(57)【要約】【課題】２層の磁性体により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜のエッチング又はエッチング後のトリートメントを行う。【解決手段】第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料をエッチングするエッチング処理方法であって、処理容器内に第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記金属積層膜をエッチングするエッチング工程を含み、前記第１のガスは、ＰＦ３ガスを含有するガスであることを特徴とするエッチング処理方法が提供される。【選択図】図１１
2014049466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料をエッチングするエッチング処理方法であって、
処理容器内に第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記金属積層膜をエッチングするエッチング工程を含み、
前記第１のガスは、ＰＦ３ガスを含有するガスであることを特徴とするエッチング処理方法。
【請求項２】
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料をエッチングするエッチング処理方法であって、
処理容器内に第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記金属積層膜をエッチングするエッチング工程と、
処理容器内に第２のガスを供給して前記金属積層膜のトリートメントを実行するトリートメント工程と、を含み、
前記第１のガス及び前記第２のガスの少なくともいずれかは、ＰＦ３ガスを含有するガスであることを特徴とするエッチング処理方法。
【請求項３】
前記トリートメント工程は、前記エッチング工程の後に行われることを特徴とする請求項２に記載のエッチング処理方法。
【請求項４】
前記トリートメント工程は、前記エッチング工程の間に行われることを特徴とする請求項２又は３に記載のエッチング処理方法。
【請求項５】
前記エッチング工程及び前記トリートメント工程は、予め定められた回数繰り返されることを特徴とする請求項３又は４に記載のエッチング処理方法。
【請求項６】
前記エッチング工程及び前記トリートメント工程のうちＰＦ３ガスを含有するガスが供給される工程では、該工程を実行中、前記処理容器内の温度を１５０℃以上に制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項７】
前記エッチング工程及び前記トリートメント工程のうちＰＦ３ガスを含有するガスが供給される工程では、該工程を実行中、前記処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ（２６．６Ｐａ）未満に制御することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項８】
前記エッチング処理方法は、前記金属積層膜を含む多層膜材料としてのＭＲＡＭ素子の製造工程において使用される請求項１〜７のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項９】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給源と、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料を載置する載置台と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記ガス供給源から供給されたＰＦ３ガスを含有するガスを、前記処理容器内に供給された前記高周波の電力を用いてプラズマ化し、前記載置台に載置された多層膜材料に含まれる金属積層膜のエッチングを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給源と、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料を載置する載置台と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記ガス供給源から供給されたＰＦ３ガスを含有するガスを、前記処理容器内に供給された前記高周波の電力を用いてプラズマ化し、前記載置台に載置された多層膜材料に含まれる、エッチング後の前記金属積層膜のトリートメントを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ；以下、単にＭＲＡＭ素子と称呼する。）は、２層の磁性体により絶縁層を挟んだ積層膜を基本構成とする磁性トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を用いるメモリである。ＭＲＡＭ素子は、コバルト（Ｃｏ）等を含有する金属薄膜を含む多層膜材料から形成される。
【０００３】
金属薄膜は、沸点が１０００℃を超えるため、従来、金属薄膜のエッチングは、スパッタによるエッチングが主であった。近年、ＭＲＡＭ素子の金属薄膜をドライエッチングする方法が提案されている。例えば、特許文献１には、塩素ガス（Ｃｌ２）やフッ素ガス（Ｆ２）を含むエッチングガスを用いてＭＲＡＭ素子の金属薄膜をドライエッチングする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３０７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属薄膜を塩素ガス（Ｃｌ２）やフッ素ガス（Ｆ２）を含むエッチングガスによりドライエッチングした場合、エッチング工程中に塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を含む反応生成物が生成される。塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を含む反応生成物は気化されにくく、処理容器内に残留する。この結果、エッチングにより多層膜の金属薄膜の壁面に反応生成物が堆積し、下層膜の形状を悪化させる場合がある。また、気化されにくいという性質からエッチング表面の反応生成物を除去することも難しく、目標となるＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｅｍｅｎｓｉｏｎ）値を得られない等エッチング処理の制御を困難にする。
【０００６】
例えば、金属薄膜にコバルト（Ｃｏ）が含まれる場合、塩素ガス（Ｃｌ２）やフッ素ガス（Ｆ２）を含むエッチングガスによりドライエッチングすると、エッチング工程中に生成された反応生成物には、コバルト（Ｃｏ）と塩素（Ｃｌ）又はフッ素（Ｆ）との反応生成物が含まれる。ここで、コバルト（Ｃｏ）と塩素（Ｃｌ）の化合物の沸点は１０４９℃であり、コバルト（Ｃｏ）とフッ素（Ｆ）の化合物の沸点は１４００℃である。このように、化合物の沸点が高いと、エッチング工程中に生成された反応生成物は気化されにくく、処理容器内に残留する。エッチングを効率よく行うためには、エッチング工程中に生成される反応生成物が直ちに気化され、排気されるように反応生成物の融点や沸点が低くなるようなエッチングガスを選定することが重要である。
【０００７】
上記課題に対して、２層の磁性体により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜のエッチング又はエッチング後のトリートメントを行うことが可能なエッチング処理方法及び基板処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料をエッチングするエッチング処理方法であって、
