CN101910455B - 基板台、包括该基板台的溅射装置以及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

一种基板台，被配置在真空容器内并具有载置基板的基板载置面，包括对所述基板施加磁场的第一磁场施加单元，所述第一磁场施加单元内部的磁化方向与所述基板的厚度方向一致。

Description

基板台、包括该基板台的溅射装置以及成膜方法
技术领域
本发明涉及基板台、包括该基板台的溅射装置以及成膜方法。
本申请以2008年1月15日于日本申请的特愿2008-005993号和2008年2月7日于日本申请的特愿2008-027719号为基础申请，在此引用它们的内容。
背景技术
一直以来，溅射装置被广泛用作成膜处理装置，适于形成构成隧道磁阻(TMR，Tunneling Magnetic Resistive)元件等半导体器件的被膜，其中，TMR构成磁性随机存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)。
作为这种溅射装置，存在具有以下结构的装置，其在处理室内配设有载置有基板的基板台以及相对于基板的法线方向倾斜配置的溅射阴极，该溅射阴极包括成膜材料的靶。在这种溅射装置中，一边使基板台旋转一边进行溅射处理，以便获得良好的膜质分布。另外，已知这样一种结构，其并不会使在靶附近生成的等离子体像现有的平衡磁控阴极那样在靶附近会聚，而是通过有意地破坏来自阴极的磁场的平衡，而使该等离子体扩散到基板附近(例如，参考专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-282235号公报
专利文献2：日本特开平06-264235号公报
图1是隧道接合磁阻元件的剖视图。
如图1所示，隧道接合元件10是层压磁性层(固定层)16，隧道势垒层(绝缘层)15以及磁性层(自由层)14等而形成的。
在近年来的MRAM中，在磁性层14、16上使用垂直磁化膜的垂直磁化方式的隧道接合元件10的开发取得进展。垂直磁化方式是指使用不易受到去磁影响的垂直方向的磁化旋转的方式。这种方式能够进一步实现元件的微细化，并能够提高记录密度。因此被认为是用以实现制造千兆比特级存储器所必不可少的。更进一步地，期待一种能够获得大的电阻变化率(MR比)，并能够将写入电流降低至数十分之一的方式。
然而，对于现有的垂直磁化方式的隧道接合元件10，实际情况是无法获得上述那样期望的MR比。作为其原因，可以举出例如无法充分地控制磁性层14、16的磁化方向的偏差。由于以往在形成垂直磁化膜时不对磁化方向施加磁场，而仅仅利用磁性层14、16垂直磁化的性质来进行制造，因此存在着在成膜的磁性层14、16的磁化方向上产生偏差的问题。其结果是在磁性层14、16的成膜工序中，磁性层14、16的晶体取向等膜特性产生偏差，并产生膜电阻值的偏差。
另外，在对磁性层14、16进行成膜的处理室内，与上述专利文献1那样在处理室内仅配置有一个阴极的情况不同，通常在处理室内配置有多个阴极，在各阴极的靶上安装有不同种类的成膜材料。因此，各阴极相对于基板的法线倾斜配置。在这种情况下，伴随着结构复杂化等实际上的困难，在各阴极上设置永久磁铁或电磁铁等来对基板的厚度方向(法线方向)施加磁场的结构并不现实。
而且，理想的是，为了形成上述垂直磁化膜的磁性层14、16，在对基板的表面施加垂直磁场的同时，进行溅射处理。
因此，可以考虑以下这样的结构，通过在载置基板的基板台上内置由永久磁铁等构成的磁场施加单元，从而在对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。
例如，已知一种磁性膜形成装置，其在靶与基板之间，在真空容器(室)周围配置了赫尔姆霍兹线圈(ヘルムホルツコイル)，用以对基板面沿垂直方向施加磁场(参考专利文献2)。然而，在这种磁性膜形成装置中，存在着在真空容器的周围配置赫尔姆霍兹线圈从而导致装置大型化的问题。
图18是示出内置有磁场施加单元的基板台的概要结构图。
如图18所示，基板台300包括：载置有基板W的台主体301以及在处理室内进行基板W的接收和基板W的交付的多根(图18中仅示出一根)升降杆302。在台主体301中内置有由永久磁铁等构成的磁场施加单元303。升降杆302插通在沿台主体301的厚度方向贯通的贯通孔304内，相对于台主体301可上下移动。
然而，对于这种结构，由于在台主体301上设置升降杆302的关系，所以必须形成使升降杆302插通台主体301和磁场施加单元303的贯通孔304。因此，在贯通孔304内，按照贯通孔304的外径大小，形成不存在磁场施加单元303的空间。
此时，从磁场施加单元303产生的磁力线B′通过贯通孔304转回到磁场施加单元303的背面侧。也就是，在基板W上的贯通孔304的附近区域，在施加到基板W的表面上的磁场方向上产生偏差。更进一步地，存在这样的问题：在贯通孔304的中央区域中，会被施加与贯通孔304的周围区域相反的磁场。其结果是在磁性层214、216(参考图12)中，磁化方向在面内产生偏差，成为引起MR比下降和面内偏差的原因。
发明内容
因此，为了解决上述课题，本发明的目的在于提供一种基板台以及包括该基板台的溅射装置、成膜方法，例如在利用溅射法进行磁性层的成膜时，通过对基板的整个表面施加垂直的磁场，能够抑制磁性层的磁化方向的偏差，并获得高MR比。
为了解决上述课题并达到上述目的，本发明的基板台，被配置在真空容器内并具有载置基板的基板载置面，所述基板台包括：第一磁场施加单元，具有所述基板的外径以上的外径，对所述基板施加磁场；以及升降杆，使所述基板相对于所述基板载置面来升降，所述第一磁场施加单元具有可滑动地插通所述升降杆的贯通孔，在所述升降杆上设置第二磁场施加单元，所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向和第二磁场施加单元的内部的磁化方向与所述基板的厚度方向一致。
