に示すエッチング方法の各工程によって得られる生産物を例示する断面図である。 （ａ）〜（ｄ）部は、第１実施形態の方法ＭＴ１の各工程によって得られた生産物を示す断面図である。 図１に示す方法の実施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。 アルコールの飽和蒸気圧曲線を示す図である。 二酸化炭素のプラズマ及び酸素ガスのプラズマの発光分光計測の結果を示す図である。 エッチング後の被処理体を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 図８に示す方法の実施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８に示す方法の実施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９に示すプラズマ処理装置のプラズマ源を示す図である。 図９に示すプラズマ処理装置のプラズマ源を示す図である。 図９に示すプラズマ処理装置の支持構造体を示す断面図である。 図９に示すプラズマ処理装置の支持構造体を示す断面図である。 （ａ）部は、第２実施形態の被処理体を示す断面図である。（ｂ）〜（ｄ）部、は、第２実施形態の方法ＭＴ２の各工程によって得られた生産物を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）部は、第２実施形態の方法ＭＴ２の各工程によって得られた生産物を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）部は、第２実施形態の方法ＭＴ２の各工程によって得られた生産物を示す断面図である。 ウエハＷを載置した支持構造体が傾斜状態に設定された様子を示す図である。 第３実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
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。
（第１の実施の形態）
図１は、第１実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴ１は、被処理体に対するプラズマ処理によって磁性材料をエッチングする方法である。
図２の（ａ）部は、図１に示すエッチング方法を適用可能な被処理体を例示する断面図である。図２の（ｂ）〜（ｄ）部、及び図３の（ａ）〜（ｄ）部は、図１に示すエッチング方法の各工程によって得られる生産物を例示する断面図である。図２の（ａ）部に示す被処理体は、磁性材料から構成された層を含み、ウエハＷの形態を有する。ウエハＷは、ＭＲＡＭ素子を構成する多層膜を含んでおり、具体的に、下地層Ｌ１、磁性膜Ｌ２、磁気トンネル接合層Ｌ３（以下、「ＭＴＪ層Ｌ３」という）、キャップ膜Ｌ４及びマスクＭＳＫを有している。
下地層Ｌ１は、例えば、Ｔａ又はＲｕなどから構成され得る。磁性膜Ｌ２は、下地層Ｌ１上に設けられており、例えば、ＣｏＰｔから構成され得る。ＭＴＪ層Ｌ３は、磁性膜Ｌ２上に設けられており、下部磁性層Ｌ３１、絶縁層Ｌ３２（トンネルバリア層）及び上部磁性層Ｌ３３を有している。絶縁層Ｌ３２は、下部磁性層Ｌ３１上に設けられており、上部磁性層Ｌ３３は、絶縁層Ｌ３２上に設けられている。下部磁性層Ｌ３１及び上部磁性層Ｌ３３は、例えば、ＣｏＦｅＢから構成され得る。絶縁層Ｌ３２は、例えば、ＭｇＯから構成され得る。キャップ膜Ｌ４は、ＭＴＪ層Ｌ３上に設けられており、例えば、Ｔａ又はＲｕなどから構成され得る。マスクＭＳＫは、キャップ膜Ｌ４上に設けられている。マスクＭＳＫは、例えば、ＴｉＮから構成され得る。
方法ＭＴ１では、図２の（ａ）部に例示したウエハＷがプラズマ処理装置内において処理される。図４は、図１に示す方法の実施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４に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器１２内には、支持構造体ＰＤが設けられている。支持構造体ＰＤは、支持部１４によって支持されている。
支持構造体ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。支持構造体ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。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ＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチング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ＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器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。冷媒流路２４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、冷媒流路２４とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。
また、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ＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、支持構造体ＰＤの上方において、当該支持構造体ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための空間Ｓが提供されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。一実施形態では、上部電極３０は、支持構造体ＰＤの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は空間Ｓに面しており、当該電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、一実施形態では、シリコンから構成されている。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口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及び流量制御器群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含んでいる。一例では、ガスソース群４０は、一以上のアルコールガスのソース、希ガスのソース、窒素ガス（Ｎ２ガス）のソース、水素ガス（Ｈ２ガス）のソース、及び、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスのソースを含んでいる。一以上のアルコールガスのソースは、一例では、メタノールガスのソース、エタノールガスのソース、及び、プロパノールガスのソースを含み得る。プロパノールガスは、１−プロパノールガス及び２−プロパノールガス（イソプロピルアルコール）を含む。また、希ガスのソースは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスといった任意の希ガスのソースであることができ、一例では、Ａｒガスのソースであることができる。
バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった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の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の高周波（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｗａｖｅ）を発生する電源であり、例えば、２７〜１００ＭＨｚの周波数の高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６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を整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波、即ち高周波バイアスを発生する電源であり、例えば、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波バイアスを発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８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ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、空間Ｓ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。別の一例において、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源７０から上部電極に印加される電圧は、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０以上の負の電圧であり得る。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子及び／又はシリコンが放出される。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、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り、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
以下、再び図１を参照して、方法ＭＴ１について詳細に説明する。
方法ＭＴ１では、初めに、工程ＳＴ１において、図２の（ａ）部に示したウエハＷが準備される。工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置１０内にウエハＷが搬入され、当該ウエハＷが支持構造体ＰＤの静電チャックＥＳＣ上に載置されて、当該静電チャックＥＳＣによって保持される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、処理容器１２内において処理ガスのプラズマが生成される。一例では、Ｒｕから構成されたキャップ膜Ｌ４に対してＨ２ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、Ｎ２ガスといった不活性ガスを更に含んでいてもよい。この工程ＳＴ２では、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処理ガスが処理容器１２内に供給され、排気装置５０が作動され、処理容器１２内の圧力（以下、「処理圧力」という）が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２からの高周波及び第２の高周波電源６４からの高周波バイアスがそれぞれ、下部電極ＬＥ及び上部電極３０に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。このような工程ＳＴ２におけるプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