処理容器内に第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記金属積層膜をエッチングするエッチング工程を含み、
前記第１のガスは、ＰＦ３ガスを含有するガスであることを特徴とするエッチング処理方法が提供される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料をエッチングするエッチング処理方法であって、
処理容器内に第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより前記金属積層膜をエッチングするエッチング工程と、
処理容器内に第２のガスを供給して前記金属積層膜のトリートメントを実行するトリートメント工程と、を含み、
前記第１のガス及び前記第２のガスの少なくともいずれかは、ＰＦ３ガスを含有するガスであることを特徴とするエッチング処理方法が提供される。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給源と、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料を載置する載置台と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記ガス供給源から供給されたＰＦ３ガスを含有するガスを、前記処理容器内に供給された前記高周波の電力を用いてプラズマ化し、前記載置台に載置された多層膜材料に含まれる金属積層膜のエッチングを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給源と、
第１磁性層及び第２磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜を含む多層膜材料を載置する載置台と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記ガス供給源から供給されたＰＦ３ガスを含有するガスを、前記処理容器内に供給された前記高周波の電力を用いてプラズマ化し、前記載置台に載置された多層膜材料に含まれる、エッチング後の前記金属積層膜のトリートメントを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、２層の磁性体により絶縁層を挟んで積層された金属積層膜のエッチング又はエッチング後のトリートメントを行うことが可能なエッチング処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るエッチング処理方法により製造されるＭＲＡＭ素子の一例。
【図２】一実施形態に係るＭＲＡＭ素子の製造工程を示したフローチャート。
【図３】エッチング量とＣＤ値との関係を示す図。
【図４】所定の金属元素とエッチングガスの化合物の融点及び沸点を示す表。
【図５】一実施形態に係る絶縁膜のエッチング工程及びトリートメント工程を示す図。
【図６】一実施形態に係るエッチング処理方法によるＭＲＡＭ素子の製造工程を示す図。
【図７】一実施形態に係るエッチング処理方法によるＭＲＡＭ素子の製造工程(続き)を示す図。
【図８】一実施形態の変形例に係る絶縁膜のエッチング工程及びトリートメント工程を示す図
【図９】一実施形態に係るエッチング工程の反応生成物の成分を示す図。
【図１０】一実施形態に係るエッチング工程及びトリートメント工程の結果を示す図。
【図１１】一実施形態に係るエッチング工程及びトリートメント工程の結果を示す図。
【図１２】一実施形態に係るエッチングガスの反応を説明するための図。
【図１３】一実施形態に係るエッチング工程及びトリートメント工程の温度依存性を示す図。
【図１４】一実施形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概要図。
【図１５】一実施形態に係る基板処理装置（エッチング工程）の概要図。
【図１６】一実施形態に係る基板処理装置（トリートメント工程）の概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
［ＭＲＡＭ素子］
はじめに、ＭＲＡＭ素子の構造について説明する。ＭＲＡＭ素子は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｂ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｇ，Ｔｉ、Ｗ等が含まれた金属積層膜を含む多層膜から形成される。図１は、一実施形態に係るエッチング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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、磁性トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を構成する。磁性トンネル接合（ＭＴＪ）では、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、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）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、Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯが用いられ、その厚さは、例えば１．３ｎｍである。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ＭＲＡＭ素子１００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、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられ、その厚さは例えば５０ｎｍである。
【００２１】
［ＭＲＡＭ素子の製造工程］
次に、上記構成を有するＭＲＡＭ素子の製造工程について、図２を参照しながら説明する。図２は、ＭＲＡＭ素子の製造工程を示すフローチャートである。
【００２２】
ＭＲＡＭ製造工程が開始されると、まず、工程Ｓ１において、成膜装置によって多層膜からなる被処理基体Ｗが製造される。次に、被処理基体Ｗがプラズマエッチング装置の静電チャックに載置される。図６（ａ）には、ＭＲＡＭ素子１００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、基板Ｂ上に、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、及び上部電極層１０６が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６（ａ）に示す被処理基体Ｗを例に挙げて、一実施形態のエッチング処理方法を用いたＭＲＡＭ素子の製造工程について説明する。
【００２３】
工程Ｓ２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は任意であり、例えばＣｌ２、ＣＨ４、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等を用いることができる。例えば塩素Ｃｌ２を含む処理ガスを供給し、プラズマを発生させて被処理基体Ｗをエッチングする。処理ガスとしては、Ｈｅ、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス、Ｈ２を含み得る。この処理ガスとして、第１磁性層１０５と絶縁層１０４との選択比を十分とることができる種類のガスが採用される。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が反応してエッチングされ、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（図６（ｂ））。