所述第一磁场施加单元也可以以包围载置在所述基板载置面上的基板的周围的方式设置。
根据上述基板台，通过以包围基板周围的方式设置磁场施加单元，使该磁场施加单元内部的磁化方向与基板的厚度方向一致，从而能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。
所述第一磁场施加单元的中央也可以在所述基板载置面的法线方向上，可配置在与所述基板的表面相同的高度上。
此时，通过在基板的厚度方向上的磁场施加单元的中央部配置基板的表面，能够增加向基板表面垂直射入的磁场分量。
也可以在载置在所述基板载置面上的基板的背面侧设置所述第一磁场施加单元，所述第一磁场施加单元具有所述基板外径以上的大小。
此时，通过设置被形成为基板外径以上的大小的磁场施加单元，使该磁场施加单元内部的磁化方向与基板的厚度方向一致，从而能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。
也可以进一步包括：第一磁性体，位于所述第一磁场施加单元与所述基板之间。
此时，通过在磁场施加单元与基板之间包含第一磁性体，从而在第一磁性体的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高射入基板表面的磁场的垂直性。
还可以进一步包括：第二磁性体，以包围所述基板的周围的方式配置。
此时，通过以包围基板的周围的方式设置第二磁性体，从而在第二磁性体的内侧沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够进一步提高射入基板表面的磁场的垂直性。
也可以进一步包括：升降杆，相对于所述基板载置面来升降所述基板；以及第二磁场施加单元，被设置在该升降杆上，所述第一磁场施加单元具有贯通孔，所述升降杆可滑动地插通在所述贯通孔的内部，所述第二磁场施加单元的内部的磁化方向与所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向一致。
此时，通过在升降杆上设置与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元，从而在台主体与第一磁场施加单元上形成的贯通孔内，存在有与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元。据此，能够在贯通孔内使不存在磁场施加单元的空间缩小。因此，能够对基板的整个表面施加垂直的磁场。
也可以是在所述基板被载置在所述基板载置面上的状态下，所述第一磁场施加单元的上端面与所述第二磁场施加单元的上端面可配置在同一平面上。
此时，通过使第一磁场施加单元与第二磁场施加单元各自的上端面可配置在同一平面上，从而能够提高施加在基板表面上的磁场的垂直性。
也可以包括：多根所述升降杆；以及支撑部件，将所述各升降杆相互连接，所述第一磁场施加单元具有多个所述贯通孔，所述各升降杆分别配置在所述各贯通孔中。
此时，通过支撑部件连接多根升降杆，能够防止因第一磁场施加单元与第二磁场施加单元的吸引排斥而造成的升降杆的歪倒以及对升降杆移动的阻碍。
还可以进一步包括：磁性体，位于位于所述第一磁场施加单元和所述基板之间以及所述第二磁场施加单元和所述基板之间。
此时，通过在各磁场施加单元与基板之间分别包含磁性体，从而在磁性体的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高施加在基板表面上的磁场的垂直性。
本发明的溅射装置，包括：所述基板台；溅射阴极，相对于载置在所述基板载置面上的基板的法线倾斜配置；溅射室，配置有所述基板台和所述溅射阴极；真空排气单元，进行该溅射室内的真空排气；气体供给单元，向所述溅射室内供给溅射气体；以及电源，对所述溅射阴极施加电压。
此时，通过真空排气单元对溅射室内抽真空后，由气体供给单元向溅射室内导入溅射气体，由电源对靶施加电压，从而产生等离子体。这样一来，溅射气体的离子与作为阴极的靶碰撞，成膜材料的粒子从靶中飞出并附着到基板上。据此，能够对基板的表面进行成膜处理。
另外，由于包括上述本发明的基板台，因此能够对基板的整个表面施加垂直的磁场。所以，能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。因此，例如在磁性层的成膜过程中，能够在基板的整个面上使磁性层的磁化方向按相对于基板表面垂直的方向对齐，同时进行成膜。据此，由于能够提高磁性层在面内的磁化方向的垂直性，因此能够抑制磁性层在面内的磁化方向的偏差。所以，能够形成提高了磁性层的磁化方向的面内一致性的磁性多层膜，因此能够提供高MR的隧道接合元件。
本发明的成膜方法，在该成膜方法中使用基板台，所述基板台被配置在真空容器内并具有载置基板的基板载置面，所述基板台包括：第一磁场施加单元，具有所述基板的外径以上的外径，对所述基板施加磁场；以及升降杆，使所述基板相对于所述基板载置面来升降，所述第一磁场施加单元具有可滑动地插通所述升降杆的贯通孔，在所述升降杆上设置第二磁场施加单元，所述成膜方法包括：通过所述升降杆来升降所述基板；以及对载置在所述基板台上的所述基板，使所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向和第二磁场施加单元的内部的磁化方向与所述基板的厚度方向一致地来施加磁场的同时，在所述基板的表面上进行溅射处理。
所述第一磁场施加单元也可以以包围所述基板的周围的方式设置。
此时，通过磁场施加单元来施加基板厚度方向的磁场，从而能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。
所述第一磁场施加单元也可以被设置在所述基板的背面侧，且具有所述基板外径以上的大小。