工程ＳＴ２では、プラズマからの活性種、一例では水素の活性種によって、マスクＭＳＫから露出している部分においてキャップ膜Ｌ４がエッチングされる。その結果、図２の（ｂ）部に示すように、キャップ膜Ｌ４の全領域のうち、マスクＭＳＫから露出している部分が除去される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３は、磁性層をエッチングする工程の一実施形態であり、当該工程ＳＴ３では、ＭＴＪ層Ｌ３の上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。この工程ＳＴ３では、イソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスが処理容器１２内に供給される。この処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含み得る。この工程ＳＴ３では、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処理ガスが処理容器１２内に供給され、排気装置５０が作動され、処理容器１２内の圧力、即ち処理圧力が所定の圧力に設定される。また、第１の高周波電源６２からの高周波及び第２の高周波電源６４からの高周波バイアスがそれぞれ、下部電極ＬＥ及び上部電極３０に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。このような工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
工程ＳＴ３では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが上部磁性層Ｌ３３の表面に付着し、当該エッチャントと上部磁性層Ｌ３３を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図２の（ｃ）部に示すように、マスクＭＳＫから露出している部分において上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。また、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が二酸化炭素に由来する酸素の活性種によって除去される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ４が実行される。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Ｌ３１と上部磁性層Ｌ３３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２の（ｄ）部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、工程ＳＴ４では、マスクＭＳＫの上面に沿った領域、及び、絶縁層Ｌ３２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３の（ａ）部に示すように、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び上部磁性層Ｌ３３の側面に沿って絶縁膜ＩＬが残される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５では、ＭＴＪ層Ｌ３の絶縁層Ｌ３２がエッチングされる。この工程ＳＴ５におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件は、工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ５では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが絶縁層Ｌ３２の表面に付着し、当該エッチャントと絶縁層Ｌ３２を構成する材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図３の（ｂ）部に示すように、マスクＭＳＫから露出している部分において絶縁層Ｌ３２がエッチングされる。また、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が二酸化炭素に由来する酸素の活性種によって除去される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ６が実行される。工程ＳＴ６は、磁性層をエッチングする工程の一実施形態であり、当該工程ＳＴ６では、ＭＴＪ層Ｌ３の下部磁性層Ｌ３１がエッチングされる。この工程ＳＴ６におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件は、工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ６では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが下部磁性層Ｌ３１の表面に付着し、当該エッチャントと下部磁性層Ｌ３１を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図３の（ｃ）部に示すように、マスクＭＳＫから露出している部分において下部磁性層Ｌ３１がエッチングされる。また、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が二酸化炭素に由来する酸素の活性種によって除去される。
方法ＭＴ１では、次いで、工程ＳＴ７が実行される。工程ＳＴ７は、磁性層をエッチングする工程の一実施形態であり、当該工程ＳＴ７では、磁性膜Ｌ２がエッチングされる。この工程ＳＴ７におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件は、工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ７では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが磁性膜Ｌ２の表面に付着し、当該エッチャントと磁性膜Ｌ２を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図３の（ｄ）部に示すように、マスクＭＳＫから露出している部分において磁性膜Ｌ２がエッチングされる。また、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が二酸化炭素に由来する酸素の活性種によって除去される。
以下、図５を参照しつつ、実施形態のエッチング方法において好適に用いられ得るプロセスパラメータの範囲（以下、「好適なプロセス領域」という）について説明する。図５は、アルコールの飽和蒸気圧曲線を示す図である。図５において、横軸は温度を示しており、縦軸は蒸気圧を示している。図５では、メタノール、エタノール及びイソプロピルアルコールそれぞれの温度と飽和蒸気圧の関係が示されている。図５において、斜線のハッチングを付した領域が好適なプロセス領域である。
方法ＭＴ１における工程ＳＴ３、工程ＳＴ６、工程ＳＴ７は、磁性層をエッチングする工程であり、これら工程では、エッチャントと磁性層を構成する磁性材料との反応生成物を気化させて排気するために、処理圧力は、例えば、１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）以下の圧力に設定される。したがって、図５に示す好適なプロセス領域のうち、処理圧力の上限値（図５において１０ｍＴｏｒｒを示す点線を参照）が定められる。また、これら工程では、低圧の処理圧力下において磁性層の表面に対するエッチャントの吸着被覆率を高めるために、ウエハＷの温度、即ち静電チャックの温度、及びイソプロピルアルコールの分圧が調整される。
図５に示されるように、アルコール及びその分解物、即ち、エッチャントが飽和蒸気圧以下且つ飽和蒸気圧に近い分圧で供給されることにより、高い吸着被覆率が得られる。メタノールを用いた磁性層のエッチングにおいては、処理圧力が１０ｍＴｏｒｒ以下であり、且つ、静電チャックの温度が−５０℃であるときに、形成される形状の側面への堆積物の量を低減させ、当該側面の垂直性を高めることが可能であるという結果が得られている。また、処理圧力が１０ｍＴｏｒｒ以下の設定の下で静電チャックの温度を−５０°から上昇させると、堆積物の量が増加する傾向にあるという結果が得られている。副生成物の揮発を促進するためには静電チャックの温度は高いほうが望ましいが、静電チャックの温度が高くなると堆積物の量が増加する傾向があるので、メタールを用いるガス系では、原料ガス、即ちメタノールの表面吸着が律速要因となって磁性層のエッチングが進行していないと考えられる。したがって、メタノールを用いたエッチングではメタノールの温度が−５０℃であるときの飽和蒸気圧が約５００ｍＴｏｒｒであることから、飽和蒸気圧の２％以上の分圧があるときに、メタノールが十分な吸着被覆率で磁性層の表面に付着すると考えられる。しかしながら、メタノールの飽和蒸気圧は本来的に高い。このため、一実施形態では、処理ガスに含められるアルコールとして、低い飽和蒸気圧を有するイソプロピルアルコールが用いられている。
図５に示すように、イソプロピルアルコールは、−１５℃以下の温度で用いられることにより、メタノールの場合に十分な吸着被覆率が得られる分圧と同様に、飽和蒸気圧の２％の分圧が１０ｍＴｏｒｒ以下の処理圧力において達成される。したがって、一実施形態の工程ＳＴ３では、図５においてハッチングされた領域として示すように、処理圧力が１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）以下の圧力に設定され、静電チャックの温度が−１５℃以下の温度に設定され、イソプロピルアルコールの分圧が静電チャックの温度における当該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧以下の分圧に設定される。また、一実施形態では、静電チャックの温度は−５０℃以上の温度に設定される。さらに、一実施形態では、イソプロピルアルコールの分圧が静電チャックの温度における当該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧の２％以上の分圧に設定される。このような条件の設定により、イソプロピルアルコールに由来するエッチャントの磁性層に対する十分な吸着被覆率が得られ、且つ、低圧の処理圧力でのエッチングが可能となる。その結果、エッチャントを磁性層の表面に十分に吸着させ、エッチャントと磁性層を構成する磁性材料との反応生成物の排気を促進させることができる。故に、磁性層のエッチングの垂直異方性が向上される。
