JPWO2013161769A1 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

プラズマ処理方法は、プラズマが生成される処理空間Ｓを画成する処理容器１２と、処理空間Ｓ内に処理ガスを供給するガス供給部４４と、を備えるプラズマ処理装置１０を用いて、第１磁性層１０５及び第２磁性層１０３が絶縁層１０４を挟んで積層された積層構造を含む多層膜材料をエッチングするプラズマ処理方法であって、処理容器１２に第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層１０５をエッチングし、絶縁層１０４の表面でエッチングを終了する第１エッチング工程と、処理容器１２に第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１エッチング工程で生成された残留物Ｚを除去する第２エッチング工程と、を備え、第１磁性層１０５及び第２磁性層１０３は、ＣｏＦｅＢを含み、第１の処理ガスは、Ｃｌ２を含み、第２の処理ガスは、Ｈ２を含む。

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
特許文献１には、一種のプラズマ処理方法が記載されている。このプラズマ処理方法では、絶縁層が、下部磁性層及び上部磁性層により挟まれた磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を含む多層膜基体を処理してＭＲＡＭ素子を形成している。ここで、絶縁層の材料としてはＡｌ２Ｏ３が用いられている。下部磁性層は磁化方向が固定されており、上部磁性層は外部磁界によって磁化方向が変化する。具体的には、特許文献１に記載された方法では、（ａ）上部電極層上に第１のマスクを形成し、（ｂ）上部電極層、上部磁性層、及び絶縁層をプラズマエッチングし、（ｃ）第１のマスクを取り除き、（ｄ）上部電極層上に第２のマスクを形成し、（ｅ）下部電極層をエッチングして、ＭＲＡＭ素子を形成している。
米国特許出願公開２００４／０１３７７４９号明細書
特許文献１に記載の装置では、多層膜基体をエッチングする際に、絶縁層の側壁に導電性物質を含む残留物が付着する場合がある。絶縁層の側壁に残留物が付着すると、ＭＴＪでリーク電流が発生し、ＭＲＡＭ素子の特性が劣化してしまう。このような課題を解決するために、絶縁層の上面で一旦エッチングを止めることにより、絶縁層の側壁への残留物の付着を抑制することが考えられる。このような処理方法を行う場合には、磁性層と絶縁層とのエッチングレートの選択比を高くする必要がある。
ところで、ＭＴＪ素子の絶縁層の材料としてＭｇＯを採用すると高いＭＲ比を実現できることが知られている。しかしながら、ＭｇＯはＭＴＪ素子の絶縁層の材料としては新規の材料であるため、磁性層とＭｇＯから構成される絶縁層との間で高い選択比を実現するエッチング条件は知られていない。このため、当技術分野においては、絶縁層にＭｇＯを用いた場合においても、絶縁層の上面で一旦エッチングを止める手法を用いることができることが望まれており、これにより、リーク電流を防止し、ＭＲＡＭ素子の特性を向上することが要請されている。
本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、を備えるプラズマ処理装置を用いて、第１磁性層及び第２磁性層が絶縁層を挟んで積層された積層構造を含む多層膜材料をエッチングするプラズマ処理方法であって、処理容器に第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層をエッチングし、絶縁層の表面でエッチングを終了する第１エッチング工程と、処理容器に第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１エッチング工程で生成された残留物を除去する第２エッチング工程と、を備え、第１磁性層及び第２磁性層は、ＣｏＦｅＢを含み、第１の処理ガスは、Ｃｌ２を含み、第２の処理ガスは、Ｈ２を含む。
本発明の一側面に係るプラズマ処理方法では、第１エッチング工程において、Ｃｌ２を含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層をエッチングし、絶縁層の表面でエッチングを終了する。Ｃｌ２は、第１磁性層に含まれるＣｏＦｅＢに反応し、絶縁層に含まれるＭｇＯに反応しないため、ＣｏＦｅＢを含む磁性層とＭｇＯを含む絶縁層とのエッチングレートの選択比を向上することができる。また、このプラズマ処理方法によれば、第２エッチング工程において、Ｈ２を用いたエッチングガスにより、第１磁性層の側面及び絶縁層の上面に付着した残留物が除去されるので、第１磁性層の垂直性を向上しつつ、後述する絶縁層のエッチングの際に残留物が飛散して絶縁層の側壁へ残留物が付着することを回避することができる。よって、本発明の一側面に係るプラズマ処理方法によれば、リーク電流を防止し、ＭＲＡＭ素子の特性を向上することができる。
一実施形態では、第２の処理ガスは、少なくともＮ２、Ａｒ、及びＨｅのうち、いずれ一種のガスを更に含んでもよい。この場合には、第１磁性層の側面及び絶縁層の上面に付着した残留物を確実に除去することができる。
一実施形態では、第２エッチング工程よりも後に、多層膜材料の表面を絶縁膜で被覆する被覆工程を更に含んでもよい。この場合には、後段の処理において、絶縁層の側壁へ残留物が付着することを確実に防止することができる。
一実施形態では、被覆工程よりも後に、処理容器に第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて絶縁層及び第２磁性層をエッチングする第３エッチング工程を更に備え、第３の処理ガスは、ＣＨ４を含んでもよい。この場合には、多層膜材料からＭＲＡＭ素子を形成することができる。
一実施形態では、プラズマ処理装置が、処理容器内に配置される第１電極と、第１電極に対して対向して配置される第２電極と、第１電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、第２電源部から第２周波数として１ＭＨｚ以下の周波数の電力を第２電極に供給して、処理容器にプラズマを発生させてもよい。この場合には、第２電極に比較的低い周波数が供給されることにより、被処理基体に対して離間した位置にプラズマが生成される。これにより、第２電極により引き込まれるイオンの垂直性が向上し、その結果、被処理基体の側壁の垂直性を向上することができる。
一実施形態では、第２電源部から第２周波数として４００ｋＨｚ以下の周波数の電力を第２電極に供給して、処理容器内にプラズマを発生させてもよい。この場合には、第２電極に４００ｋＨｚという比較的低い周波数が供給されることにより、被処理基体に対して離間した位置にプラズマが生成される。これにより、エッチングされる多層膜材料の側壁の垂直性を向上することができる。