此时，通过被形成为基板外径以上的大小的磁场施加单元来施加基板厚度方向的磁场，从而能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。
也可以通过第二磁场施加单元对所述基板施加磁场，使所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向与所述第二磁场施加单元的内部的磁化方向一致，且将所述第一磁场施加单元的上端面与所述第二磁场施加单元的上端面配置在同一平面上，而在所述基板上进行溅射处理，所述第二磁场施加单元被设置在升降杆上，所述升降杆可滑动地插通在设置于所述第一磁场施加单元上的贯通孔的内部，相对于所述基板载置面来升降所述基板。
此时，在升降杆上设置与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元，第一磁场施加单元与第二磁场施加单元各自的上端面被配置在同一平面上，从而在台主体与第一磁场施加单元上形成的贯通孔内，存在有与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元。据此，能够在贯通孔内使不存在磁场施加单元的空间缩小。因此，能够在对基板的整个表面施加垂直磁场的状态下，进行溅射处理。
另外，本发明的成膜方法的特征在于，使用上述成膜方法，形成垂直磁化膜，所述垂直磁化膜用于形成隧道接合元件。
此时，由于能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜，因此能够在使垂直磁化膜的面内的磁化方向按相对于基板表面垂直的方向对齐的同时，进行成膜。据此，由于能够提高垂直磁化膜的面内的磁化方向的垂直性，因此能够抑制垂直磁化膜在面内的偏差。所以，能够形成提高了垂直磁化膜的膜特性、晶体取向以及磁化方向的面内一致性的磁性多层膜，因此能够提供高MR的隧道接合元件。
根据本发明，通过使磁场施加单元内部的磁化方向与基板的厚度方向一致，能够在以良好的精度对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。据此，例如在垂直磁化膜的成膜过程中，能够在使垂直磁化膜的磁化方向按相对于基板表面垂直的方向对齐的同时，进行成膜。据此，由于能够提高垂直磁化膜的磁化方向的垂直性，因此能够抑制磁性层的磁化方向的偏差。所以，能够形成提高了垂直磁化膜的膜特性和晶体取向的磁性多层膜，因此能够提供高MR的隧道接合元件。
另外，根据本发明，通过在升降杆上设置与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元，从而在台主体与第一磁场施加单元上形成的贯通孔内，存在有与第一磁场施加单元的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元。据此，能够在贯通孔内使不存在磁场施加单元的空间缩小。因此，能够对基板的整个表面施加垂直的磁场。
附图说明
图1是隧道接合元件的剖视图；
图2是本发明的第一实施方式中的隧道接合元件的制造装置的概要结构图；
图3A是第一实施方式所述的溅射装置的立体图；
图3B是第一实施方式所述的溅射装置的侧面剖视图；
图4是本发明的第一实施方式中的磁场施加单元的主要部分的剖视图；
图5A是本发明的第二实施方式中的磁场施加单元的主要部分的立体图；
图5B是本发明的第二实施方式中的磁场施加单元的主要部分的剖视图；
图6是本发明的第三实施方式中的磁场施加单元的主要部分的剖视图；
图7是本发明的第四实施方式中的磁场施加单元的主要部分的剖视图；
图8是示出平行度的定义的说明图；
图9是平行度(度)沿距基板中心的距离(mm)的分布示意图；
图10是示出本发明中的磁场施加单元的其他结构的俯视图；
图11是示出本发明中的基板的其他结构的俯视图；
图12是隧道接合元件的剖视图；
图13是本发明的第五实施方式中的隧道接合元件的制造装置的概要结构图；
图14A是第五实施方式所述的溅射装置的立体图；
图14B是沿第五实施方式所述的溅射装置的A-A′线的侧面剖视图；
图15是本发明的第五实施方式中的基板台的立体图；
图16是相当于图15的C-C′线的剖视图；
图17是对从磁场施加单元产生的磁力线进行说明的说明图；
图18是示出内置有磁场施加单元的基板台的概要结构图。
符号说明
W           基板
23          溅射装置
62          台
64          靶
65、100、105永久磁铁(磁场施加单元)
101         磁性体(第一磁性体)
103         轭(第二磁性体)
73          溅射气体供给单元(气体供给单元)
222         溅射装置
238         第一磁场施加单元
239         第一磁性体(磁性体)
240         贯通孔
242         第二磁场施加单元
243         第二磁性体(磁性体)
244         支撑部件
262         基板台
265    溅射阴极
273    溅射气体供给单元(气体供给单元)
具体实施方式
接下来，根据附图对本发明的实施方式所述的溅射装置以及成膜方法进行说明。此外，在以下说明所使用的各附图中，为了使各部件为可识别的大小，适当改变了各部件的比例尺。
(第一实施方式)
(磁性多层膜)
首先，对作为包含磁性层的多层膜的一例的MRAM所使用的隧道接合元件进行说明。
图1是隧道接合元件的侧面剖视图。
隧道接合元件10是在基板W上主要层压有磁性层(固定层)16，由MgO等构成的隧道势垒层15，磁性层(自由层)14，以及由PtMn、IrMn等构成的反铁磁性层(未图示)的垂直磁化方式的隧道接合元件10。此外，磁性层14、16的构成材料可以采用例如FePt、TbFeCo、Co/Pd、Fe/EuO、Co/Pt、CoPtCr-SiO2、CoCrTaPt、CoCrPt等。另外，隧道接合元件10实际上还层压有上述以外的功能层，成为15层左右的多层结构。