【００２４】
一実施形態のエッチング処理方法では、続く工程Ｓ３において、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、図６（ｃ）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。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をプラズマエッチング装置へ戻し、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。
【００２５】
一実施形態のエッチング処理方法では、続く工程Ｓ４において絶縁層１０４をエッチング及びトリートメントする。具体的には、工程Ｓ４で呼び出される図５の工程Ｓ４１において、第１のガスを供給してプラズマを生成し、生成されたプラズマにより絶縁層１０４をエッチングする（エッチング工程）。これにより、絶縁層１０４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（図７（ｄ））。次いで、工程Ｓ４２において、第２のガスを供給して絶縁層１０４のエッチング面をトリートメントする（トリートメント工程）。これにより、絶縁層１０４のエッチングの際に生成された反応生成物Ｚが除去される（図７（ｅ））。
【００２６】
本実施形態の場合、具体的には、工程Ｓ４において三フッ化リン（以下、ＰＦ３ガスという。）を含有しないガスとして、例えば、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｈ２ガス、Ｃｌ２ガス、ＮＦ３ガスを含有するエッチングガスにより絶縁層１０４がエッチングされ、エッチング中に反応生成物Ｚが生じる（図７（ｄ））。なお、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｈ２ガス、Ｃｌ２ガス、ＮＦ３ガスを含有するエッチングガスはＰＦ３ガスを包含しないエッチングガスの一例であり、これに限定されない。反応生成物Ｚには、マスク１０７、絶縁膜１０８及び絶縁層１０４に含まれる金属、該金属の酸化物、塩化物、窒化物、ハロゲン化物又はＣやＳｉを含有する化合物等が含まれる可能性がある。この反応生成物Ｚは、図７（ｄ）に示すように、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の側壁に付着する。金属積層膜のエッチング面に堆積した反応生成物Ｚは、エッチング形状を垂直にすること妨げる。また、導電性物質を含むため、そのまま残しておくと、反応生成物Ｚを通じてＭＲＡＭ素子１００にリーク電流を発生される要因となる。
【００２７】
よって、前述したように工程Ｓ４２において、ＰＦ３ガスを含むエッチングガスにより反応生成物Ｚを除去する。本実施形態では、反応生成物Ｚの除去を行うために、一実施形態としての基板処理装置へ被処理基体Ｗを移動させる。基板処理装置の構成についての詳細は後述する。工程Ｓ４２の実行により、図７（ｅ）に示すように絶縁層１０４等の側壁から反応生成物Ｚが除去される。
【００２８】
次に、図２に戻り、工程Ｓ５において、第２磁性層１０３（下部磁性層）及びピン止め層１０２をＣＨ４ガスを含むガスによりエッチングする（図７（ｆ））。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。
【００２９】
一実施形態のエッチング処理方法では、続く工程Ｓ６において、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（図７（ｇ））。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、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の側壁に形成された絶縁膜１０８の幅の分だけ、幅が広くなるように形成される。
【００３０】
工程Ｓ６が終了すると、図２に示す本実施形態に係る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ＭＲＡＭ素子１００が形成される。
【００３１】
［エッチングガス］
上記ＭＲＡＭ素子１００の製造では、絶縁膜１０４のエッチング工程後のトリートメント工程にてＰＦ３ガスを含むガスを用いた。以下では、金属積層膜をエッチングする際のエッチングガスについて説明する。
【００３２】
塩素ガス（Ｃｌ）又はフッ素ガス（Ｆ）の少なくともいずれかのエッチングガスを使った場合のエッチング量とＣＤ値との関係を図３に示す。図３（ａ）にて示した絶縁層１０４の初期状態（絶縁層１０４の一部はすでにエッチングされている状態）に対して、図３（ｂ）にて示したように更にエッチングした場合、残った絶縁層１０４の厚さ（リメイン厚さ）とエッチング後のＣＤ値との関係を測定した。その結果を図３（ｃ）の表及び図３（ｄ）のグラフに示す。図３（ｄ）の横軸は、エッチング後のＣＤ値を表し、縦軸は、残った絶縁層１０４の厚さ（リメイン厚さ：Ｐｏｓｔ  Ｒｅｍａｉｎ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を表す。
【００３３】
これによれば、残った絶縁層１０４の厚さ（リメイン厚さ）とエッチング後のＣＤ値とは逆比例の関係にあることがわかる。すなわち、残った絶縁層１０４の厚さが薄くなるほど、ＣＤ値は大きくなる。つまり、エッチングが進行するほど絶縁層１０４の側壁に付着する残留生成物が厚くなり、かえってＣＤ値が大きくなることがわかる。つまり、エッチング対象膜を下方向にエッチングした際に生成された反応生成物が側壁に付着して堆積し、昇華していない。この反応生成物の堆積は、ＣＤ値を設計通りに制御することを難しくする等エッチングの制御を困難にする。
【００３４】
絶縁層１０４を塩素ガス（Ｃｌ２）やフッ素ガス（Ｆ２）を含むエッチングガスによりドライエッチングした場合、反応生成物が気化されにくいのは、反応生成物の沸点や融点と関係がある。これを説明するために、まず、絶縁層１０４をエッチングする際に生成される反応生成物Ｚの組成について説明すると、反応生成物Ｚは絶縁層１０４や絶縁層１０４を上下から挟み込む磁性体層１０３，１０５に含まれるコバルト（Ｃｏ），パラジウム（Ｐｄ）等を含む金属の化合物である。図９は、ＭＲＡＭ素子１００の絶縁層１０４をエッチングした際に生成される反応生成物の一例を示す。図９は、反応生成物の組成を解析したスペクトラムである。これを見ると、反応生成物には、コバルト（Ｃｏ），パラジウム（Ｐｄ）、シリコン（Ｓｉ）等が含まれていることがわかる。
【００３５】
例えば、絶縁層１０４等の金属薄膜にコバルト（Ｃｏ）が含まれる場合、塩素ガス（Ｃｌ２）やフッ素ガス（Ｆ２）を含むエッチングガスによりドライエッチングすると、エッチング工程中に生成された反応生成物には、コバルト（Ｃｏ）と塩素（Ｃｌ）の化合物又はコバルト（Ｃｏ）とフッ素（Ｆ）の化合物が含まれる。図４に示したように、コバルト（Ｃｏ）と塩素（Ｃｌ）の化合物の沸点は１０４９℃、融点は７３７℃である。また、コバルト（Ｃｏ）とフッ素（Ｆ）の化合物の沸点は１４００℃、融点は１１２７℃である。絶縁層１０４等の金属薄膜にパラジウム（Ｐｄ）が含まれる場合も同様に融点が５００℃を上回る高い値となっている。
【００３６】