一実施形態では、第１電源部から１００Ｗ〜３００Ｗの電力を第１電極に供給して、処理容器にプラズマを発生させてもよい。この場合には、第１電極に比較的低い電力が供給されることにより、プラズマ着火マージンの低限界にて低密度のプラズマが生成され、例えばエッチングされた絶縁層や第２磁性層を大きい分子構造を有する有機金属錯体の状態で外部に排出することができる。
一実施形態では、プラズマ処理装置が、処理空間を所望の気圧まで減圧することができる排気部と、排気部を制御する制御部を更に備え、制御部が処理空間の圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜４．００Ｐａ）になるように排気部を制御してもよい。この場合には、処理空間Ｓの圧力を低く設定することで、処理空間に発生するプラズマの密度を低下させ、イオン平均自由行程を長くすることにより、エッチングの垂直性を向上させることができる。
一実施形態では、処理空間は、２０ｍｍ〜３０ｍｍのギャップを有していてもよい。このような形態によれば、スパッタ効果が強まり、低いレジデンスタイム（短い滞留時間）による排気を促進することができる。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、第１磁性層及び第２磁性層が絶縁層を挟んで積層された積層構造を含む多層膜材料をエッチングするプラズマ処理装置であって、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、ガス供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、処理容器に第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層をエッチングし、絶縁層の表面でエッチングを終了し、処理容器に第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１の処理ガスによるエッチングで生成された残留物を除去し、第１磁性層及び第２磁性層は、ＣｏＦｅＢを含み、第１の処理ガスは、Ｃｌ２を含み、第２の処理ガスは、Ｈ２を含む。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置では、制御部が、Ｃｌ２を含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層をエッチングし、絶縁層の表面でエッチングを終了する。Ｃｌ２は、第１磁性層に含まれるＣｏＦｅＢに反応し、絶縁層に含まれるＭｇＯに反応しないため、ＣｏＦｅＢを含む磁性層とＭｇＯを含む絶縁層とのエッチングレートの選択比を向上することができる。また、制御部は、Ｈ２を用いたエッチングガスにより、第１磁性層の側面及び絶縁層の上面に付着した残留物が除去されるので、第１磁性層の垂直性を向上しつつ、後述する絶縁層のエッチングの際に残留物が飛散して絶縁層の側壁へ残留物が付着することを回避することができる。よって、本発明の一側面に係るプラズマ処理装置によれば、リーク電流を防止し、ＭＲＡＭ素子の特性を向上することができる。
本発明の種々の側面及び一実施形態によれば、リーク電流を防止し、ＭＲＡＭ素子の特性を向上することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理方法で製造されるＭＲＡＭ素子の一例を模式的に示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図である。 第１実施例及び比較例で得られた被処理基体のＳＥＭ像の模式図である。 第１実施例で得られた被処理基体のＴＥＭ像の模式図である。 第２実施例及び比較例で得られた被処理基体のＳＥＭ像の模式図である。 第３実施例及び比較例で得られた被処理基体のＳＥＭ像の模式図である。 第３実施例で得られた被処理基体のＴＥＭ像の模式図である。
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。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理方法で製造されるＭＲＡＭ素子１００の断面図である。図１に示すＭＲＡＭ素子１００は、基板Ｂ上に配置されており、下層から順に下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、絶縁層１０４、第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７が積層されている。また、ＭＲＡＭ素子１００の第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７の側壁には、絶縁膜１０８が設けられている。
下部電極層１０１は、基板Ｂ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。下部電極層１０１の厚さは、例えば約５ｎｍである。ピン止め層１０２は、下部電極層１０１及び第２磁性層１０３の間に配置される。ピン止め層１０２は、反強磁性体によるピン止め効果により下部電極層１０１の磁化の方向を固定する。ピン止め層１０２としては、例えばＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）等の反強磁性体材料が用いられ、その厚さは、例えば約７ｎｍである。
第２磁性層１０３は、ピン止め層１０２上に配置される強磁性体を含む層である。第２磁性層１０３は、ピン止め層１０２によるピン止め効果により、磁化の方向が外部磁界の影響を受けず一定に保持されるいわゆるピンド層として機能する。第２磁性層１０３としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
絶縁層１０４は、第２磁性層１０３及び第１磁性層１０５により挟まれて配置される。第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間に絶縁層１０４が介在することにより、第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間には、トンネル磁気抵抗効果が生じる。すなわち、第２磁性層１０３と第１磁性層１０５との間には、第２磁性層１０３の磁化方向と第１磁性層１０５の磁化方向との相対関係（平行または反平行）に応じた電気抵抗が生じる。絶縁層１０４としては、ＭｇＯが用いられ、その厚さは、例えば１．３ｎｍである。
第１磁性層１０５は、絶縁層１０４上に配置される強磁性体を含む層である。第１磁性層１０５は、磁気情報である外部磁場に磁化の向きが追従する、いわゆるフリー層として機能する。第１磁性層１０５としては、ＣｏＦｅＢが用いられ、その厚さは、例えば約２．５ｎｍである。