磁性层(固定层)16是其磁化方向被固定为相对于基板W的表面相垂直的层，具体而言，相对于基板W的表面，朝向上方被固定。另一方面，磁性层(自由层)14是其磁化方向按照外部磁场的方向进行变化的层，相对于磁性层(固定层)16的磁化方向可以平行或反平行地反转。根据固定层16和自由层14这两者的磁化方向是相互平行还是反平行，隧道接合元件10的电阻值会有所不同。通过在MRAM(未图示)中包含这样的隧道接合元件10，能够使磁性体的磁化方向具有“0”、“1”的信息，因此能够读出或改写“1”或“0”。
(磁性多层膜的制造装置)
图2是本实施方式所述的磁性多层膜的制造装置(以下，称为制造装置)的概要结构图。
如图2所示，本实施方式的制造装置20是以基板搬送室26为中心按放射状配置有多个溅射装置21～24的制造装置，是一贯执行构成例如上述隧道接合元件的磁性多层膜的预处理和成膜工序的集群式制造装置20。
具体而言，制造装置20包括：保持成膜前的基板W的基板盒室27、执行反铁磁性层的成膜工序的第一溅射装置21、执行磁性层(固定层)16的成膜工序的溅射装置(第二溅射装置)22、执行隧道势垒层15的成膜工序的第三溅射装置23、以及执行磁性层(自由层)14的成膜工序的溅射装置(第四溅射装置)24。另外，经由基板搬送室26在溅射装置24的搬送侧包含有基板预处理用装置25。
在上述制造装置20中，在必要的基板预处理之后，在各溅射装置21～24中，在基板W上形成磁性层16、隧道势垒层15、磁性层14等磁性多层膜。这样，集群式制造装置20不会使提供到制造装置20的基板W暴露于大气中，而能够在基板W上形成磁性多层膜。此外，在磁性多层膜上形成抗蚀图(レジストパタ一ン)，通过刻蚀使磁性多层膜形成规定形状之后，去掉抗蚀图，从而形成隧道接合元件10。
在此，对作为本实施方式所述的溅射装置的，执行磁性多层膜之中的磁性层14、16的成膜工序的溅射装置22、24进行说明。此外，由于本实施方式的溅射装置22、24是大致相同的结构，因此在以下说明中对溅射装置22进行说明，省略溅射装置24的说明。
图3A是本实施方式所述的溅射装置的立体图，图3B是沿图3A的A-A线的侧面剖视图。另外，图4是主要部分的剖视图。
如图3A和图3B所示，溅射装置22是将载置基板W的台62和靶64配设在规定位置而构成的。在上述第一溅射装置21中经过反铁磁性层的成膜工序的基板W，经由未图示的搬入口，从基板搬送室26被搬送至溅射装置22。
如图3B所示，溅射装置22包括由Al合金或不锈钢等金属材料形成为箱型的室61。在室61的底面附近的中央部设置有载置基板W的台62。台62通过未图示的旋转机构，使其旋转轴62a与基板W的中心O一致，能够以任意的转速进行旋转。据此，能够使载置在台62上的基板W与其表面相平行地旋转。此外，本实施方式的基板W使用基板尺寸例如为外径300mm的硅片。
以包围上述台62和靶64的方式设置有由不锈钢等构成的防护板(侧部防护板71和下部防护板72)。侧部防护板71形成为圆筒状，被配设为其中心轴与台62的旋转轴62a一致。另外，从侧部防护板71的下端部到台62的外周边设置有下部防护板72。该下部防护板72与基板W的表面相平行地形成，被配设为其中心轴与台62的旋转轴62a一致。
由台62、下部防护板72和侧部防护板71、以及室61的顶面所包围的空间形成为对基板W进行溅射处理的溅射处理室70(溅射室)。该溅射处理室70为轴对称形状，其对称轴与台62的旋转轴62a一致。据此，能够对基板W的各部分进行均质的溅射处理，能够降低膜厚分布的偏差。
在形成溅射处理室70的侧部防护板71的上部，连接有供给溅射气体的溅射气体供给单元(气体供给单元)73。该溅射气体供给单元73用于向溅射处理室70内导入氩气(Ar)等溅射气体，溅射气体由设置在溅射处理室70外部的溅射气体供给源74供给。此外，从溅射气体供给单元73也可以供给O2等反应气体。另外，在室61的侧面设置有排气口69。该排气口69与未图示的排气泵(真空排气单元)连接。
在室61的顶面附近的周边部，沿着台62的旋转轴62a的周围(基板W的周向)等间隔地配置有多个(例如四个)靶64。靶64与未图示的外部电源(电源)连接，保持于负电位(阴极)。
在各靶64的表面上分别配置有上述磁性层14的成膜材料和衬底膜的成膜材料等可层压为磁性多层膜的多种成膜材料。而且，在各靶64上配置的成膜材料可以适当变更。另外，也可以是在所有的靶64上都配置磁性层14、16的成膜材料的结构。
另外，上述靶64相对于载置在台62上的基板W的法线倾斜配设。
另外，靶64被配置为，通过其表面的中心点T的法线(中心轴)64a相对于基板W的旋转轴62a，以例如角度θ倾斜，靶64的法线64a与基板W的表面在基板W的周边部分相交叉。
在此，也如图4所示，在基板W的径向外侧，以包围基板W周围的方式，配置有环状的永久磁铁(磁场施加单元)65。该永久磁铁65被形成为其内径、厚度均大于基板W，永久磁铁65内部的磁化方向与基板W的厚度方向(法线方向)一致。在永久磁铁65的轴向的中央部配置有基板W。也就是，在基板W的法线方向上的永久磁铁65的中央部配置有基板W的表面。据此，从永久磁铁65延伸的磁力线B1，从N极(例如上面侧)通过中央孔，大致垂直地穿过基板W的表面之后，向着S极(例如下面侧)而形成。因此，在永久磁铁65的内侧延伸的磁力线B1，具有相对于基板W的表面垂直(法线方向)的磁场分量，向基板W的整个表面大致垂直地射入。此外，在本实施方式中，将磁场施加单元设为环状的永久磁铁来进行说明，但只要是包围基板周围的结构，那么也可以分开设置多个永久磁铁。
(成膜方法)