このように、塩素（Ｃｌ）系ガスやフッ素（Ｆ）系ガスとコバルト（Ｃｏ）やパラジウム（Ｐｄ）との化合物は沸点や融点が高いため、エッチング工程中に生成された反応生成物が気化されにくく、処理容器内に残留する。エッチングを効率よく行うためには、エッチング工程中に生成される反応生成物が直ちに気化され、排気されるように反応生成物の沸点が低いエッチングガスを選定することが重要である。
【００３７】
そこで、本実施形態では、２層の磁性体に挟まれた絶縁層のエッチング又はエッチング後の反応生成物の除去をスムーズに行うことが可能なエッチングガスを選定する。つまり、絶縁層をドライエッチングする、又は絶縁層をドライエッチングした後の反応生成物を除去する際にＰＦ３ガスを含むガスをエッチングガスとして用いる。これにより、沸点を１００℃以下にすることが可能となる。例えば、図４には、ＰＦ３ガスでコバルト（Ｃｏ）をエッチングした場合、生成されるコバルト（Ｃｏ）とＰＦ３ガスの元素を含む化合物は、８０℃で気化されることを示している。そのため、本実施形態では、エッチング後のトリートメントにおいてＰＦ３ガスを含むガスによる反応性エッチングを用いて、絶縁層のエッチング中に堆積する反応生成物の制御、及びエッチング後に残留する反応生成物のスムーズな除去が可能となる。なお、図４の出典は、「ＨＡＮＤＢＯＯＫ  ＯＦ  ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ  ａｎｄ  ＰＨＹＳＩＣＳ」  Ｗ．Ｍ．Ｈａｙｎｅｓ  Ｅｄｉｔｏｒ−ｉｎ−Ｃｈｉｅｆ９２ＮＤ  ＥＤＩＴＩＯＮ  ２０１１−２０１２、気相成長株式会社である。
【００３８】
［変形例］
上記実施形態に係るエッチング処理方法では、エッチング工程に使用される第１のガスはＰＦ３ガスを含有しないガスであり、トリートメント工程に使用される第２のガスはＰＦ３ガスを含有するガスであった。しかしながら、第１のガス及び第２のガスの組み合わせは、これに限らず、第１のガス及び第２のガスの少なくともいずれかがＰＦ３ガスを含有するガスであればよい。つまり、第１のガスはＰＦ３ガスを含有しないガス及び第２のガスはＰＦ３ガスを含有するガスの組み合わせであってもよい。または、第１のガスはＰＦ３ガスを含有するガス及び第２のガスはＰＦ３ガスを含有しないガスの組み合わせであってもよい。更に、第１及び第２のガスのいずれもＰＦ３ガスを含有するガスの組み合わせであってもよい。
【００３９】
また、第１のガスがＰＦ３ガスを含有するガスの場合、前述の工程Ｓ４１のエッチング工程中にエッチングだけでなくトリートメント効果も得られる。このため、工程Ｓ４１にて残留した反応生成物Ｚが少なくリーク等の問題が生じない場合には、前述の工程Ｓ４２のトリートメント工程を省略できる。
【００４０】
図８は、エッチング工程とトリートメント工程とを繰り返し実行する場合のフローチャートである。エッチング工程に使用される第１のガス及びトリートメント工程に使用される第２のガスの少なくともいずれかは、ＰＦ３ガスを含有する。工程Ｓ４７において、ＰＦ３ガスを含まない第１のガスとして、例えば、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｈ２ガス、Ｃｌ２ガス、ＮＦ３ガスを含有するエッチングガスにより絶縁膜１０４の一部のエッチングを実行する(エッチング工程)。次に、工程Ｓ４８において、ＰＦ３ガスを含んだ第２のガスにより反応生成物を除去する。その後、工程Ｓ４９において、工程Ｓ４７及び工程Ｓ４８を予め定められた回数繰り返したかを判定し、繰り返していない場合には、工程Ｓ４７に戻り、予め定められた回数になるまで工程Ｓ４７〜工程Ｓ４９の処理を繰り返す。繰り返し回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。なお、工程Ｓ４７は、絶縁層をプラズマによりエッチングするエッチング工程の一例であり、工程Ｓ４８は、エッチング工程にて生成された反応生成物を除去するトリートメント工程の一例である。
【００４１】
このようにして、エッチング工程及びトリートメント工程を予め定められた回数だけ繰り返すことによって、トリートメント工程にて反応生成物を除去しながらエッチング工程をスムーズに行うことができる。その結果、エッチング形状をより垂直に形成することができる。特に、エッチング工程の間にトリートメント工程を実行することにより、反応生成物を除去しながらエッチングを実行することができ、エッチング処理をスムーズに行うことができる。
【００４２】
［実験］
次に、本実施形態に係るエッチング処理方法においてガスを最適化するために行った実験結果について説明する。
（実験結果１）
図１０（ａ）は、ＰＦ３ガスを含有しないエッチングガスにより金属膜１０４ａをエッチングした後の断面ＳＥＭ像であり、エッチング工程後の金属膜の一例を示している。ここでは、金属膜１０４ａとしてコバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）含有の膜を使用している。図１０（ａ）では、金属膜１０４ａのエッチング面に反応生成物Ｚが堆積していることがわかる。
【００４３】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示したエッチング後の反応生成物Ｚを除去するために、ＰＦ３ガスを含有したガスを用いてエッチング工程後の金属膜１０４ａをトリートメントした後の断面ＳＥＭ像であり、トリートメント工程後の金属膜の一例を示している。このときのプロセス条件としては、圧力が２０Ｔｏｒｒ（２６６６Ｐａ）、温度が３５０℃であった。
【００４４】
この結果、ＰＦ３ガスを含有したガスの作用により、反応生成物Ｚが体積膨張していることがわかる。以上から、例えば、図４のＰＦ３ガスとコバルト（Ｃｏ）との反応では沸点が８０℃以下と低いために、トリートメント工程により、反応生成物Ｚが気化しやすい状態となっていると考察される。
【００４５】
つまり、この実験では、圧力を２０Ｔｏｒｒ（２６６６Ｐａ）としたが、圧力を更に下げることにより、処理容器内の熱伝導率を低下させ、これにより、体積膨張した反応生成物Ｚの気化を促進すれば、反応生成物Ｚを除去できると推察される。
（実験結果２）
図１１も同様に、図１１（ａ）はエッチング工程後の金属膜の状態の一例を示した断面ＳＥＭ像であり、図１１（ｂ）はトリートメント工程後の金属膜の状態の一例を示した断面ＳＥＭ像である。具体的には、図１１（ａ）は、ＰＦ３ガスを含有しないエッチングガスにより金属膜１０４ａをエッチングした後の状態を示す。ここでは、金属膜１０４ａとして、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）含有の膜を使用している。また、塩素ガス（Ｃｌ２）を含有したエッチングガスを使用している。図１１（ａ）においても、金属膜１０４ａのエッチング面に反応生成物Ｚが堆積していることがわかる。
【００４６】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した反応生成物Ｚを除去するために、ＰＦ３ガスを含有したガスを用いたトリートメント後の状態を示す。
【００４７】
この結果によっても、ＰＦ３ガスを含有したガスから生成されたプラズマの作用により、反応生成物Ｚが体積膨張していることがわかる。以上から、ＰＦ３ガスとルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）との反応では、沸点が低いために反応生成物Ｚが気化しやすい状態となっていると考察される。
【００４８】
つまり、本実験の圧力よりも低い圧力に設定してトリートメント工程を行うことにより、体積膨張した反応生成物Ｚの気化を促進すれば、反応生成物Ｚを除去できると推察される。
【００４９】