また、方法ＭＴ１における工程ＳＴ３、工程ＳＴ６、工程ＳＴ７では、処理ガスとしてイソプロピルアルコールに二酸化炭素を含めたガスが用いられている。図６は、二酸化炭素のプラズマ及び酸素ガスのプラズマの発光分光計測の結果を示す図である。図６において（ａ）部には、酸素ガスのプラズマの発光分光計測の結果が示されており、（ｂ）部には、二酸化炭素のプラズマの発光分光計測の結果が示されている。図６の（ａ）部に示す発光分光計測の結果、及び、図６の（ｂ）部に示す発光分光計測の結果は、プラズマ処理装置１０を以下に記す条件で用いたときに得られたものである。
＜図６の（ａ）部に示す発光分光計測の結果の取得条件＞
・処理容器１２内の空間の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）。
・処理ガス：２％のＡｒガスを添加した流量７００ｓｃｃｍの酸素ガス。
・プラズマ生成用の高周波：１５０Ｗ。
・高周波バイアス：７００Ｗ。
＜図６の（ｂ）部に示す発光分光計測の結果の取得条件＞
・処理容器１２内の空間の圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）。
・処理ガス：２％のＡｒガスを添加した流量７００ｓｃｃｍの二酸化炭素ガス。
・プラズマ生成用の高周波：１５０Ｗ。
・高周波バイアス：７００Ｗ。
図６に示すように、二酸化炭素のプラズマの酸素の活性種のＡｒと比較した相対発光強度は、酸素ガスのプラズマにおける酸素の活性種のＡｒと比較した相対発光強度に比べて相当に小さく、酸素ガスのプラズマにおける酸素の活性種の発光強度の１２％である。したがって、二酸化炭素のプラズマでは酸素の活性種の発生量が少ない。また、上述の発光分光計測の結果の取得条件と同様の条件で、有機膜のアッシングを行ったところ二酸化炭素ガスのプラズマの有機膜のアッシングレートは、酸素ガスのプラズマの有機膜のアッシングレートの５０％であった。このことから、二酸化炭素ガスのプラズマは、酸素の活性種の発生量は少ないものの、高いアッシングレートを有することが確認される。したがって、工程ＳＴ３、工程ＳＴ６、及び工程ＳＴ７、即ち、方法ＭＴ１の磁性層をエッチングする工程では、イソプロピルアルコールに起因する炭素含有の堆積物を除去し、且つ、酸化による磁性層の損傷を抑制することが可能となる。
以下、プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６及び工程ＳＴ７を実行し、図２の（ａ）部に示したウエハＷをエッチングした実験例について説明する。この実験例における条件は、以下の通りである。
＜工程ＳＴ２の条件＞
・処理容器１２内の圧力：５０ｍＴｏｒｒ（６．６５Ｐａ）。
・処理ガス：１５０ｓｃｃｍのＨ２ガス及び５０ｓｃｃｍのＮ２ガス。
・プラズマ生成用の高周波：２００Ｗ。
・高周波バイアス：２００Ｗ。
・静電チャックの温度：−５０℃。
＜工程ＳＴ３、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６及び工程ＳＴ７の条件＞
・処理容器１２内の圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）。
・処理ガス：２５０ｓｃｃｍのＡｒガス、２０ｓｃｃｍの二酸化炭素ガス、及び、２０ｓｃｃｍのイソプロピルアルコールガス。
・プラズマ生成用の高周波：３００Ｗ。
・高周波バイアス：１０００Ｗ。
・静電チャック温度：−５０℃。
また、比較のため、工程ＳＴ３、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６及び工程ＳＴ７における処理ガスに、１０ｓｃｃｍのメタノールガス及び２００ｓｃｃｍのＮｅガスを用いた点で実験例とは異なる比較実験例１、工程ＳＴ３、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６及び工程ＳＴ７における処理ガスに、１００ｓｃｃｍのメタノールガスを用いた点で実験例とは異なる比較実験例２を行った。
図７は、エッチング後のウエハを模式的に示す断面図である。実験例、比較実験例１、比較実験例２では、エッチングによって形成された磁性膜Ｌ２、ＭＴＪ層Ｌ３、及びキャップ膜Ｌ４の側面Ｆ１のテーパー角Ｔ１、側面Ｆ１に対する堆積物（図中、参照符号ＤＰで示す）の有無、及び、マスクＭＳＫの肩部ＲＡ１の削れ（肩部の丸み）の大小を比較した。その結果、比較実験例１のエッチング後のウエハでは、堆積物が側面Ｆ１に付着し、比較実験例２のエッチング後のウエハに対して肩部ＲＡ１の削れは大きくないものの、当該肩部ＲＡ１に削れが生じており、テーパー角Ｔ１は７６度であった。また、比較実験例２のエッチング後のウエハでは、堆積物が側面Ｆ１に付着していないが、肩部ＲＡ１の削れは大きく、また、テーパー角Ｔ１は７０度であった。一方、実験例のエッチング後のウエハでは、堆積物が側面Ｆ１に付着しておらず、肩部ＲＡ１の削れも小さく、テーパー角Ｔ１は８０度であった。このことから、イソプルピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスを用いて磁性層をエッチングする方法ＭＴ１によれば、堆積物を除去し、肩部の削れを抑制し、且つ、エッチングの垂直異方性を高めることが可能であることが確認される。
（第２の実施の形態）
図８は、第２実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図８に示す方法ＭＴ２は、図１に示すＭＴ１と同様に工程ＳＴ１〜工程ＳＴ７を含んでいるが、方法ＭＴ２は、図９及び図１０に示すプラズマ処理装置のようにウエハを水平に支持した状態と、ウエハを鉛直方向に対して傾斜させ、且つ、回転させる状態を形成可能なプラズマ処理装置を用いて、実行される。
図９及び図１０は、図８に示す方法の実施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９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１０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。
図９及び図１０に示すプラズマ処理装置１１０は、処理容器１１２、ガス供給系１１４、プラズマ源１１６、支持構造体１１８、排気系１２０、バイアス電力供給部１２２、及び制御部Ｃｎｔを備えている。処理容器１１２は、略円筒形状を有している。処理容器１１２の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。この処理容器１１２は、ウエハＷ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。
一実施形態では、処理容器１１２は、その高さ方向の中間部分１１２ａ、即ち支持構造体１１８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１１２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１１２の底部は、排気口１１２ｅを提供しており、当該排気口１１２ｅは軸線ＰＸに対して軸対称に形成されている。
ガス供給系１１４は、処理容器１１２内にガスを供給するよう構成されている。ガス供給系１１４は、第１のガス供給部１１４ａ、及び第２のガス供給部１１４ｂを有している。第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂは、方法ＭＴ２において利用される処理ガスを処理容器１１２内に供給するように構成されている。方法ＭＴ２において利用される処理ガスは、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂの何れか又は双方から処理容器１１２内に供給されてもよい。或いは、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂは、方法ＭＴ２において利用される処理ガスを構成する複数種のガスを、これら複数種のガスに要求される解離度に応じて、分担して処理容器１１２内に供給してもよい。なお、ガス供給系１１４の詳細については、後述する。
プラズマ源１１６は、処理容器１１２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１１６は、処理容器１１２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１１６の中心軸線は、軸線ＰＸと一致している。なお、プラズマ源１１６の一例に関する詳細については後述する。
支持構造体１１８は、処理容器１１２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１１８は、軸線ＰＸに直交する第１軸線ＡＸ１、即ち傾斜軸線中心に回転可能であるように構成されている。支持構造体１１８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１１８を傾斜させるために、プラズマ処理装置１１０は、駆動装置１２４を有している。駆動装置１２４は、処理容器１１２の外部に設けられており、第１軸線ＡＸ１中心の支持構造体１１８の回転のための駆動力を発生する。また、支持構造体１１８は、第１軸線ＡＸ１に直交する第２軸線ＡＸ２、即ち静電チャック１３２の中心軸線周りにウエハＷを回転させるよう構成されている。なお、支持構造体１１８が傾斜していない状態では、図９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１１８が傾斜している状態では、図１０に示すように、第２軸線ＡＸ２は軸線ＰＸに対して傾斜する。この支持構造体１１８の詳細については後述する。
排気系１２０は、処理容器１１２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１２０は、自動圧力制御器１２０ａ、ターボ分子ポンプ１２０ｂ、及び、ドライポンプ１２０ｃを有している。ターボ分子ポンプ１２０ｂは、自動圧力制御器１２０ａの下流に設けられている。ドライポンプ１２０ｃは、バルブ１２０ｄを介して処理容器１１２内の空間に直結されている。また、ドライポンプ１２０ｃは、バルブ１２０ｅを介してターボ分子ポンプ１２０ｂの下流に設けられている。
自動圧力制御器１２０ａ及びターボ分子ポンプ１２０ｂを含む排気系は、処理容器１１２の底部に取り付けられている。また、自動圧力制御器１２０ａ及びターボ分子ポンプ１２０ｂを含む排気系は、支持構造体１１８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１１０では、支持構造体１１８の周囲から排気系１２０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１１２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。