上部電極層１０６は、基板Ｂ上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。上部電極層１０６の厚さは、例えば約５ｎｍである。エッチングマスク１０７は、上部電極層１０６上に形成される。エッチングマスク１０７は、ＭＲＡＭ１００の平面形状に応じた形状に形成される。エッチングマスク１０７としては、例えばＴａ（タンタル）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）等が用いられ、その厚さは例えば５０ｎｍである。
次に、ＭＲＡＭ１００の製造方法について説明する。ＭＲＡＭ１００は、プラズマ処理装置及び成膜装置を備える処理システムを用いて製造される。以下では、プラズマ処理装置の詳細を説明する。図２は、ＭＲＡＭ１００を製造するためのプラズマ処理装置の断面を示している。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間として処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、略円板形状のベース１４を備えている。ベース１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。ベース１４は、例えばアルミニウム製であり、第２電極を構成している。ベース１４は、プロセスにおいて後述する静電チャック５０の熱を吸熱して、静電チャック５０を冷却する機能を有する。
ベース１４の内部には、冷媒流路１５が形成されており、冷媒流路１５には、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続される。そして、冷媒流路１５の中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、ベース１４及び静電チャック５０を所定の温度に制御可能な構成とされている。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部１６及び筒状支持部１７を更に備えている。筒状保持部１６は、ベース１４の側面及び底面の縁部に接して、ベース１４を保持している。筒状支持部１７は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部１６を介してベース１４を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部１６の上面に載置されるフォーカスリング１８を更に備えている。フォーカスリング１８は、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部１７との間には、排気路２０が形成されている。排気路２０の入口又はその途中には、バッフル板２２が取り付けられている。また、排気路２０の底部には、排気口２４が設けられている。排気口２４は、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２８によって画成されている。この排気管２８には、排気装置（排気部）２６が接続されている。排気装置２６は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。処理容器１２の側壁には、被処理基体（基板）Ｗの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。
ベース１４には、プラズマ生成用の第２高周波電源（第２電源部）３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。第２高周波電源３２は、第２周波数（例えば、４００ＫＨｚ）の高周波電力を第２電極、即ち、ベース１４に印加する。
プラズマ処理装置１０は、更に、内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、第１電極を構成している。電極板４０には、プラズマ生成用の第１高周波電源（第１電源部）３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。第１高周波電源３５は、第１周波数（例えば６０ＭＨｚ）の高周波電力を電極板４０に印加する。第２高周波電源３２及び第１高周波電源３５によってベース１４及び電極板４０に高周波電力がそれぞれ与えられると、ベース１４と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成される。
電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給部４４は、複数種のエッチングガスを供給し得る。電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。また、ラジカル分布を制御するために、被処理基体Ｗの中心領域における処理ガスの流量（ＦＣ）と、被処理基体Ｗの周囲領域における処理ガスの流量（ＦＥ）とを制御してもよい。
一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
一実施形態においては、ベース１４の上面に静電チャック５０が設けられている。この静電チャック５０は、電極５２、並びに、一対の絶縁膜５４ａ及び５４ｂを含んでいる。絶縁膜５４ａ及び５４ｂは、セラミック等の絶縁体により形成される膜である。電極５２は、導電膜であり、絶縁膜５４ａと絶縁膜５４ｂの間に設けられている。この電極５２には、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から電極５２に直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Ｗが静電チャック５０上に吸着保持される。静電チャック５０の内部には、加熱素子であるヒータ５３が埋め込まれ、被処理基体Ｗを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータ５３は、配線を介してヒータ電源に接続される。ベース１４及び静電チャック５０は、載置台７０を構成している。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、第２高周波電源３２、整合器３４、第１高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４に接続されている。制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、第２高周波電源３２、整合器３４、第１高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４のそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２６による排気、スイッチＳＷの開閉、第２高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、第１高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が制御される。
このプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに処理ガスが供給される。また、電極板４０とベース１４との間、即ち処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生し、処理ガスに含まれる元素のラジカル等により、被処理基体Ｗのエッチングが行われる。
以下、上述したプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法の一実施形態について説明する。図３は、一実施形態に係るプラズマ処理方法を示す流れ図である。一実施形態のプラズマ処理方法では、図３に示すように、まず工程Ｓ１において被処理基体Ｗが準備され、被処理基体Ｗが処理容器１２の静電チャック５０に載置される。図４には、ＭＲＡＭ１００を製造方法の中間工程において生成される被処理基体Ｗの一例が示されている。この被処理基体Ｗは、下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、絶縁層１０４、第１磁性層１０５、及び上部電極層１０６が基板Ｂ上に積層された多層膜材料である。上部電極層１０６上には、所定の平面形状を有するエッチングマスク１０７が配置されている。以下、図４に示す被処理基体Ｗを例に挙げて、一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。
工程Ｓ２（第１エッチング工程）においては、まず上部電極１０６をエッチングする。この際に用いられるエッチングガスが任意であるが、例えばＣｌ２、ＣＨ４、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等を用いることができる。次に、ガス供給部４４から処理容器１２に塩素Ｃｌ２を含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて被処理基体Ｗをエッチングする。第１の処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス、Ｈ２を含み得る。工程Ｓ２において第１の処理ガスにより、第１磁性層１０５のうち、エッチングマスク１０７で覆われていない領域は塩素と反応してエッチングされるが、ＭｇＯは塩素に対して反応しないため絶縁層１０４はエッチングされない。このため、工程Ｓ２においては、絶縁層１０４の表面でエッチングが終了する。
工程Ｓ２において第１磁性層１０５が第１の処理ガスを用いてエッチングされる際には、被エッチング材料が第１の処理ガスと反応して副生成物が生じる。この副生成物は、下記式（１）に示すように第１磁性層１０５のＣｏＦｅＢと第１の処理ガスに含まれるＣｌ２が反応することで生成される。
ＣｏＦｅＢ ＋ Ｃｌ２ → ＣｏＣｌ２ ・・・（１）
この副生成物は、図５に示すように第１磁性層１０５、上部電極層１０６、及びエッチングマスク１０７の側壁に残留物Ｚとして付着することとなる。残留物Ｚは、導電性物質を含むためＭＲＡＭ素子にリーク電流を発生させる原因となる。
ここで、工程Ｓ２をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。
（工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：１００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：１０秒
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く工程Ｓ３（第２エッチング工程）において、ガス供給部４４から処理容器１２に水素（Ｈ２）を含む第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させてＳ２工程で生成された残留物Ｚを除去する。第２の処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスを含み得る。
工程Ｓ３において、処理容器１２内では残留物ＺのＣｏＣｌ２と第２の処理ガスに含まれるＨ２とにより、式（２）に示す反応が生じる。
ＣｏＣｌ２ ＋ Ｈ２ → ＨＣｌ ＋ Ｃｏ ・・・（２）
工程Ｓ３では、上記式（２）に示すように、残留物Ｚを構成するＣｏＣｌ２と第２の処理ガスに含まれるＨ２が反応してＨＣｌ及びＣｏが生成される。工程Ｓ３における生成物のうち、ＨＣｌは揮発して外部に排出される。また、工程Ｓ３において生成されるＣｏは、ポーラス状をなしており、例えばＮ２又はＡｒによってスパッタされ離散して除去される。このような工程Ｓ３により、図６に示すように、上部電極層１０６、第１磁性層１０５、及びエッチングマスク１０７の側壁から残留物Ｚが除去される。
ここで、工程Ｓ３をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。以下の処理条件では、工程Ｓ３を更に２つの工程Ｓ３Ａ及びＳ３Ｂに分割している。
（工程Ｓ３Ａ）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（工程Ｓ３Ｂ）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：１０００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：１０秒
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く工程Ｓ４（被覆工程）において、図７に示すように、被処理基体Ｗの表面を絶縁膜１０８で被覆する。例えば、被処理基体Ｗを成膜装置（例えばＲＬＳＡ装置やＣＶＤ装置）へ移動させて成膜する。この絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＮやＳｉＯ２が用いられる。その後、被処理基体Ｗを図２に示すプラズマ処理装置１０に戻し、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁に絶縁膜１０８が残るように、絶縁膜１０８をエッチングする。