ＰＦ３ガスの化学反応について簡単に説明する。図１２に示したように、ＭＲＡＭ素子１００は、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｂ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｍｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｍｇ，Ｔｉ、Ｗ等が含まれた金属積層膜を含む多層膜から構成される。反応生成物Ｚは絶縁層１０４や絶縁層１０４を上下から挟み込む磁性体層１０３，１０５を含む金属積層膜をエッチングした際に生成される。絶縁層１０４には、ＡｌやＭｇ等の金属が含まれ、磁性体層１０３，１０５には、Ｃｏ等の金属が含まれる。よって、絶縁層１０４や磁性体層１０３，１０５をエッチングする際に堆積される反応生成物Ｚの一部には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｏ等の金属積層膜の成分が含まれる。
【００５０】
ＰＦ３ガスが供給されると、ＰＦ３ガスは金属積層膜中のこれらの金属元素と化学反応を起こす。同様に、ＰＦ３ガスが供給されると、ＰＦ３ガスは反応生成物Ｚに含まれる金属積層膜の成分とも化学反応を起こす。金属積層膜中の金属元素をＸとして示すと、化学反応後、ＰＦ３ガスと金属元素Ｘとは、Ｘ（ＰＦ３）４又はＸ（ＰＦ３）６となって結合し、昇華する。例えば、金属元素Ｘがコバルト（Ｃｏ）の場合、ＰＦ３ガスと化学反応して、Ｃｏ（ＰＦ３）４又はＣｏ（ＰＦ３）６が生成される。これらの生成物は、図４によれば、沸点が８０℃と低いために、昇華が進み、排気される。これにより、反応生成物Ｚの除去をスムーズに行うことができる。
【００５１】
図１０及び図１１に示した実験では、エッチング工程ではＰＦ３ガスを使用せず、トリートメント工程でＰＦ３ガスを使用した。ここで、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を更に考察すると、図１１（ａ）のエッチング工程後、金属膜１０４ａがエッチングされずに残っている厚さは１３．４ｎｍであったのに対して、図１１（ｂ）のトリートメント工程後では、その厚さは１０．５ｎｍと薄くなっていた。また、図１１（ａ）のエッチング工程後、金属膜１０４ａのエッチング部分の幅は３７．８ｎｍであったのに対して、図１１（ｂ）のトリートメント工程後では、その幅は３３．７ｎｍと狭くなっていた。つまり、図１１（ｂ）のトリートメント工程では、反応生成物Ｚの体積膨張とともに、金属膜１０４ａのエッチングも促進されている。
【００５２】
以上から、本実施形態のエッチング工程及びトリートメント工程の少なくともいずれかにおいて、ＰＦ３ガスを含有したガスによりエッチング処理又はトリートメント処理を行うことにより、ＰＦ３ガスの作用によって金属膜のエッチングと残留物の除去とを同時に両方行うことができることがわかった。
（実験結果３）
図１３では、ＰＦ３ガスの温度依存性についての実験を行った。図１３（ａ）は、コバルト（Ｃｏ）及びパラジウム（Ｐｄ）を含有した金属膜１０４ａのエッチング工程後の断面ＳＥＭ像である。図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のエッチング工程後に行われたトリートメント工程後の断面ＳＥＭ像である。図１３（ｂ）と図１３（ｃ）との違いは、図１３（ｂ）では、プロセス温度を１５０℃に制御したのに対して、図１３（ｃ）では、プロセス温度を２５０℃に制御した点である。その他のプロセス条件は同じである。これによれば、プロセス温度が高い場合、低い場合に比べて反応が促進され、反応生成物Ｚの膨張の程度が大きくなり、反応生成物Ｚが気化され易くなることがわかる。
【００５３】
図１３の実験から、エッチング工程及びトリートメント工程の少なくともいずれかの工程であって、ＰＦ３ガスを利用してプラズマ処理する工程では、その工程を実行中、処理容器内の温度を１５０℃以上に制御することが好ましいことがわかった。
【００５４】
以上、本実施形態にかかるエッチング処理方法について説明した。以下では、本実施形態にかかるエッチング処理方法を使用してＭＲＡＭ素子１００を製造する基板処理装置、及びその装置を含んだ基板処理システムについて説明する。
【００５５】
［基板処理システム］
ＭＲＡＭ素子１００は、例えば図１４に示す基板処理システムを用いて製造される。図１４は、一実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す平面図である。基板処理システム２０は、基板載置台２２ａ〜２２ｄ、収容容器２４ａ〜２４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１、ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、及び、トランスファーチャンバ２１を備えている。
【００５６】
基板載置台２２ａ〜２２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら基板載置台２２ａ〜２２ｄの上には、収容容器２４ａ〜２４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器２４ａ〜２４ｄ内には、被処理基体Ｗが収容されている。
【００５７】
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器２４ａ〜２４ｄの何れかに収容されている被処理基体Ｗを取り出して、当該被処理基体Ｗを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。
【００５８】
ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ２１にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
【００５９】
トランスファーチャンバ２１は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ２１には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ３が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２から被処理基体Ｗを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、及びＰＭ３に搬送する。
【００６０】
基板処理システム２０のプロセスモジュールＰＭ１は、エッチング工程を実施する一実施形態としての基板処理装置（図１５参照）であり得る。プロセスモジュールＰＭ２は、成膜装置（図６（ａ）の積層膜を成膜する装置）であり得る。成膜装置としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）装置を用いてもよい。プロセスモジュールＰＭ３は、トリートメント工程を実施する一実施形態としての基板処理装置（反応生成物を除去する基板処理装置；図１６参照）であり得る。プロセスモジュールＰＭ１及びＰＭ３を同一基板処理装置で構成し、エッチング工程及びトリートメント工程を同一の基板処理装置内で行ってもよい。
【００６１】
以下では、エッチング工程を行うプロセスモジュールＰＭ１の概略構成を、図１５を参照しながら説明した後、トリートメント工程（除去工程）を行うプロセスモジュールＰＭ３の概略構成を、図１６を参照しながら説明する。
【００６２】
［基板処理装置（エッチング工程）］
図１５には、エッチング工程を行う一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す。基板処理装置としてのプロセスモジュールＰＭ１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。プロセスモジュールＰＭ１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、下部ｄ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。