一実施形態において、処理容器１１２内には、整流部材１２６が設けられていてもよい。整流部材１２６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１２６は、支持構造体１１８を側方及び下方から囲むように、処理容器１１２の内壁面に沿って延在している。一例において、整流部材１２６は、上部１２６ａ及び下部１２６ｂを有している。上部１２６ａは、一定の幅を円筒形状を有しており、処理容器１１２の中間部分１１２ａの内壁面に沿って延在している。また、下部１２６ｂは、上部１２６ａの下方において当該上部１２６ａに連続している。下部１２６ｂは、処理容器１１２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１２６ｂには、多数の開口（貫通孔）が形成されている。この整流部材１２６によれば、当該整流部材１２６の内側、即ちウエハＷが収容される空間と、当該整流部材１２６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。
バイアス電力供給部１２２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を選択的に支持構造体１１８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１２２は、第１電源１２２ａ及び第２電源１２２ｂを有している。第１電源１２２ａは、支持構造体１１８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。
第２電源１２２ｂは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアスを支持構造体１１８に供給するよう構成されている。この高周波バイアスの周波数は、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１１０では、第１電源１２２ａからの変調直流電圧と第２電源１２２ｂからの高周波バイアスを選択的に支持構造体１１８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の選択的な供給は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
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１１０の各部は、制御部Ｃｎｔからの制御信号により制御される。
以下、ガス供給系１１４、プラズマ源１１６、支持構造体１１８のそれぞれについて詳細に説明する。
［ガス供給系］
ガス供給系１１４は、上述したように第１のガス供給部１１４ａ、及び第２のガス供給部１１４ｂを有している。第１のガス供給部１１４ａは、一以上のガス吐出孔１１４ｅを介して処理容器１１２内にガスを供給する。また、第２のガス供給部１１４ｂは、一以上のガス吐出孔１１４ｆを介して処理容器１１２内にガスを供給する。ガス吐出孔１１４ｅは、ガス吐出孔１１４ｆよりも、プラズマ源１１６に近い位置に設けられている。したがって、第１のガス供給部１１４ａから供給されるガスの解離度は、第２のガス供給部１１４ｂから供給されるガスの解離度よりも高くなる。なお、図９及び図１０においては、ガス吐出孔１１４ｅ及びガス吐出孔１１４ｆそれぞれの個数は、「１」であるが、複数のガス吐出孔１１４ｅ、及び複数のガス吐出孔１１４ｆが設けられていてもよい。複数のガス吐出孔１１４ｅ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１１４ｆ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。
一実施形態では、ガス吐出孔１１４ｅによってガスが吐出される領域とガス吐出孔１１４ｆ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のガス供給部１１４ａによって供給される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。
第１のガス供給部１１４ａ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１１４ａの一以上のガスソースからの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１１４ｂ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１１４ｂの一以上のガスソースからのガスの流量は調整可能となっている。第１のガス供給部１１４ａからのガスの流量及び当該ガスの供給のタイミング、並びに、第２のガス供給部１１４ｂからのガスの流量及び当該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。
一例では、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６、及び工程ＳＴ７において用いられる処理ガスは、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂの双方から処理容器１１２内に供給される。別の一例では、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６、及び工程ＳＴ７において用いられる処理ガスは、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂの何れか一方から処理容器１１２内に供給される。
更に別の一例では、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂは、工程ＳＴ３、工程ＳＴ４、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６、及び工程ＳＴ７において用いられる処理ガスに含まれる複数種のガスを、これら複数種のガスに要求される解離度に応じて、分担して処理容器１１２内に供給してもよい。例えば、工程ＳＴ３、工程ＳＴ５、工程ＳＴ６、及び工程ＳＴ７において、イソプロピルアルコール、二酸化炭素、及び、希ガスのうち一種以上のガスが第１のガス供給部１１４ａから供給され、これらイソプロピルアルコール、二酸化炭素、及び、希ガスのうち別の一種以上のガスが第２のガス供給部１１４ｂから供給されてもよい。
［プラズマ源］
図１１は、図９に示すプラズマ処理装置のプラズマ源を示す図であり、図９のＹ方向から視たプラズマ源を示す図である。また、図１２は、図９に示すプラズマ処理装置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９及び図１０に示すように、処理容器１１２の天部には開口が設けられており、当該開口は、誘電体板２９４によって閉じられている。誘電体板２９４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１１６は、この誘電体板２９４上に設けられている。
図１１及び図１２に示すように、プラズマ源１１６は、高周波アンテナ２４０、及びシールド部材２６０を有している。高周波アンテナ２４０は、シールド部材２６０によって覆われている。一実施形態では、高周波アンテナ２４０は、内側アンテナ素子２４２Ａ、及び外側アンテナ素子２４２Ｂを含んでいる。内側アンテナ素子２４２Ａは、外側アンテナ素子２４２Ｂ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２４２Ｂは、内側アンテナ素子２４２Ａを囲むように、当該内側アンテナ素子２４２Ａの外側に設けられている。内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂ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。
内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂは共に、複数の挟持体２４４に挟持されて一体となっている。複数の挟持体２４４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。
シールド部材２６０は、内側シールド壁２６２Ａ及び外側シールド壁２６２Ｂを有している。内側シールド壁２６２Ａ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２４２Ａと外側アンテナ素子２４２Ｂの間に設けられている。この内側シールド壁２６２Ａは、内側アンテナ素子２４２Ａを囲んでいる。また、外側シールド壁２６２Ｂ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２４２Ｂを囲むように設けられている。
内側アンテナ素子２４２Ａ上には、内側シールド板２６４Ａが設けられている。内側シールド板２６４Ａは、円盤形状を有しており、内側シールド壁２６２Ａ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２４２Ｂ上には、外側シールド板２６４Ｂが設けられている。外側シールド板２６４Ｂは、環状板であり、内側シールド壁２６２Ａと外側シールド壁２６２Ｂとの間の開口を塞ぐように設けられている。
内側アンテナ素子２４２Ａ、外側アンテナ素子２４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源２５０Ａ、高周波電源２５０Ｂが接続されている。高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂは、プラズマ生成用の高周波電源である。高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂは、内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂのそれぞれに、同じ周波数又は異なる周波数の高周波を供給する。例えば、内側アンテナ素子２４２Ａに高周波電源２５０Ａから所定の周波数（例えば４０ＭＨｚ）の高周波を所定のパワーで供給すると、処理容器１１２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１１２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２４２Ｂに高周波電源２５０Ｂ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１１２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。
なお、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂから出力される高周波の周波数は、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２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂから出力される高周波の周波数は、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２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂから出力される高周波に応じて内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。