接下来，对利用本实施方式的溅射装置的成膜方法进行说明。此外，在以下说明中，在上述磁性多层膜之中，主要对由溅射装置22执行的磁性层14的成膜方法进行说明。
首先，如图3A和图3B所示，在台62上载置基板W，通过旋转机构使台62以规定的转速旋转。通过真空泵将溅射处理室70内抽真空后，从溅射气体供给单元73向溅射处理室70内导入氩气等溅射气体。从与靶64连接的外部电源对靶64施加电压从而产生等离子体。这样一来，溅射气体的离子与作为阴极的靶64碰撞，成膜材料的粒子从靶64中飞出，并附着到基板W上。由此，磁性层14成膜在基板W的表面上(参考图1)。此时，通过使靶64附近产生高密度等离子体，能够使成膜速度高速化。
而如上所述，垂直磁化方式的隧道接合元件使用不易受到去磁影响的垂直方向的磁化旋转。这种方式能够进一步实现元件的微细化，并能够提高记录密度，因此被认为是用以实现制造千兆比特级存储器所必不可少的。更进一步地，它被作为能够获得高MR比、能够使写入电流降低至数十分之一的技术。但是，在磁性层的成膜工序中，由于成膜的磁性层14、16的磁化方向上偏差的影响，造成无法获得所期望的MR比。
因此，在本实施方式中，在磁性层14的成膜工序中，通过设置在基板W周围的永久磁铁65，产生相对于基板W的表面垂直的磁场的同时，进行成膜。
如图4所示，如果通过永久磁铁65施加磁场，则从永久磁铁65延伸的磁力线B1向基板W的整个表面垂直射入。具体而言，在永久磁铁65的内侧延伸的磁力线B1，从N极(上面侧)产生并通过永久磁铁65的内侧射入S极(下面侧)。从靶64中飞出的磁性层14的成膜材料受到相对于基板W的表面垂直的磁场，并在基板W的表面上堆积。此外，优选地，通过永久磁铁65所施加的磁场，在基板W的表面的各部分中为50(Oe)以上。
其结果是在磁性层14的成膜过程中，能够使磁性层14的磁化方向相对于基板W的表面变为垂直地来进行成膜。此时，能够将磁性层14的平行度(关于平行度的定义请见后述)抑制在1度以下。此外，优选地，根据使用的成膜材料，设定退火条件用以提高磁性层14的垂直性。
如此，根据本实施方式，形成以包围基板W周围的方式设置永久磁铁65，使该永久磁铁65内部的磁化方向与基板W的法线方向一致的结构。
根据这种结构，通过设置沿基板W的法线方向具有磁化方向的永久磁铁65，能够在以良好的精度对基板W的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。因此，在磁性层14的成膜过程中，能够在使磁性层14的磁化方向相对于基板W的表面垂直对齐的同时，进行成膜。据此，能够提高磁性层14的磁化方向的垂直性，因此能够抑制磁性层14的磁化方向的偏差。所以，能够形成提高了磁性层14的膜特性和晶体取向的磁性多层膜，因此能够提供高MR的隧道接合元件10。
另外，通过在基板W的法线方向上的永久磁铁65的中央部配置基板W的表面，能够增加垂直射入基板W的表面的磁场分量。因此，能够进一步降低磁性层14的磁化方向的偏差。
据此，不会使溅射装置22的结构复杂化，而能够提供高MR且写入电流低的隧道接合元件10。
(第二实施方式)
接下来，说明本发明的第二实施方式。在本实施方式中，磁场施加单元的结构与第一实施方式不同，对与第一实施方式相同的结构标注相同的符号并省略说明。图5A是第二实施方式中的主要部分的立体图，图5B是剖视图。此外，在图5A和图5B中，为了使说明易于理解，省略上述室61(参考图3A和图3B)等的记载。
如图5A和图5B所示，在基板W的背面侧配置有与基板W的背面相平行的永久磁铁100。该永久磁铁100为圆板状，被配置为其中心轴与基板W的中心O一致。永久磁铁100内部的磁化方向与基板W的厚度方向(法线方向)一致。因此，从永久磁铁100延伸的磁力线B2，从永久磁铁100的N极(例如上面侧)大致垂直地穿过基板W的表面之后，在基板W的外周转回并向着S极(例如下面侧)而形成。此时，磁力线B2具有相对于基板W的表面垂直(法线方向)的磁场分量，向基板W的整个表面垂直射入。
另外，永久磁铁100的外径被形成为大于基板W的外径(例如300mm)。此外，只要永久磁铁的外径在基板的外径以上，就可以适当地变更设计。另外，永久磁铁优选是一体的，但是也可以使用多个永久磁铁来构成基板外径以上的永久磁铁。此时，优选地，各永久磁铁间的间隔为1mm以下。
如此，在本实施方式中，形成在基板W的背面侧设置有具有基板W外径以上的大小的永久磁铁100，使该永久磁铁100内部的磁化方向与基板W的法线方向一致的结构。
根据这种结构，能够实现与上述第一实施方式同样的效果。另外，通过将永久磁铁100的外径形成为基板W的外径以上，能够增加射入基板W的磁力线B2的垂直性，也就是能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量。
(第三实施方式)
接下来，说明本发明的第三实施方式。在本实施方式中，关于在磁场施加单元与基板之间设置有第一磁性体这点，与第二实施方式不同，对与第二实施方式相同的结构标注相同的符号并省略说明。图6是第三实施方式中的主要部分的剖视图。此外，在图6中，为了使说明易于理解，省略上述室61(参考图3A和图3B)等的记载。
如图6所示，在永久磁铁100上设置有磁性体(第一磁性体)101。该磁性体101由实施了镀镍的Fe或磁性不锈钢(SUS430)等构成。磁性体101为圆板状，被形成为大于永久磁铁100的外径。
在本实施方式中，在实现与上述第二实施方式同样的效果的同时，在永久磁铁100上形成磁性体101，从而在磁性体101的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高从永久磁铁100延伸的磁力线B3的垂直性。也就是，由于能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量，因此在磁性膜14、16(参考图1)的成膜工序中，能够进一步降低磁性层14的磁化方向的偏差。