【００６３】
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。
【００６４】
一実施形態においては、プロセスモジュールＰＭ１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。プロセスモジュールＰＭ１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。
【００６５】
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。
【００６６】
ベース１４には、プラズマ生成用の第２高周波電源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）の高周波電力を下部電極、即ち、ベース１４に印加する。
【００６７】
プロセスモジュールＰＭ１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。
【００６８】
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部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。
【００６９】
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。プロセスモジュールＰＭ１は、ガス供給源４４を更に備え、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給源４４が接続されている。ガス供給源４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給源４４は、ＰＦ３ガス等、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、ガス供給源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と、被処理基体Ｗの周囲領域における処理ガスの流量とを制御してもよい。
【００７０】
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。
【００７１】
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（図示せず）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。
【００７２】
一実施形態においては、プロセスモジュールＰＭ１は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給源６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給源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。伝熱ガス供給源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、伝熱ガス供給源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。伝熱ガス供給源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。
【００７３】
一実施形態においては、プロセスモジュールＰＭ１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、ガス供給源４４、並びに、伝熱ガス供給源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、ガス供給源４４、並びに、伝熱ガス供給源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、ガス供給源４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給源６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が制御される。
【００７４】
また、制御部６６は、処理容器１２内に供給された高周波の電力によりＰＦ３ガスを含有するガスから生成されたプラズマによって載置台７０上の被処理基体Ｗのうち、金属積層膜のエッチングを制御する。
【００７５】
このプロセスモジュールＰＭ１では、ガス供給源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。
【００７６】
以上、エッチング工程を行うプロセスモジュールＰＭ１の概略構成について説明した。最後に、トリートメント工程を行うプロセスモジュールＰＭ３の概略構成を、図１６を参照しながら説明する。
【００７７】
［基板処理装置（トリートメント工程）］
図１６には、トリートメント工程（除去工程）を行う一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す。基板処理装置としてのプロセスモジュールＰＭ３は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理容器（チャンバ）１９２を備える。処理容器１９２は、その内部に空間を画成する。なお、処理容器１９２の形状は円筒状に限られるものではない。例えば角筒状（例えば箱状）であってもよい。
【００７８】
処理容器１９２の底部には、被処理基体Ｗを載置するための載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、アルミニウムなどで略柱状（例えば円柱状）に成形されている。なお、載置台１１０の形状についても円柱状に限られるものではない。例えば角柱状（例えば多角柱状）であってもよい。なお、図示はしないが、載置台１１０には被処理基体Ｗをクーロン力により吸着保持する静電チャック、ヒータや冷媒流路などの温度調整機構等、必要に応じて様々な機能を設けることができる。
【００７９】
処理容器１９２の天井部には、例えば石英ガラスやセラミックなどで構成された板状誘電体１９４が載置台１１０に対向するように設けられている。具体的には板状誘電体１９４は例えば円板状に形成され、処理容器１９２の天井部に形成された開口を塞ぐように気密に取り付けられている。
【００８０】
処理容器１９２の内部には、空間をプラズマ生成空間Ｓ１及び基板処理空間Ｓ２に仕切る仕切板２３０が設けられている。プラズマ生成空間Ｓ１は、プラズマ源によってプラズマが生成される空間である。基板処理空間Ｓ２は、被処理基体Ｗが載置される空間である。仕切板２３０は、少なくとも２つの板状部材２３０Ａ、２３０Ｃを備えている。２つの板状部材２３０Ａ、２３０Ｃは、プラズマ生成空間Ｓ１から基板処理空間Ｓ２へ向けて重ね合わせて配置される。板状部材２３０Ａと板状部材２３０Ｃとの間には、両者の間隔を所定の値に維持するスペーサー２３０Ｂが配置されている。
【００８１】
板状部材２３０Ａ、２３０Ｃは、重ね合わせ方向へ貫通する複数のスリットを備えている。なお、該スリットは貫通孔でもよい。そして、板状部材２３０Ａにおける各スリットは、重ね合わせ方向からみて、他方の板状部材２３０Ｂにおける各スリットと重ならないように配置されている。板状部材２３０Ａ、２３０Ｃの材料としては、例えば石英ガラスが用いられる。スペーサー２３０Ｂの材料としては、例えばアルミニウムＡｌが用いられる。プラズマ生成空間Ｓ１及び基板処理空間Ｓ２を仕切る仕切板２３０は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する、いわゆるイオントラップとして機能する。