このプラズマ源１１６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。
［支持構造体］
図１３及び図１４は、図９に示すプラズマ処理装置の支持構造体を示す断面図である。図１３には、Ｙ方向（図９参照）から視た支持構造体の断面図が示されており、図１４には、Ｘ方向（図９参照）から視た支持構造体の断面図が示されている。図１３及び図１４に示すように、支持構造体１１８は、保持部１３０、容器部１４０、及び傾斜軸部１５０を有している。
保持部１３０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１１８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１３０は、静電チャック１３２、下部電極１３４、回転軸部１３６、及び絶縁部材１３５を有している。
静電チャック１３２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１３２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１３２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１３２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１３２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１３２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１３２は、下部電極１３４上に設けられている。
下部電極１３４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１３４は、第１部分１３４ａ及び第２部分１３４ｂを有している。第１部分１３４ａは、第２軸線ＡＸ２に沿って延在する下部電極１３４の中央側の部分であり、第２部分１３４ｂは、第１部分１３４ａよりも第２軸線ＡＸ２から離れて、即ち、第１部分１３４ａよりも外側で延在する部分である。第１部分１３４ａの上面及び第２部分１３４ｂの上面は連続しており、第１部分１３４ａの上面及び第２部分１３４ｂの上面によって下部電極１３４の略平坦な上面が構成されている。この下部電極１３４の上面には、静電チャック１３２が接している。また、第１部分１３４ａは、第２部分１３４ｂ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１３４ａの下面は、第２部分１３４ｂの下面よりも下方において延在している。この下部電極１３４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１３４は、上述したバイアス電力供給部１２２と電気的に接続される。即ち、下部電極１３４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が選択的に供給可能となっている。また、下部電極１３４には、冷媒流路１３４ｆが設けられている。この冷媒流路１３４ｆ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１３４は、絶縁部材１３５上に設けられている。
絶縁部材１３５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１３５は、第１部分１３５ａ及び第２部分１３５ｂを有している。第１部分１３５ａは、絶縁部材１３５の中央側の部分であり、第２部分１３５ｂは、第１部分１３５ａよりも第２軸線ＡＸ２から離れて、即ち、第１部分１３５ａよりも外側で延在する部分である。第１部分１３５ａの上面は、第２部分１３５ｂの上面よりも下方で延在しており、また、第１部分１３５ａの下面も第２部分１３５ｂの下面よりも下方で延在している。絶縁部材１３５の第２部分１３５ｂの上面は、下部電極１３４の第２部分１３４ｂの下面に接している。一方、絶縁部材１３５の第１部分１３５ａの上面は、下部電極１３４の下面から離間している。
回転軸部１３６は、略円柱形状を有しており、下部電極１３４の下面に結合されている。具体的には、下部電極１３４の第１部分１３４ａの下面に結合されている。回転軸部１３６の中心軸線は、第２軸線ＡＸ２と一致している。この回転軸部１３６に対して回転力が与えられることにより、保持部１３０が回転するようになっている。
このような種々の要素によって構成される保持部１３０は、容器部１４０と共に支持構造体１１８の内部空間として中空の空間を形成している。容器部１４０は、上側容器部１４２、及び外側容器部１４４を含んでいる。上側容器部１４２は、略円盤形状を有している。上側容器部１４２の中央には、回転軸部１３６が通る貫通孔が形成されている。この上側容器部１４２は、絶縁部材１３５の第２部分１３５ｂの下方において、当該第２部分１３５ｂ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１４２の下面周縁には、外側容器部１４４の上端が結合している。外側容器部１４４は、下端において閉塞された略円筒形状を有している。
容器部１４０と回転軸部１３６との間には、磁性流体シール部１５２が設けられている。磁性流体シール部１５２は、内輪部１５２ａ及び外輪部１５２ｂを有している。内輪部１５２ａは、回転軸部１３６と同軸に延在する略円筒形状を有しており、回転軸部１３６に対して固定されている。また、内輪部１５２ａの上端部は、絶縁部材１３５の第１部分１３５ａの下面に結合している。この内輪部１５２ａは、回転軸部１３６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１５２ｂは、略円筒形状を有しており、内輪部１５２ａの外側において当該内輪部１５２ａと同軸に設けられている。外輪部１５２ｂの上端部は、上側容器部１４２の中央側部分の下面に結合している。これら内輪部１５２ａと外輪部１５２ｂとの間には、磁性流体１５２ｃが介在している。また、磁性流体１５２ｃの下方において、内輪部１５２ａと外輪部１５２ｂとの間には、軸受１５３が設けられている。この磁性流体シール部１５２は、支持構造体１１８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１５２により、支持構造体１１８の内部空間は、プラズマ処理装置１１０の空間Ｓから分離される。なお、プラズマ処理装置１１０では、支持構造体１１８の内部空間は大気圧に維持される。
一実施形態では、磁性流体シール部１５２と回転軸部１３６との間に、第１部材１３７及び第２部材１３８が設けられている。第１部材１３７は、回転軸部１３６の外周面の一部分、即ち、後述する第３筒状部１３６ｄの上側部分の外周面及び下部電極１３４の第１部分１３４ａ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１３７の上端は、下部電極１３４の第２部分１３４ｂ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１３７は、第３筒状部１３６ｄの上側部分の外周面、並びに、下部電極１３４の第１部分１３４ａの外周面及び第２部分１３４ｂの下面に接している。
第２部材１３８は、回転軸部１３６の外周面、即ち、第３筒状部１３６ｄの外周面、及び第１部材１３７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１３８の上端は、絶縁部材１３５の第１部分１３５ａ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１３８は、第３筒状部１３６ｄの外周面、第１部材１３７の外周面、絶縁部材１３５の第１部分１３５ａの上面、及び、磁性流体シール部１５２の内輪部１５２ａの内周面に接している。この第２部材１３８と絶縁部材１３５の第１部分１３５ａの上面との間には、Ｏリングといった封止部材１３９ａが介在している。また、第２部材１３８と磁性流体シール部１５２の内輪部１５２ａの内周面との間には、Ｏリングといった封止部材１３９ｂ及び１３９ｃが介在している。かかる構造により、回転軸部１３６と磁性流体シール部１５２の内輪部１５２ａとの間が封止される。これにより、回転軸部１３６と磁性流体シール部１５２との間に間隙が存在していても、支持構造体１１８の内部空間が、プラズマ処理装置１１０の空間Ｓから分離される。
外側容器部１４４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１４４に形成された開口には、傾斜軸部１５０の内側端部が嵌め込まれている。この傾斜軸部１５０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１５０は、図９に示すように、処理容器１１２の外側まで延在している。傾斜軸部１５０の一方の外側端部には、上述した駆動装置１２４が結合されている。この駆動装置１２４は、傾斜軸部１５０の一方の外側端部を軸支している。この駆動装置１２４によって傾斜軸部１５０が回転されることにより、支持構造体１１８が第１軸線ＡＸ１中心に回転し、その結果、支持構造体１１８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１１８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。
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１１８の中心位置を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部１５０は、支持構造体１１８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１１８が傾斜している時に、当該支持構造体１１８の上縁と処理容器１１２（又は整流部材１２６）との間の最短距離ＷＵ（図１０参照）と、支持構造体１１８の下縁と処理容器１１２（又は整流部材１２６）との間の最短距離ＷＬ（図１０参照）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１１８の外郭と処理容器１１２（又は整流部材１２６）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１１２の水平方向の幅を小さくすることが可能となる。
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１１８の中心と保持部１３０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１５０は、支持構造体１１８の中心よりも保持部１３０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１１８の傾斜時に、プラズマ源１１６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１１８は６０度以内の角度で傾斜可能であってもよい。