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く工程Ｓ５（第３エッチング工程）において、ガス供給部４４から処理容器１２にメタン（ＣＨ４）を含む第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、絶縁層１０４及び第２磁性層１０３をエッチングする。工程Ｓ５にいて、エッチングされた被処理基体Ｗを図８に示す。第３の処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスやカルボニル基を含有するガス、Ｈ２等、メタン以外のガスを含み得る。工程Ｓ５において第３の処理ガスにより、絶縁層１０４、第２磁性層１０３、及びピン止め層１０２のうち、エッチングマスク１０７及び絶縁膜１０８に覆われていない領域がエッチングされる。このとき、被エッチング層に含まれる金属は、有機金属となり、揮発して排気される。これにより、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、及び絶縁層１０４は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７よりも、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁形成された絶縁膜１０８の幅の分だけ、幅が広くなるように形成される。
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く工程Ｓ６において、ガス供給部４４から処理容器１２に第４の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、下部電極層１０１をエッチングする。工程Ｓ６にいて、エッチングされた被処理基体Ｗを図９に示す。第４の処理ガスとしては、第３の処理ガスと同様の処理ガスを用いることができる。すなわち、第４の処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスやカルボニル基を含有するガス、Ｃｈ４、Ｈ２等のガスを含み得る。工程Ｓ６において第４の処理ガスにより、下部電極層１０１のうち、エッチングマスク１０７及び絶縁膜１０８に覆われていない領域がエッチングされる。このとき、被エッチング層に含まれる金属は、有機金属となり、揮発して排気される。これにより、下部電極層１０１は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７よりも、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７の側壁形成された絶縁膜１０８の幅の分だけ、幅が広くなるように形成される。
工程Ｓ６が終了すると、図３に示すプラズマ処理が終了する。このようにして、多層膜構造を有する被処理基体Ｗから所望の形状のＭＲＡＭ素子が形成される。次に、プラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件について詳細に説明する。
一実施形態のプラズマ処理方法では、工程Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６におけるエッチング処理において、第２高周波電源３２から第２周波数として１ＭＨｚ以下の周波数の電力を第２電極に供給してもよい。特に、第２高周波電源３２から第２周波数として４００ｋＨｚ以下の周波数の電力をベース１４に供給してもよい。このように、ベース１４に比較的低い周波数の電力を供給すると、ベース１４に高周波電力を供給する場合よりも、処理空間Ｓの上部空間、すなわち被処理基体Ｗに対して離間した位置にプラズマが生成される。これにより、陰極降下電圧（Ｖｄｃ）が高くなり、第２電極により引き込まれるイオンの垂直性が向上し、その結果、エッチングの垂直性が向上する。また、被処理基体のＷの直上においてはプラズマが発生されないため、工程Ｓ５、Ｓ６において被処理基体Ｗから分離した有機金属錯体が解離することを防止することができる。
また、一実施形態のプラズマ処理方法では、工程Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６におけるエッチング処理、特に工程Ｓ５、Ｓ６において、第１高周波電源３５が１００Ｗ〜３００Ｗの電力を電極板４０に供給して、処理容器にプラズマを発生させてもよい。これにより、低乖離領域でのプラズマを発生させて、ＣｏＦｅＢを含む第２磁性層１０３をプラズマエッチングすることで、大きい分子構造の有機金属錯体の状態で排気することができる。
また、一実施形態のプラズマ処理方法では、工程Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６におけるエッチング処理において、処理空間Ｓの圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜４．００Ｐａ）としてもよい。このように、処理空間Ｓの圧力を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）以下に設定することで、処理空間Ｓに発生するプラズマの密度を低下させ、イオン平均自由行程を長くすることにより、エッチングの垂直性を向上させることができる。一方、処理空間Ｓの圧力が１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以上とすることで絶縁膜１０８と絶縁層１０４とのエッチングレートの選択比を適切にとることができる。
また、一実施形態のプラズマ処理方法で用いるプラズマ処理装置１０は、例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍのギャップを有していてもよい。ここで、ギャップとは、処理容器１２に画成される処理空間Ｓの高さを示している。このような比較的低いギャップを有するプラズマ処理装置１０により、スパッタ効果が強まり、低いレジデンスタイムによる排気が促進される。
以上説明したプラズマ処理方法によれば、第１エッチング工程において、Ｃｌ２を含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて第１磁性層１０５をエッチングし、絶縁層１０４の表面でエッチングを終了する。Ｃｌ２は、第１磁性層１０５に含まれるＣｏＦｅＢに反応し、絶縁層１０４に含まれるＭｇＯに反応しないため、ＣｏＦｅＢを含む第１磁性層１０５とＭｇＯを含む絶縁層１０４とのエッチングレートの選択比を向上することができる。また、このプラズマ処理方法によれば、第２エッチング工程において、Ｈ２を用いたエッチングガスにより、第１磁性層１０５の側面及び絶縁層１０４の上面に付着した残留物Ｚが除去されるので、第１磁性層１０５の垂直性を向上しつつ、後述する絶縁層１０４のエッチングの際に残留物Ｚが飛散して絶縁層１０４の側壁へ残留物Ｚが付着することを回避することができる。よって、本発明の一側面に係るプラズマ処理方法によれば、リーク電流を防止し、ＭＲＡＭ素子１００の特性を向上することができる。