【００８２】
処理容器１９２には、第１処理ガスを供給する第１ガス供給部１２０Ａが設けられている。第１ガス供給部１２０Ａは、上述したプラズマ生成空間Ｓ１へ第１処理ガスを供給する。処理容器１９２の側壁部にはガス導入口１２１が形成されており、ガス導入口１２１にはガス供給配管１２３Ａを介してガス供給源１２２Ａが接続されている。ガス供給配管１２３Ａの途中には第１処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ１２４Ａ、開閉バルブ１２６Ａが介在している。このようなガス供給源１２０Ａによれば、ガス供給源１２２Ａからの第１処理ガスは、マスフローコントローラ１２４Ａにより所定の流量に制御されて、ガス導入口１２１から処理容器１９２のプラズマ生成空間Ｓ１へ供給される。
【００８３】
第１処理ガスは、プラズマ源によって発生したプラズマによって解離しラジカルを生成する分解性のガスである。このラジカルは、還元反応、酸化反応、塩化反応又はフッ化反応を起こすラジカルであってもよい。第１処理ガスは、水素元素、酸素元素、塩素元素又はフッ素元素を含有するガスであってもよい。具体的には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＣＦ４、ＮＦ３、ＣＨ４又はＳＦ６等である。還元反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、Ｈ２等が挙げられる。酸化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、Ｏ２等が挙げられる。塩化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、ＢＣｌ３、Ｃｌ２等が挙げられる。フッ化反応のラジカルを生成する第１処理ガスとしては、ＣＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６等が挙げられる。
【００８４】
また、処理容器１９２には、第２処理ガスなどを供給する第２ガス供給部１２０Ｂが設けられている。第２ガス供給源１２０Ｂは、上述した基板処理空間Ｓ２へ第２処理ガスを供給する。処理容器１９２の基板処理空間Ｓ２には、ガス供給ヘッド２４０が配置されており、ガス供給ヘッド２４０にはガス供給配管１２３Ｂを介してガス供給源１２２Ｂが接続されている。図１０には、仕切板２３０の下方に配置されたガス供給ヘッド２４０が示されている。ガス供給ヘッド２４０は、下方向（すなわち載置台１１０に向かう方向）に複数のガス穴２４０が開口されている。このように、下方向にガスが流通することで、反応性の第２処理ガスを被処理基体Ｗへ適切に供給することができる。なお、ガス穴２４０を上方向（すなわち仕切板２３０に向かう方向）に開口してもよい。この場合、仕切板２３０を透過したラジカルと第２処理ガスとを適切に混合することができる。ガス供給配管１２３Ｂの途中には第２処理ガスの流量を制御する流量制御器例えばマスフローコントローラ１２４Ｂ、開閉バルブ１２６Ｂが介在している。このようなガス供給源１２０Ｂによれば、ガス供給源１２２Ｂからの第２処理ガスは、マスフローコントローラ１２４Ｂにより所定の流量に制御されて、ガス供給ヘッド２４０から処理容器１９２の基板処理空間Ｓ２へ供給される。
【００８５】
第２処理ガスは、プラズマに晒すことなく反応生成物と反応させるための反応性のガスである。この第２処理ガスとしては、例えば反応生成物との反応が載置台１１０の温度に依存するガスを含んでもよい。具体的には、ＨＦ、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ、ＰＦ３、Ｆ２、ＣｌＦ３、ＣＯＦ２、シクロペンタジエン又はＡｍｉｄｉｎａｔｏ等が用いられる。また、第２処理ガスは、電子供与性ガスを含み得る。電子供与性ガスとは、一般的には、電気陰性度又はイオン化ポテンシャルが大きく異なる原子で構成されるガス、あるいは孤立電子対を持つ原子を含むガスをいう。電子供与性ガスは、他の化合物に電子を与えやすい性質を有する。例えば、金属化合物等と配位子として結合し蒸発する性質を有する。電子供与性ガスとしては、ＳＦ６、ＰＨ３、ＰＦ３、ＰＣｌ３、ＰＢｒ３、ＰＩ３、ＣＦ４、ＡｓＨ３、ＳｂＨ３、ＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳｅＨ２、ＴｅＨ２、Ｃｌ３Ｆ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２等、又はカルボニル基を含有するガスが挙げられる。
【００８６】
なお、図１６ではガス供給源１２０Ａ,１２０Ｂを一系統のガスラインで表現しているが、ガス供給源１２０Ａ,１２０Ｂは単一のガス種の処理ガスを供給する場合に限られるものではなく、複数のガス種を処理ガスとして供給するものであってもよい。この場合には、複数のガス供給源を設けて複数系統のガスラインで構成し、各ガスラインにマスフローコントローラを設けてもよい。また、図１６ではガス供給源１２０Ａを処理容器１９２の側壁部からガスを供給するように構成した場合を例に挙げているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば処理容器１９２の天井部からガスを供給するように構成してもよい。この場合には、例えば板状誘電体１９４の例えば中央部にガス導入口を形成し、そこからガスを供給するようにしてもよい。
【００８７】
処理容器１９２の底部には、処理容器１９２内の雰囲気を排出する排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は例えば真空ポンプにより構成され、処理容器１９２内を所定の圧力まで減圧し得るようになっている。なお、プラズマ生成空間Ｓ１で生成されたラジカルは、排気部１３０によって形成された、プラズマ生成空間Ｓ１と基板処理空間Ｓ２との圧力差によって、プラズマ生成空間Ｓ１から仕切板２３０を透過して基板処理空間Ｓ２へ移動する。
【００８８】
処理容器１９２の側壁部にはウエハ搬出入口１３４が形成され、ウエハ搬出入口１３４にはゲートバルブ１３６が設けられている。例えば被処理基体Ｗの搬入する際には、ゲートバルブ１３６を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によって被処理基体Ｗを処理容器１９２内の載置台１１０上に載置し、ゲートバルブ１３６を閉じて被処理基体Ｗの処理を行う。
【００８９】
処理容器１９２の天井部には、板状誘電体１９４の上側面（外側面）に平面状の高周波アンテナ１４０と、高周波アンテナ１４０を覆うシールド部材１６０が配設されている。本実施形態における高周波アンテナ１４０は、大別すると板状誘電体１９４の中央部に配置された内側アンテナ素子１４２Ａと、その外周を囲むように配置された外側アンテナ素子１４２Ｂとで構成される。各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂはそれぞれ、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状に形成される。
【００９０】
各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂはともに、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。各挟持体１４４は例えば棒状に形成し、これらの挟持体１４４を内側アンテナ素子１４２Ａの中央付近から外側アンテナ素子１４２Ｂの外側に張り出すように放射線状に配置する。