更に別の実施形態では、第１軸線ＡＸ１は、支持構造体１１８の重心を含んでいる。この実施形態では、傾斜軸部１５０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１２４に要求されるトルクが小さくなり、当該駆動装置１２４の制御が容易となる。
図１３及び図１４に戻り、傾斜軸部１５０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１３６に連結されている。
回転軸部１３６は、柱状部１３６ａ、第１筒状部１３６ｂ、第２筒状部１３６ｃ、及び第３筒状部１３６ｄを有している。柱状部１３６ａ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１３６ａは、静電チャック１３２の電極膜に電圧を印加するための配線である。柱状部１３６ａは、スリップリングといったロータリーコネクタ１５４を介して配線１６０に接続されている。配線６０は、支持構造体１１８の内部空間から傾斜軸部１５０の内孔を通って、処理容器１１２の外部まで延びている。この配線６０は、処理容器１１２の外部においてスイッチを介して電源１６２（図９参照）に接続されている。
第１筒状部１３６ｂは、柱状部１３６ａの外側において当該柱状部１３６ａと同軸に設けられている。第１筒状部１３６ｂは、下部電極１３４に変調直流電圧及び高周波バイアスを供給するための配線である。第１筒状部１３６ｂは、ロータリーコネクタ１５４を介して配線１６４に接続されている。配線１６４は、支持構造体１１８の内部空間から傾斜軸部１５０の内孔を通って、処理容器１１２の外部まで延びている。この配線１６４は、処理容器１１２の外部においてバイアス電力供給部１２２の第１電源１２２ａ及び第２電源１２２ｂに接続されている。なお、第２電源１２２ｂと配線１６４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。
第２筒状部１３６ｃは、第１筒状部１３６ｂの外側において当該第１筒状部１３６ｂ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１５４内には軸受１５５が設けられており。当該軸受１５５は第２筒状部１３６ｃの外周面に沿って延在している。この軸受１５５は、第２筒状部１３６ｃを介して回転軸部１３６を支持している。上述した軸受１５３は回転軸部１３６の上側部分を支持しているのに対して、軸受１５５は回転軸部１３６の下側部分を支持している。このように二つの軸受１５３及び軸受１５５によって、回転軸部１３６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１３６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。
第２筒状部１３６ｃ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１６６に接続されている。配管１６６は、支持構造体１１８の内部空間から傾斜軸部１５０の内孔を通って、処理容器１１２の外部まで延びている。この配管１６６は、処理容器１１２の外部において伝熱ガスのソース１６８（図９参照）に接続されている。
第３筒状部１３６ｄは、第２筒状部１３６ｃの外側において当該第２筒状部１３６ｃと同軸に設けられている。この第３筒状部１３６ｄには、冷媒流路１３４ｆ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１３４ｆ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１７０を介して配管１７２に接続されている。また、冷媒回収ラインは回転継手１７０を介して配管１７４に接続されている。配管１７２及び配管１７４は、支持構造体１１８の内部空間から傾斜軸部１５０の内孔を通って、処理容器１１２の外部まで延びている。そして、配管１７２及び配管１７４は、処理容器１１２の外部においてチラーユニット１７６（図９参照）に接続されている。
また、図１４に示すように、支持構造体１１８の内部空間には、回転モータ１７８が設けられている。回転モータ１７８は、回転軸部１３６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１７８は、回転軸部１３６の側方に設けられている。この回転モータ１７８は、回転軸部１３６に取り付けられたプーリ１８０に伝導ベルト１８２を介して連結されている。これにより、回転モータ１７８の回転駆動力が回転軸部１３６に伝達され、保持部１３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転する。保持部１３０の回転数は、例えば、４８ｒｐｍ以下の範囲内にある。例えば、保持部１３０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１７８に電力を供給するための配線は、傾斜軸部１５０の内孔を通って処理容器１１２の外部まで引き出され、処理容器１１２の外部に設けられたモータ用電源に接続される。
このように、支持構造体１１８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１１８は、その内部空間に収めた機構と処理容器１１２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１１２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１１２の外部に設けられたヒータ電源と静電チャック１３２に設けられたヒータとを接続する配線が、支持構造体１１８の内部空間から処理容器１１２の外部まで傾斜軸部１５０の内孔を介して引き出されていてもよい。
また、図２の（ａ）部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、磁性材料）やイソプロピルアルコールに由来する過剰の炭素が排気されずに、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１１０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１１８を傾斜させ、且つ、ウエハＷを保持した保持部１３０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活性種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する。
以下、再び図８を参照し、ＭＴ２について説明する。また、以下の説明では、図８に加えて、図１５〜図１７を参照する。図１５の（ａ）部は、図２の（ａ）部と同様の断面図であり、方法ＭＴ２が適用される前の状態のウエハＷを例示している。図１５の（ｂ）〜（ｄ）部、図１６の（ａ）〜（ｄ）部、及び図１７の（ａ）〜（ｄ）部は、方法ＭＴ２の各工程によって得られる生産物を例示する断面図である。以下の説明においては、方法ＭＴ２がウエハＷに対してプラズマ処理装置１１０を用いて実施される例を説明するが、ウエハＷを水平に支持する状態と、ウエハＷを鉛直方向に対して傾斜させ且つ回転させる状態とを形成することが可能な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ＭＴ２の実施に用いることが可能である。
方法ＭＴ２では、まず、工程ＳＴ１において、図１５の（ａ）部に示すウエハ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１３０の静電チャック１３２によってウエハＷが保持される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２では、処理容器１１２内において処理ガスのプラズマが生成される。一例では、Ｒｕから構成されたキャップ膜Ｌ４をエッチングするためにＨ２ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、Ｎ２ガスといった不活性ガスを更に含んでいてもよい。この工程ＳＴ２では、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂのうち少なくとも一方からの処理ガスが処理容器１１２内に供給され、排気系１２０が作動され、処理容器１１２内の圧力、即ち処理圧力が所定の圧力に設定される。また、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂからの高周波が内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂにそれぞれ供給される。また、第１電源１２２ａからの変調直流電圧、又は第２電源１２２ｂからの高周波バイアスが、支持構造体１１８に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。なお、一実施形態の工程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。このような工程ＳＴ２におけるプラズマ処理装置１１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
工程ＳＴ２では、プラズマからの活性種、一例では水素の活性種によって、マスクＭＳＫから露出している部分においてＲｕから構成されたキャップ膜Ｌ４がエッチングされる。その結果、図１５の（ｂ）部に示すように、キャップ膜Ｌ４の全領域のうち、マスクＭＳＫから露出している部分が除去される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３は、磁性層をエッチングする工程の一実施形態であり、当該工程ＳＴ３では、ＭＴＪ層Ｌ３の上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。方法ＭＴ２の工程ＳＴ３は、工程ＳＴ３ａと工程ＳＴ３ｂを含んでいる。工程ＳＴ３ａ及び工程ＳＴ３ｂでは、イソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスが処理容器１１２内に供給される。この処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含み得る。工程ＳＴ３ａ及び工程ＳＴ３ｂでは、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂのうち少なくとも一方からの処理ガスが処理容器１１２内に供給され、排気系１２０が作動され、処理容器１１２内の圧力、即ち処理圧力が所定の圧力に設定される。また、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂからの高周波が内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂにそれぞれ供給される。また、第１電源１２２ａからの変調直流電圧、又は第２電源１２２ｂからの高周波バイアスが、支持構造体１１８に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。なお、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３における処理圧力、静電チャックの温度、及びイソプロピルアルコールの分圧といった各種条件は、方法ＭＴ１の工程ＳＴ３と同様の条件に設定される。