また、第２の処理ガスは、少なくともＮ２、Ａｒ、及びＨｅのうち、いずれ一種のガスを更に含んでいるので、第１磁性層１０５の側面及び絶縁層１０４の上面に付着した残留物Ｚを確実に除去することができる。
また、上記プラズマ処理方法は、第２エッチング工程よりも後に、被処理基体Ｗの表面を絶縁膜１０８で被覆する被覆工程を更に含んでいるので、後段の処理において、絶縁層１０４の側壁へ残留物Ｚが付着することを確実に防止することができる。
また、上記プラズマ処理方法は、被覆工程よりも後に、処理容器１２にＣＨ４を含む第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて絶縁層１０４及び第２磁性層１０３をエッチングする第３エッチング工程を更に備えているので、被処理基体ＷからＭＲＡＭ素子を形成することができる。
また、図２に示すプラズマ処理装置１０が、処理容器１２内に配置される電極板４０と、電極板４０に対して対向して配置されるベース１４と、電極板４０に６０ＭＨｚの電力を供給する第１高周波電源３５と、ベース１４に４００ｋＨｚの電力を供給する第２高周波電源と、を備え、第２高周波電源３２から４００ｋＨｚの周波数の電力をベース１４に供給して、処理容器１２にプラズマを発生させている。この場合には、ベース１４に比較的低い周波数が供給されることにより、被処理基体Ｗに対して離間した位置にプラズマが生成される。これにより、ベース１４により引き込まれるイオンの垂直性が向上し、その結果、被処理基体Ｗの側壁の垂直性を向上することができる。
上記プラズマ処理方法は、第１高周波電源３５から１００Ｗ〜３００Ｗの電力を電極板４０に供給して、処理容器１２にプラズマを発生させている。このため、電極板４０に比較的低い電力が供給されることにより、プラズマ着火マージンの低限界にて低密度のプラズマが生成され、例えばエッチングされた絶縁層１０４や第２磁性層１０３を大きい分子構造を有する有機金属錯体の状態で外部に排出することができる。
上記プラズマ処理方法は、プラズマ処理装置１０が、処理空間１２を所望の気圧まで減圧することができる排気装置２６と、排気装置２６を制御する制御部６６を更に備え、制御部６６が処理空間の圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜４．００Ｐａ）になるように排気装置２６を制御している。このように、処理空間Ｓの圧力を低く設定することで、処理空間Ｓに発生するプラズマの密度を低下させ、イオン平均自由行程を長くすることにより、エッチングの垂直性を向上させることができる。
上記プラズマ処理方法では、処理空間Ｓは、２０ｍｍ〜３０ｍｍのギャップを有していている。このため、スパッタ効果が強まり、低いレジデンスタイム（短い滞留時間）による排気を促進することができる。
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
例えば、上記実施形態のプラズマ処理装置１０では、電極板４０がプラズマ処理装置１０上部に配置され、第１高周波電源３５により処理空間Ｓの上方から高周波電力が供給されているが、電極板４０をプラズマ処理装置１０下部に配置して、第１高周波電源３５により処理空間Ｓの下方から高周波電力が供給してもよい。
また、下部電極層１０１、ピン止め層１０２、第２磁性層１０３、及び絶縁層１０４は、第１磁性層１０５、上部電極層１０６及びエッチングマスク１０７は多層構造をなしていてもよい。
［実施例］
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（エッチングレートの選択比及び残留物Ｚ除去の確認）
実施例１では、図２に示すプラズマ処理装置１０により、第１の処理ガスを用いて被処理基体Ｗをエッチングした。被処理基体Ｗは、基板Ｂの上面から絶縁層１０４の上面までの厚さが７０．８ｎｍであるものを用いた。そして、エッチング後の被処理基体Ｗの表面を電子顕微鏡で観察した。実施例１では、エッチングを４段階に分けて行った。各段階のエッチングは、以下に示す処理条件とした。
（第１段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：０Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第２段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第３段階）
処理空間Ｓの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：７０秒
（第４段階）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：１００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：１０秒
実施例１によりエッチングされた被処理基体Ｗの表面のＳＥＭ像の模式図を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示すように、実施例１のエッチング後の被処理基体Ｗの表面には残留物Ｚが付着していることが確認された。実施例１においてエッチング後の被処理基体Ｗの厚さは７８．１ｎｍであった。
実施例２では、図２に示すプラズマ処理装置１０により、実施例１においてエッチングされた被処理基体Ｗに対して、更に第２の処理ガスを用いて被処理基体Ｗをエッチングした。そして、エッチング後の被処理基体Ｗの表面を電子顕微鏡で観察した。実施例２では、エッチングを２段階に分けて行った。各段階のエッチングは、以下に示す処理条件とした。
（第１段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第２段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：１０００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：１０秒
実施例２によりエッチングされた被処理基体Ｗの表面のＳＥＭ像の模式図を図１０（ｂ）に示す。また、図１１は、実施例２で得られたＭＲＡＭ１００のうち、図１０（ｂ）の点線で示された領域のＴＥＭ像の模式図である。図１０（ｂ）及び図１１に示すように、実施例２では、被処理基体Ｗの表面から残留物Ｚが除去されていることが確認された。実施例２のエッチング後の被処理基体Ｗの厚さは７０．８ｎｍであった。これにより、絶縁層１０４の表面でエッチングが終了していることが確認された。
（低バイアス周波数の効果の確認）