(第四实施方式)
接下来，说明本发明的第四实施方式。在本实施方式中，关于以包围基板周围的方式设置有第二磁性体这点，与第二实施方式不同，对与第二实施方式相同的结构标注相同的符号并省略说明。图7是第四实施方式中的主要部分的剖视图。此外，在图7中，为了使说明易于理解，省略上述室61(参考图3A和图3B)等的记载。
如图7所示，在磁性体101上设置有轭(第二磁性体)103。该轭103与上述磁性体101同样由实施了镀镍的Fe或磁性不锈钢(SUS430)等构成。轭103被形成为在磁性体101的外周部分垂直竖立于磁性体101的表面，并遍及磁性体101的整个外周。因此，轭103被配置为包围基板W的周围。
在本实施方式中，在实现与上述第二实施方式同样的效果的同时，通过在磁性体101上配置轭103，从而在轭103的内侧沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够进一步提高从永久磁铁100延伸的磁力线B4的垂直性。也就是，由于能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量，因此在磁性膜14(参考图1)的成膜工序中，能够进一步降低磁性层14的磁化方向的偏差。
(平行度测定试验)
本申请的发明人使用包括上述各实施方式中的磁场施加单元的溅射装置，进行了测定磁场相对于基板的法线方向的平行度的试验。本试验中的平行度的测定是在距离磁场施加单元5mm左右的基板的表面位置上，使用霍尔元件并通过三维磁场测定器来进行的。另外，对于本试验中的磁场的测定部位，按照磁场相对于基板中心为轴对称来考虑，在从基板表面上的基板中心到外周(距外周边2mm左右的位置)的区间中，沿着半径方向进行测定。此外，测定是针对于基板上相正交的两个方向来进行的。
此外，各条件A～C中的测定条件如下所示。
条件A：仅永久磁铁(外径300mm、厚度5mm)(与图5A和图5B所示的第二实施方式同样的结构)；条件B：永久磁铁(外径300mm、厚度5mm)+磁性体(Fe：外径300mm、厚度1.5mm)(与图6所示的第三实施方式同样的结构)；条件C：永久磁铁(外径300mm、厚度5mm)+磁性体(Fe：外径300mm、厚度1.5mm)+轭(Fe：内径330mm、宽度20mm、高度30mm)(与图7所示的第四实施方式同样的结构)。
图8是示出平行度的定义的说明图。
如图8所示，平行度是指在基板W的各点上，垂直于面的法线与磁力线B5的切线方向所形成的角度θ。也就是，角度θ如果为0度，则为相对于基板W垂直的磁场。实际上，从基板的中心O来假设轴对称坐标系，测定相对于基板W的表面垂直的磁场分量Bs与平行的磁场分量Bh，并根据arctan(Bh/Bs)求出角度θ。
图9示出平行度(度)沿距基板中心的距离(mm)的分布。
如图9所示，在条件A～C中的任何一种情况下，随着从基板的中心(0mm)趋向外周，平行度都处于增加的趋势，在条件A的情况下，在基板的最外周(148mm)能够将平行度抑制到11度左右。另外，在条件B的情况下，能够将平行度抑制到8度左右。可以认为这是由于在永久磁铁上配置磁性体，从而在磁性体的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此提高了从永久磁铁延伸的磁力线的垂直性。
更进一步地，在条件C的情况下，能够将基板最外周的平行度抑制到5度左右，能够大幅地降低磁化方向的偏差。可以认为这是由于在磁性体的外周部分配置包围基板的轭，从而在轭的内侧沿着其中心轴配置有磁力线，因此特别提高了基板外周部分的磁力线的垂直性。
根据以上结果，通过如上所述的永久磁铁对基板的表面施加具有垂直磁场分量的磁场，例如在垂直磁化方式的磁性层的成膜过程中，能够在使磁性层的磁化方向相对于基板表面垂直对齐的同时，进行成膜。据此，能够提高磁性层的膜特性和晶体取向，并提高磁性层的磁化方向的垂直性，抑制磁性层的磁化方向的偏差，因此能够获得高MR。
以上，参考附图对本发明所述的优选实施方式进行了说明，当然本发明并不限定于所述的例子。在上述例子中示出的各结构部件或组合等为一例，在不脱离本发明宗旨的范围内，根据设计要求等，可以进行各种变更。
例如，在上述各实施方式中，对使用永久磁铁作为磁场施加单元的情况进行了说明，但也可以采用诸如使用电磁铁来代替永久磁铁的结构。另外，在上述各实施方式中，对磁性多层膜之中形成隧道接合元件中的磁性层的情况进行了说明，但是并不限于磁性层，也可以针对各种成膜材料采用上述各实施方式。
图10、11是示出磁场施加单元的其他结构的俯视图。
在上述各实施方式中，对使用圆板状或环状的永久磁铁的情况进行了说明，但是可以适当地变更设计，如图10所示，使用矩形的永久磁铁105等。另外，在上述各实施方式中，对使用圆板状的基板W(例如参考图3A和图3B)的情况进行了说明，但是可以适当地变更设计，如图11所示，使用矩形的基板106等。此外，在图10、11的任何一种结构中，从提高磁场的垂直性的观点来看，优选将永久磁铁105的外径设定为基板W、106的外径以上。
(第五实施方式)
接下来，根据附图说明本发明的第五实施方式。此外，在以下说明所使用的各附图中，为了使各部件为可识别的大小，适当改变了各部件的比例尺。
(磁性多层膜)
首先，对作为包含磁性层的多层膜的一例的MRAM所使用的隧道接合元件进行说明。
图12是隧道接合元件的侧面剖视图。
隧道接合元件210是在基板W上主要层压有磁性层(固定层)216，由MgO等构成的隧道势垒层215，磁性层(自由层)214，以及由PtMn、IrMn等构成的反铁磁性层(未图示)的垂直磁化方式的隧道接合元件210。此外，磁性层214、216的构成材料可以采用例如FePt、TbFeCo、Co/Pd、Fe/EuO、Co/Pt、CoPtCr-SiO2、CoCrTaPt、CoCrPt等。另外，隧道接合元件210实际上还层压有上述以外的功能层，成为15层左右的多层结构。