【００９１】
シールド部材１６０は、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂの間に設けられた筒状の内側シールド壁１６２Ａと、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられた筒状の外側シールド壁１６２Ｂとを備える。これにより、板状誘電体１９４の上側面は、内側シールド壁１６２Ａの内側の中央部（中央ゾーン）と、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の周縁部（周縁ゾーン）に分けられる。
【００９２】
内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように円板状の内側シールド板１６４Ａが設けられている。外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、各シールド壁１６２Ａ、１６２Ｂの間の開口を塞ぐようにドーナツ板状の外側シールド板１６４Ｂが設けられている。
【００９３】
なお、シールド部材１６０の形状は、円筒状に限られるものではない。シールド部材１６０の形状を例えば角筒状など他の形状にしてもよいが、処理容器１９２の形状に合わせることが好ましい。ここでは、例えば処理容器１９２を略円筒状としているので、それに合わせてシールド部材１６０も略円筒状に形成している。また、処理容器１９２が略角筒状であれば、シールド部材１６０も略角筒状とするのが好ましい。
【００９４】
各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂにはそれぞれ、高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂが別々に接続されている。これにより、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂには同じ周波数又は異なる周波数の高周波を印加できる。例えば内側アンテナ素子１４２Ａに高周波電源１５０Ａ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１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入された処理ガスが励起され、被処理基体Ｗ上の中央部にドーナツ型のプラズマが生成される。
【００９５】
また、外側アンテナ素子１４２Ｂに高周波電源１５０Ｂ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１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入された処理ガスが励起され、被処理基体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。
【００９６】
これらのプラズマによって、第１処理ガスからラジカルが生成される。各高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂから出力される高周波は、上述した周波数に限られるものではない。例えば１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚなど様々な周波数の高周波を供給できる。但し、高周波電源１５０Ａ、１５０Ｂから出力される高周波に応じて各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。また、内側シールド板１６４Ａ、外側シールド板１６４Ｂはそれぞれ、アクチュエータ１６８Ａ、１６８Ｂによって別々に高さが調整できるようになっている。
【００９７】
プロセスモジュールＰＭ３には、制御部２００が接続されており、この制御部２００によってプロセスモジュールＰＭ３の各部が制御されるようになっている。また、制御部２００には、オペレータがプロセスモジュールＰＭ３を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プロセスモジュールＰＭ３の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる操作部２１０が接続されている。
【００９８】
例えば、制御部２００は、処理容器１９２内に供給された高周波の電力によりＰＦ３ガスを含有するガスから生成されたプラズマによって載置台１１０上の被処理基体Ｗのうち、金属積層膜のエッチングにより生成した反応生成物の除去を制御する。
【００９９】
さらに、制御部２００には、プロセスモジュールＰＭ３で実行される各種処理を制御部２００の制御にて実現するためのプログラムやプログラムを実行するために必要なレシピデータなどが記憶された記憶部２２０が接続されている。
【０１００】
記憶部２２０には、例えば被処理基体Ｗのプロセス処理を実行させるための複数のプロセス処理レシピの他、処理容器１９２内のクリーニング処理など必要な処理を行うためのレシピなどが記憶されている。これらのレシピは、プロセスモジュールＰＭ３の各部を制御する制御パラメータ、設定パラメータなどの複数のパラメータ値をまとめたものである。例えばプロセス処理レシピは、例えば処理ガスの流量、処理容器１９２内の圧力、各アンテナ素子１４２Ａ、１４２Ｂに印加する高周波の周波数やパワーなどのパラメータ値を有する。
【０１０１】
なお、これらのレシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく、またＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部２２０の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【０１０２】
制御部２００は、操作部２１０からの指示等に基づいて所望のプロセス処理レシピを記憶部２２０から読み出して各部を制御することで、プロセスモジュールＰＭ３での所望の処理を実行する。また、操作部２１０からの操作によりレシピを編集できるようになっている。
【０１０３】
以上に説明したように本実施形態によれば、２層の磁性体により挟まれた絶縁層のエッチング又はエッチング後の反応生成物の除去をスムーズに行うことができる。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るエッチング処理方法及び基板処理装置の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明に係るエッチング処理方法及び基板処理装置はかかる例に限定されない。本発明に係るエッチング処理方法及び基板処理装置の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明に係るエッチング処理方法及び基板処理装置の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０５】
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、Ｍ：マスク、Ｚ：反応生成物、ＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３：プロセスモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１０】
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【図１１】
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