次に、第２高周波電源３２から供給される第２周波数を変化させた場合の実施例について説明する。実施例３では、図２に示すプラズマ装置により、第１高周波電源３５から６０ＭＨｚを有する電力を電極板４０に供給し、第２高周波電源３２から４００ｋＨｚを有する電力をベース１４に供給してエッチングを行った。実施例３では、処理時間を１２０秒とした。エッチングガスとしては、Ｈ２、Ａｒ、ＣＨ４を含むガスを用いた。
比較例１では、図２に示すプラズマ装置において、第１高周波電源３５から６０ＭＨｚを有する高周波電力を電極板４０に供給し、第２高周波電源３２から１３ＭＨｚを有する高周波電力をベース１４に供給してエッチングを行った。比較例１では、処理時間を１００秒とした。その他の条件は、実施例３と同じとした。
実施例３及び比較例１によりエッチングされた被処理基体Ｗの表面のＳＥＭ像の模式図をそれぞれ図１２（ａ）、（ｂ）に示す。図１２（ａ）に示すように、実施例３における被処理基体Ｗでは、ＭＲＡＭ１００の側壁のテーパー角が８５．７°であった。また、実施例３における被処理基体Ｗの厚さは６０．８ｎｍであり、高さは１４０ｎｍであった。一方、図１２（ｂ）に示すように、比較例１における被処理基体Ｗでは、ＭＲＡＭ１００の側壁のテーパー角が７６．０°であった。また、実施例３における被処理基体Ｗの厚さは５６．９ｎｍであり、高さは１３６ｎｍであった。このように、第２周波数として４００ｋＨｚの高周波電力が供給された実施例３では、ほぼ同一高さにエッチングする場合において、第２周波数として１３ＭＨｚの高周波電力が供給された比較例１よりも垂直性の高いエッチングができることが確認された。
（低圧力の効果の確認）
次に、処理空間Ｓの圧力を変化させた場合の実施例について説明する。実施例４では、図２に示すプラズマ処理装置１０により、第１の処理ガスを用いて被処理基体Ｗをエッチングし、更に第２の処理ガスを用いて被処理基体Ｗをエッチングした。そして、エッチング後の被処理基体Ｗの表面を電子顕微鏡で観察した。実施例４では、エッチングを６段階に分けて行った。各段階のエッチングは、以下に示す処理条件とした。
（第１段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：０Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第２段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第３段階）
処理空間Ｓの圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６７Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：７０秒
（第４段階）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：１００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：３００Ｗ
第１の処理ガスの流量
Ｎ２ガス：２５０ｓｃｃｍ
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：１０秒
（第５段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２秒
（第６段階）
処理空間Ｓの圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：２００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：１０００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｈ２ガス：４００ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：２０秒
比較例２は、実施例４の第４段階の処理空間Ｓの圧力を３０ｍＴｏｒｒ（４．００Ｐａ）とし、第６段階の処理時間を１０秒とした点のみが異なり、その他の処理条件は実施例４と同じとして被処理基体Ｗをエッチングした。
実施例４及び比較例２によりエッチングされた被処理基体Ｗの表面のＳＥＭ像の模式図をそれぞれ図１３（ａ）、（ｂ）に示す。図１４は、実施例４及び比較例２によりエッチングされた被処理基体Ｗの表面のＴＥＭ像の模式図である。図１３（ａ）、図１４に示すように、実施例４のエッチング後の被処理基体Ｗの厚さは７６．７ｎｍであった。一方、図１３（ｂ）に示すように、比較例２のエッチング後の被処理基体Ｗでは、実施例３のエッチング後の被処理基体Ｗの厚さは７０．１ｎｍであった。また、図１３に示すように、比較例２では、エッチングによりＭＲＡＭ１００が先細って形成されていることが確認された。これに対し、実施例４では、ＭＲＡＭ１００が先細った形状をなしておらず、エッチングの垂直性が良いことが確認された。
（低ギャップの効果の確認）
次に、プラズマ処理装置１０のギャップを変化させた場合の実施例について説明する。実施例５では、ギャップ２５ｍｍのプラズマ処理装置１０を用いて被処理基体Ｗをエッチングした。実施例５では、以下に示す処理条件で被処理基体Ｗをエッチングした。
処理空間Ｓの圧力：６ｍＴｏｒｒ（０．８０Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：５００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：１００Ｗ
処理ガスの流量
ＣＯ２ガス：３４ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：２６ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：１５０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：５０ｓｃｃｍ
Ｈｅガス：１０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：６００秒
比較例３では、ギャップ３５ｍｍのプラズマ処理装置１０を用いて被処理基体Ｗをエッチングした。比較例３では、以下に示す処理条件で被処理基体Ｗをエッチングした。
処理空間Ｓの圧力：６ｍＴｏｒｒ（０．８０Ｐａ）
第１高周波電源３５の電力：５００Ｗ
第２高周波電源３２の電力：１００Ｗ
処理ガスの流量
ＣＯ２ガス：３０ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガス：２５ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：１５０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：５０ｓｃｃｍ
Ｈｅガス：１０ｓｃｃｍ