工程ＳＴ３ａでは、上述した処理ガスのプラズマの生成と共に、支持構造体１１８が非傾斜状態に設定され得る。即ち、工程ＳＴ３ａでは、支持構造体１１８は、軸線ＰＸに第２軸線ＡＸ２が一致するように配置される。これにより、ウエハＷは鉛直方向に対して水平に保持された状態となる。工程ＳＴ３ａでは、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが上部磁性層Ｌ３３の表面に付着し、当該エッチャントと上部磁性層Ｌ３３を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図１５の（ｃ）部に示すように、マスクＭＳＫから露出している部分において上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。また、イソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物が二酸化炭素に由来する酸素の活性種によって除去される。このとき、図１５の（ｃ）部に示すように、反応生成物及び／又はイソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物ＤＰ１が、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜の側面、及び、上部磁性層Ｌ３３の側面に付着する。
続く工程ＳＴ３ｂでは、かかる堆積物ＤＰ１を除去するために、支持構造体１１８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１１８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ＳＴ３ｂでは、保持部１３０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。これにより、図１８に示すように、プラズマ中のイオンといった活性種（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、活性種がマスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び、上部磁性層Ｌ３３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ＳＴ３ｂでは、保持部１３０が回転されるので、活性種が、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び、上部磁性層Ｌ３３の側面の全領域に向けて入射する。また、活性種は、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１５の（ｄ）部に示すように、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び、上部磁性層Ｌ３３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、キャップ膜Ｌ４及び上部磁性層Ｌ３３に形成される形状の側面の垂直性が高められる。また、かかる垂直性が、ウエハＷの面内において均一に得られる。
なお、工程ＳＴ３ａ及び工程ＳＴ３ｂ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Ｌ３３をエッチングすることが可能となる。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ４が実行される。方法ＭＴ２の工程ＳＴ４は、方法ＭＴ１の工程ＳＴ４と同様の工程であり、成膜装置内において、図１６の（ａ）部に示すように、ウエハＷの表面上に絶縁膜ＩＬが形成される。次いで、マスクＭＳＫの上面に沿った領域、及び、絶縁層Ｌ３２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１１０を用いることができる。このエッチングの結果、図１６の（ｂ）部に示すように、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び上部磁性層Ｌ３３の側面に沿って絶縁膜ＩＬが残される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ５が実行される。工程ＳＴ５では、ＭＴＪ層Ｌ３の絶縁層Ｌ３２がエッチングされる。この工程ＳＴ５におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ５は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３と同様に、処理ガスのプラズマの生成中に、支持構造体１１８が非傾斜状態に設定される工程ＳＴ５ａと、支持構造体１１８が傾斜状態に設定され、且つ、保持部１３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転される工程ＳＴ５ｂと、を含む。これら、工程ＳＴ５ａ及び工程ＳＴ５ｂは、交互に複数回数実行されてもよい。工程ＳＴ５ａでは、絶縁層Ｌ３２がエッチングされるが、図１６の（ｃ）部に示すように、反応生成物及び／又はイソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物ＤＰ２が、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜の側面、上部磁性層Ｌ３３の側面、及び絶縁層Ｌ３２の側面に付着する。続く工程ＳＴ５ｂでは、ウエハＷが傾斜し、且つ回転することによって、プラズマ中の活性種が効率良く堆積物ＤＰ２に入射し、その結果、図１６の（ｄ）部に示すように、当該堆積物ＤＰ２が除去される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ６が実行される。工程ＳＴ６では、ＭＴＪ層Ｌ３の下部磁性層Ｌ３１がエッチングされる。この工程ＳＴ６におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ６は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３と同様に、処理ガスのプラズマの生成中に、支持構造体１１８が非傾斜状態に設定される工程ＳＴ６ａと、支持構造体１１８が傾斜状態に設定され、且つ、保持部１３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転される工程ＳＴ６ｂと、を含む。これら、工程ＳＴ６ａ及び工程ＳＴ６ｂは、交互に複数回数実行されてもよい。工程ＳＴ６ａでは、下部磁性層Ｌ３１がエッチングされるが、図１７の（ａ）部に示すように、反応生成物及び／又はイソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物ＤＰ３が、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜の側面、上部磁性層Ｌ３３の側面、絶縁層Ｌ３２の側面、及び下部磁性層Ｌ３１の側面に付着する。続く工程ＳＴ６ｂでは、ウエハＷが傾斜し、且つ回転することによって、プラズマ中の活性種が効率良く堆積物ＤＰ３に入射し、その結果、図１７の（ｂ）部に示すように、当該堆積物ＤＰ３が除去される。
方法ＭＴ２では、次いで、工程ＳＴ７が実行される。工程ＳＴ７では、磁性膜Ｌ２がエッチングされる。この工程ＳＴ７におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３におけるプラズマ処理装置１１０の動作及びエッチング条件と同様であることができる。
工程ＳＴ７は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３と同様に、処理ガスのプラズマの生成中に、支持構造体１１８が非傾斜状態に設定される工程ＳＴ７ａと、支持構造体１８が傾斜状態に設定され、且つ、保持部１３０が第２軸線ＡＸ２中心に回転される工程ＳＴ７ｂと、を含む。これら、工程ＳＴ７ａ及び工程ＳＴ７ｂは、交互に複数回数実行されてもよい。工程ＳＴ７ａでは、磁性膜Ｌ２がエッチングされるが、図１７の（ｃ）部に示すように、反応生成物及び／又はイソプロピルアルコールに由来する炭素を含む堆積物ＤＰ４が、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜の側面、上部磁性層Ｌ３３の側面、絶縁層Ｌ３２の側面、下部磁性層Ｌ３１の側面、及び磁性膜Ｌ２の側面に付着する。続く工程ＳＴ７ｂでは、ウエハＷが傾斜し、且つ回転することによって、プラズマ中の活性種が効率良く堆積物ＤＰ４に入射し、その結果、図１７の（ｄ）部に示すように、当該堆積物ＤＰ４が除去される。
（第３の実施の形態）
図１９は、第３実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１９に示す方法ＭＴ３では、プラズマ処理装置１１０のようにウエハを鉛直方向に対して傾斜させ、且つ、回転させる状態を形成可能なプラズマ処理装置を用いて実行される。但し、方法ＭＴ３は、当該プラズマ処理装置を用いたエッチングにおいて、ウエハを水平に支持する状態を形成せず、当該ウエハを鉛直方向に対して傾斜させ且つ回転させる状態を形成する点において、方法ＭＴ２と異なっている。以下、プラズマ処理装置１１０が用いられる例に従い、方法ＭＴ３について説明する。
図１９に示すように、方法ＭＴ３では、まず、工程ＳＴ１において、図１５の（ａ）部に示すウエハＷが準備され、プラズマ処理装置１１０の処理容器１２内に収容される。そして、保持部１３０の静電チャック１３２上にウエハＷが水平に載置される。
方法ＭＴ３では、次いで、工程ＳＴ２が実行される。方法ＭＴ３の工程ＳＴ２では、方法ＭＴ２の工程ＳＴ２と同様に、処理容器１１２内において処理ガスのプラズマが生成される。一例では、Ｒｕからなるキャップ膜Ｌ４をエッチングするためにＨ２ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。この処理ガスは、Ｎ２ガスといった不活性ガスを更に含んでいてもよい。工程ＳＴ２では、支持構造体１１８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１１８は、軸線ＰＸに第２軸線ＡＸ２が一致するように配置される。