磁性层(固定层)216是其磁化方向被固定为相对于基板W的表面相垂直的层，具体而言，相对于基板W的表面，朝向上方被固定。另一方面，磁性层(自由层)214是其磁化方向按照外部磁场的方向进行变化的层，相对于磁性层(固定层)216的磁化方向可以平行或反平行地反转。根据固定层216和自由层214这两者的磁化方向是相互平行还是反平行，隧道接合元件210的电阻值会有所不同。通过在MRAM(未图示)中包含这样的隧道接合元件210，能够使磁性体的磁化方向具有“0”、“1”的信息，因此能够读出或改写“1”或“0”。
(磁性多层膜的制造装置)
图13是本实施方式所述的磁性多层膜的制造装置(以下，称为制造装置)的概要结构图。
如图13所示，本实施方式的制造装置220是以基板搬送室226为中心按放射状配置有基板预处理室225和多个溅射装置221～224的制造装置，是一贯执行构成例如上述隧道接合元件的磁性多层膜的预处理和成膜工序的集群式制造装置220。
具体而言，制造装置220包括：执行基板W的预处理工序的基板预处理室225、保持成膜前的基板W的基板盒室227、执行反铁磁性层的成膜工序的第一溅射装置221、执行磁性层(固定层)216的成膜工序的第二溅射装置(溅射装置)222、执行隧道势垒层215的成膜工序的第三溅射装置223、以及执行磁性层(自由层)214的成膜工序的第四溅射装置(溅射装置)224。
在上述制造装置220中，在基板预处理室225中实施了必要的基板预处理之后，在各溅射装置221～224中，在基板W上形成有磁性层216、隧道势垒层215、磁性层214等磁性多层膜。这样，集群式制造装置220不会使提供到制造装置220的基板W暴露于大气中，而能够在基板W上形成磁性多层膜。此外，在磁性多层膜上形成抗蚀图，通过刻蚀使磁性多层膜形成规定形状之后，去掉抗蚀图，从而形成隧道接合元件210。
(溅射装置)
在此，对作为本实施方式所述的溅射装置的、执行磁性多层膜之中的磁性层214、216的成膜工序的第二、第四溅射装置222、224进行说明。此外，由于本实施方式的第二、第四溅射装置222、224是大致相同的结构，因此在以下说明中对第二溅射装置222进行说明，省略第四溅射装置224的说明。另外，在以下说明中，将第二溅射装置222作为溅射装置222进行说明。
图14A是本实施方式所述的溅射装置的立体图，图14B是沿图14A的A-A线的侧面剖视图。另外，图15是主要部分的剖视图。
如图14A和图14B所示，溅射装置222是将载置基板W的基板台262和包含成膜材料的靶264的溅射阴极265配设在规定位置而构成的。在上述第一溅射装置221中经过反铁磁性层的成膜工序的基板W，经由未图示的搬入口，从基板搬送室226被搬送至溅射装置222。
如图14B所示，溅射装置222包括由Al合金或不锈钢等金属材料形成为箱型的室261。在室261的底面附近的中央部设置有载置基板W的基板台262。基板台262通过未图示的旋转机构，使其旋转轴262a与基板W的中心O一致，能够以任意的转速进行旋转。据此，能够使载置在基板台262上的基板W与其表面相平行地旋转。此外，本实施方式的基板W使用基板尺寸例如为外径300mm的硅片。
以包围上述基板台262和溅射阴极265的方式设置有由不锈钢等构成的防护板(侧部防护板271和下部防护板272)。侧部防护板271形成为圆筒状，被配设为其中心轴与基板台262的旋转轴262a一致。另外，从侧部防护板271的下端部到基板台262的外周边设置有下部防护板272。该下部防护板272与基板W的表面相平行地形成，被配设为其中心轴与基板台262的旋转轴262a一致。
由基板台262、下部防护板272和侧部防护板271、以及室261的顶面所包围的空间形成为对基板W进行溅射处理的溅射处理室270(溅射室)。该溅射处理室270为轴对称形状，其对称轴与基板台262的旋转轴262a一致。据此，能够对基板W的各部分进行均质的溅射处理，能够降低膜质分布和磁化方向的偏差。
在室261的顶面附近的周边部，沿着基板台262的旋转轴262a的周围(基板W的周向)等间隔地配置有多个(例如四个)溅射阴极265。
各溅射阴极265与未图示的外部电源(电源)连接，保持于负电位。在各溅射阴极265的表面上分别配置有靶264。靶264为圆板形状，由上述磁性层214的成膜材料和衬底膜的成膜材料等可层压为磁性多层膜的多种成膜材料构成。而且，各靶的材料可以适当地变更。另外，也可以是在所有的溅射阴极上都配置同一材料(例如磁性层的成膜材料)的靶的结构。
另外，上述溅射阴极265相对于载置在基板台262上的基板W的法线倾斜配设。即，安装在溅射阴极265上的靶264被配置为，通过其表面的中心点T的法线(中心轴)264a相对于基板W的旋转轴262a，以例如角度θ倾斜，靶264的法线264a与基板W的表面在基板W的周边部分相交叉。
在溅射装置222的外部，设置有向溅射处理室270内供给溅射气体的溅射气体供给单元(气体供给单元)273。该溅射气体供给单元273向溅射处理室270内供给氩气(Ar)等溅射气体。
溅射气体供给单元273被构成为与形成溅射处理室270的侧部防护板271的上部连接，向溅射处理室270内的靶264的附近供给溅射气体。此外，从溅射气体供给单元273也可以供给O2等反应气体。另外，在室261的侧面设置有排气口269。该排气口269与未图示的排气泵(排气单元)连接。
(基板台)
接下来，对上述基板台262进行更详细的说明。
图15是基板台的立体图，图16是相当于图15的C-C′线的剖视图。另外，图17是对从磁场施加单元产生的磁力线进行说明的说明图。
如图15、16所示，上述基板台262包括：台主体230以及升降杆232。台主体230是由SUS等构成的圆板形状的部件，由基础部233和盖部234组成。基础部233是有底筒状部件，其从具有圆板形状的底部235的外周边竖立设置有圆筒部236，由底部235和圆筒部236所包围的区域构成为剖视呈凹状的收容部237。