ラジカル分布制御（ＲＤＣ）ＦＣ／ＦＥ：５０
処理時間：６００秒
上記処理条件でエッチング後、実施例５及び比較例３により得られた被処理基体ＷのＳＥＭ像を観察し、被処理基体Ｗの寸法を測定した。実施例５で得られたＭＲＡＭ素子１００における、第１磁性層１０５の幅と下部電極層１０１の幅の偏差（ＣＤ）は１．９ｎｍであり、エッチングマスク１０７の幅と下部電極層１０１の幅の偏差（ＣＤ）９．２ｎｍであった。一方、比較例３で得られたＭＲＡＭ素子１００における、第１磁性層１０５の幅と下部電極層１０１の幅の偏差（ＣＤ）は９．３ｎｍであり、エッチングマスク１０７の幅と下部電極層１０１の幅の偏差（ＣＤ）２５．６ｎｍであった。ＣＤが小さいほどＭＲＡＭ素子１００の側壁が垂直に形成されていることを示していることから、実施例５では、比較例３よりも残留物Ｚが除去されており、垂直性の高いエッチングが実現できていることが確認された。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ベース（第２電極）、２６…排気装置、３２…第２高周波電源（第２電源部）、３５…第１高周波電源（第１電源部）、４０…電極板（第１電極）、１００…ＭＲＡＭ素子、１０１…下部電極層、１０２…ピン止め層、１０３…第２磁性層、１０４…絶縁層、１０５…第１磁性層、１０６…上部電極層、１０７…エッチングマスク、１０８…絶縁膜、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理基体、Ｚ…残留物。

Claims (10)

  1. プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、を備えるプラズマ処理装置を用いて、第１磁性層及び第２磁性層が絶縁層を挟んで積層された積層構造を含む多層膜材料をエッチングするプラズマ処理方法であって、
    前記処理容器に第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて前記第１磁性層をエッチングし、前記絶縁層の表面でエッチングを終了する第１エッチング工程と、
    前記処理容器に第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて前記第１エッチング工程で生成された残留物を除去する第２エッチング工程と、
    を備え、
    前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、ＣｏＦｅＢを含み、
    前記第１の処理ガスは、Ｃｌ２を含み、
    前記第２の処理ガスは、Ｈ２を含む、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記第２の処理ガスは、少なくともＮ２、Ａｒ、及びＨｅのうち、いずれ一種のガスを更に含む、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記第２エッチング工程よりも後に、前記多層膜材料の表面を絶縁膜で被覆する被覆工程を更に含む、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記被覆工程よりも後に、前記処理容器に第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて前記絶縁層及び前記第２磁性層をエッチングする第３エッチング工程を更に備え、
    前記第３の処理ガスは、ＣＨ４を含む、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記プラズマ処理装置が、前記処理容器内に配置される第１電極と、前記第１電極に対して対向して配置される第２電極と、前記第１電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、前記第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、
    前記第２電源部から第２周波数として１ＭＨｚ以下の周波数の電力を前記第２電極に供給して、前記処理容器にプラズマを発生させる、請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記第２電源部から第２周波数として４００ｋＨｚ以下の周波数の電力を前記第２電極に供給して、前記処理容器内にプラズマを発生させる、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記第１電源部から１００Ｗ〜３００Ｗの電力を前記第１電極に供給して、前記処理容器にプラズマを発生させる、請求項４〜６の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記プラズマ処理装置が、前記処理空間を所望の気圧まで減圧することができる排気部と、前記排気部を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部が処理空間の圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜４．００Ｐａ）になるように前記排気部を制御する、請求項１〜７の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記処理空間が、２０ｍｍ〜３０ｍｍのギャップを有する、請求項１〜８の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
  10. 第１磁性層及び第２磁性層が絶縁層を挟んで積層された積層構造を含む多層膜材料をエッチングするプラズマ処理装置であって、
    プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記ガス供給部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記処理容器に第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて前記第１磁性層をエッチングし、前記絶縁層の表面でエッチングを終了し、
    前記処理容器に第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて前記第１の処理ガスによるエッチングで生成された残留物を除去し、
    前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、ＣｏＦｅＢを含み、
    前記第１の処理ガスは、Ｃｌ２を含み、
    前記第２の処理ガスは、Ｈ２を含む、
    プラズマ処理装置。
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