続いて、工程ＳＴ３０が実行される。工程ＳＴ３０は、磁性層をエッチングする工程の一実施形態であり、当該工程ＳＴ３０では、ＭＴＪ層Ｌ３の上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。具体的に、方法ＭＴ３の工程ＳＴ３０では、まず、保持部１３０の静電チャック１３２上にウエハＷが水平に載置された状態が形成される。次いで、工程ＳＴ３０では、イソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスが処理容器１１２内に供給される。この処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含み得る。工程ＳＴ３０では、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂのうち少なくとも一方からの処理ガスが処理容器１１２内に供給され、排気系１２０が作動され、処理容器１１２内の圧力、即ち処理圧力が所定の圧力に設定される。
次いで、工程ＳＴ３０では、静電チャック１３２の電極膜に電圧が印加されて、ウエハＷが当該静電チャック１３２によって保持される。次いで、工程ＳＴ３０では、支持構造体１１８が傾斜され、ウエハＷが傾斜状態で保持される。支持構造体１１８の傾斜は、第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対して傾斜するように設定される。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。工程ＳＴ３０では、さらに、保持部１３０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。
次いで、工程ＳＴ３０では、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂからの高周波が内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂにそれぞれ供給される。そして、第１電源１２２ａからの変調直流電圧、又は第２電源１２２ｂからの高周波バイアスが、支持構造体１１８に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。なお、方法ＭＴ３の工程ＳＴ３０における処理圧力、静電チャックの温度、及びイソプロピルアルコールの分圧といった各種条件は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ３と同様の条件に設定される。
この工程ＳＴ３０では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが上部磁性層Ｌ３３の表面に付着し、当該エッチャントと上部磁性層Ｌ３３を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図１５の（ｄ）部に示したように、マスクＭＳＫから露出している部分において上部磁性層Ｌ３３がエッチングされる。
方法ＭＴ３では、次いで、工程ＳＴ４が実行される。方法ＭＴ３の工程ＳＴ４は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ４と同様の工程であり、成膜装置内において、図１６の（ａ）部に示したように、ウエハＷの表面上に絶縁膜ＩＬが形成される。次いで、任意のプラズマ処理装置を利用して、マスクＭＳＫの上面に沿った領域、及び、絶縁層Ｌ３２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。このエッチングの結果、図１６の（ｂ）部に示したように、マスクＭＳＫの側面、キャップ膜Ｌ４の側面、及び上部磁性層Ｌ３３の側面に沿って絶縁膜ＩＬが残される。
次いで、工程ＳＴ５０が実行される。工程ＳＴ５０では、まず、図１６の（ｂ）部に示したようなウエハＷが、プラズマ処理装置１１０の処理容器１２内において、保持部１３０の静電チャック１３２上に水平に載置される。次いで、工程ＳＴ５０では、イソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスが処理容器１１２内に供給される。この処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含み得る。工程ＳＴ５０では、第１のガス供給部１１４ａ及び第２のガス供給部１１４ｂのうち少なくとも一方からの処理ガスが処理容器１１２内に供給され、排気系１２０が作動され、処理容器１１２内の圧力、即ち処理圧力が所定の圧力に設定される。
次いで、工程ＳＴ５０では、静電チャック１３２の電極膜に電圧が印加されて、ウエハＷが当該静電チャック１３２によって保持される。次いで、工程ＳＴ５０では、支持構造体１１８が傾斜され、ウエハＷが傾斜状態で保持される。支持構造体１１８の傾斜は、第２軸線ＡＸ２が軸線ＰＸに対して傾斜するように設定される。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。工程ＳＴ５０では、さらに、保持部１３０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。
次いで、工程ＳＴ５０において、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂからの高周波が内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂにそれぞれ供給される。そして、第１電源１２２ａからの変調直流電圧、又は第２電源１２２ｂからの高周波バイアスが、支持構造体１１８に供給される。これにより、処理ガスのプラズマが生成される。なお、方法ＭＴ３の工程ＳＴ５０における処理圧力、静電チャックの温度、及びイソプロピルアルコールの分圧といった各種条件は、方法ＭＴ２の工程ＳＴ５と同様の条件に設定される。
工程ＳＴ５０では、処理ガスのプラズマが生成され、イソプロピルアルコール及び／又はその分解物、即ちエッチャントが絶縁層Ｌ３２の表面に付着し、当該エッチャントと絶縁層Ｌ３２を構成する磁性材料との反応が促進される。そして、反応生成物が排気される。その結果、図１６の（ｄ）部に示したように、マスクＭＳＫから露出している部分において絶縁層Ｌ３２がエッチングされる。
方法ＭＴ３では、次いで、工程ＳＴ６０及び工程ＳＴ７０が実行される。工程ＳＴ６０及び工程ＳＴ７０においては、工程ＳＴ５０における処理ガスと同様の処理ガスが用いられ、且つ、工程ＳＴ６０及び工程ＳＴ７０における処理圧力、静電チャックの温度、及びイソプロピルアルコールの分圧といった各種条件は、工程ＳＴ５０と同様の条件に設定される。したがって、工程ＳＴ６０及び工程ＳＴ７０では、工程ＳＴ５０で形成されたウエハＷの傾斜及び回転が維持され、且つ、工程ＳＴ５０で生成されたプラズマが連続的に利用される。そして、工程ＳＴ６０では、図１７の（ｂ）部に示したように、ＭＴＪ層Ｌ３の下部磁性層Ｌ３１がエッチングされ、工程ＳＴ７０では、図１７の（ｄ）部に示したように、磁性膜Ｌ２がエッチングされる。
なお、工程ＳＴ６０及び工程ＳＴ７０の各々においても、プラズマ処理装置１１０の処理容器１２内において、ウエハが保持部１３０の静電チャック１３２上に水平に載置され、次いで、処理ガスが処理容器１１２内に供給され、排気系１２０が作動され、処理圧力が所定の圧力に設定され、次いで、静電チャック１３２の電極膜に電圧が印加されて、ウエハＷが当該静電チャック１３２によって保持され、次いで、ウエハＷが傾斜且つ回転され、しかる後に、高周波電源２５０Ａ及び高周波電源２５０Ｂからの高周波が内側アンテナ素子２４２Ａ及び外側アンテナ素子２４２Ｂにそれぞれ供給され、さらに、第１電源１２２ａからの変調直流電圧、又は第２電源１２２ｂからの高周波バイアスが、支持構造体１１８に供給されてもよい。
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。上述した実施形態の方法は、ＭＴＪ層を有するＭＲＡＭ素子の製造に関するものであったが、本願に開示された思想は、磁性材料から構成された磁性層を有する任意の被処理体に対して適用可能である。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、３０…上部電極、ＬＥ…下部電極、４０…ガスソース群、５０…排気装置、１１０…プラズマ処理装置、１１２…処理容器、１１４…ガス供給系、１１４ａ…第１のガス供給部、１１４ｂ…第２のガス供給部、１１８…支持構造体、１３２…静電チャック、ＰＤ…支持構造体、ＥＳＣ…静電チャック、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、Ｌ１…下地層、Ｌ２…磁性膜、Ｌ３…ＭＴＪ層、Ｌ３１…下部磁性層、Ｌ３２…絶縁層、Ｌ３３…上部磁性層、Ｌ４…キャップ膜、ＭＳＫ…マスク。

Claims (6)

  1. 磁性層をエッチングする方法であって、
    プラズマ処理装置の処理容器内に設けられた静電チャック上に前記磁性層を有する被処理体を載置する工程と、
    前記磁性層をエッチングする工程であり、前記処理容器内においてイソプロピルアルコール及び二酸化炭素を含む処理ガスのプラズマを生成し、前記静電チャックの温度が−１５℃以下の温度に設定される、該工程と、
    を含む方法。
  2. 前記磁性層をエッチングする前記工程において、
    前記処理容器内の空間の圧力が１．３３３パスカル以下の圧力に設定され、
    前記処理ガスにおける前記イソプロピルアルコールの分圧は、前記静電チャックの温度での該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧以下の分圧に設定される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記磁性層をエッチングする前記工程において、前記イソプロピルアルコールの分圧は、該イソプロピルアルコールの飽和蒸気圧以下、且つ、該飽和蒸気圧の２％以上の分圧に設定される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記磁性層をエッチングする前記工程において、前記静電チャックの温度が−１５℃以下且つ−５０℃以上の温度に設定される、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 前記被処理体は、下地層、該下地層上に設けられた磁性膜、並びに、該磁性膜上に設けられた下部磁性層、トンネルバリア層及び上部磁性層を含む磁気トンネル接合層を有し、
    前記磁性層をエッチングする前記工程において、前記磁性膜及び前記磁気トンネル接合層が前記磁性層としてエッチングされる、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記プラズマ処理装置は、前記静電チャックを含む支持構造体を備え、
    前記支持構造体は、前記静電チャックの中心軸線周りに該静電チャックを回転させ、且つ、前記中心軸線に直交する傾斜軸線中心に該支持構造体を回転させるよう、構成されており、
    前記磁性層をエッチングする前記工程は、
    前記被処理体を鉛直方向に対して水平に支持した状態で前記プラズマを生成する工程と、
    前記被処理体を鉛直方向に対して傾斜させ、且つ、該被処理体を回転させた状態で、前記プラズマを生成する工程と、
    の少なくとも一方を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
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