在收容部237内收容有第一磁场施加单元238。该第一磁场施加单元238由永久磁铁等构成，被形成为具有与收容部237的内径相同的外径的圆板形状。第一磁场施加单元238被配置为：其中心轴与基板台262的旋转轴262a一致，也就是第一磁场施加单元238的中心轴与基板W的中心O一致。第一磁场施加单元238用于从载置在台主体230上的基板W的背面侧，对基板W的表面施加大致垂直的磁场，其内部的磁化方向与基板W的厚度方向(法线方向)一致。
因此，如图17所示，从第一磁场施加单元238延伸的磁力线B，从第一磁场施加单元238的N极(例如上面侧)大致垂直地穿过基板W的表面之后，在基板W的外周转回并向着S极(例如下面侧)而形成。此时，从第一磁场施加单元238产生的磁力线B，具有相对于基板W的表面垂直(法线方向)的磁场分量，被垂直地施加于基板W的表面。
另外，如图15、16所示，第一磁场施加单元238的外径被形成为大于基板W的外径(例如300mm)。据此，能够对基板W的表面施加均匀的磁场。此外，只要第一磁场施加单元的外径在基板的外径以上，就可以适当地变更设计。另外，第一磁场施加单元优选为一体的永久磁铁，但是也可以使用多个永久磁铁来构成基板外径以上的永久磁铁。例如，也可以是在中心配置圆板状的永久磁铁，并配置多个环状的永久磁铁以包围其周围的结构。此时，优选地，各永久磁铁间的间隔为1mm以下。
在第一磁场施加单元238的上面配置有第一磁性体239。该第一磁性体239由实施了镀镍的Fe或磁性不锈钢(SUS430)等构成。第一磁性体239被形成为具有与第一磁场施加单元238相同的外径，且比第一磁场施加单元238更薄。
在第一磁性体239的上面设置有覆盖第一磁性体239的盖部234。
该盖部234是圆板形状的部件，被形成为外径与基础部233中的圆筒部236的内径相同，厚度S例如为5mm左右。通过在收容部237内的第一磁性体239的上面配置盖部234，来堵塞收容部237的开口。盖部234的上面形成为平坦面，并构成为载置基板W的基板载置面234a。此外，在台主体230的外周部分，圆筒部236的端面从盖部234的上面位置突出出来。
在台主体230的旋转轴262a与外周之间，沿着台主体230的周向，等间隔地形成有多个(例如三个)贯通孔240。该贯通孔240是例如内径D为10mm左右的圆孔，在包括第一磁场施加单元238和第一磁性体239的台主体230的厚度方向(轴向)上贯通。
在各贯通孔240中插通有沿台主体230的厚度方向可上下移动的多根(例如三根)升降杆232(232a～232c)。各升降杆232a～232c是圆柱形状的物体，其竖立设置于被设置在台主体230下方的升降板241上，被形成为外径E例如为8mm左右。通过使升降板241上下移动，从而使各升降杆232a～232c同时上下移动。各升降杆232a～232c在其上端面支撑基板W的背面，通过使各升降杆232a～232c上升并从台主体230的上面突出出来，从而执行搬入到室261内的基板W的接收、以及从室261内搬出的基板W的交付。
在此，在各升降杆232的前端部分内置有第二磁场施加单元242。该第二磁场施加单元242是由永久磁铁等构成的圆柱形状的物体，被形成为厚度与上述第一磁场施加单元238的厚度相同，同时其内部的磁化方向与第一磁场施加单元238内部的磁化方向一致。也就是，如图17所示，从第二磁场施加单元242延伸的磁力线B也与第一磁场施加单元238同样，从其N极(例如上面侧)大致垂直地穿过基板W的表面之后，在基板W的外周转回并向着S极(例如下面侧)而形成。
如图15、16所示，在第二磁场施加单元242的上面配置有由与上述第一磁性体239同样的材质构成的第二磁性体243。该第二磁性体243被形成为具有与第二磁场施加单元242相同的外径，而厚度与第一磁性体239的厚度相同。
升降杆232可配置为，当基板W被载置在台主体230的基板载置面234a上时，升降杆232的前端部分存在于贯通孔240内。即，可在与基板W的背面之间隔开间隙来配置升降杆232的前端面。此时，可配置为，使内置在升降杆232中的第二磁场施加单元242的上端面与收容在台主体230中的第一磁场施加单元238的各自的上端面位于同一平面上。此外，升降杆232可通过上述基板台262的旋转机构，与基板台262一起旋转。
如此，本实施方式的溅射装置222的基板台262，在上述第一磁场施加单元238之外，在台主体230的贯通孔240内，还存在与第一磁场施加单元238内部的磁化方向具有同一磁化方向的第二磁场施加单元242。也就是，被构成为，在遍及基板W的背面侧的大致整个面上，配置有将基板W的厚度方向作为磁化方向的磁场施加单元238、242。
另外，各升降杆232a～232c在其升降板241侧，通过支撑部件244相互连接。该支撑部件244是与各升降杆232a～232c的轴向相正交而延伸设置的棒状部件。支撑部件244通过其两端被架设在两根升降杆232a、232b之间，例如其一端与多根升降杆232a～232c之中的一根升降杆232a的周面相连接，另一端与和升降杆232a相邻的升降杆232b的周面相连接。因此，各升降杆232a～232c通过三根支撑部件244被彼此连接，用以防止了各升降杆232a～232c朝径向歪倒等。此外，支撑部件并不限于棒状部件。
(成膜方法)
接下来，对利用本实施方式的溅射装置的成膜方法进行说明。此外，在以下说明中，在上述磁性多层膜之中，主要对由溅射装置222执行的磁性层214的成膜方法进行说明。
首先，如图15、16所示，将在第一溅射装置221内经过反铁磁性层等的成膜的基板W搬送到溅射装置222内。具体而言，首先使升降杆232上升，使升降杆232从台主体230的上面突出出来。通过上升的升降杆232，接收从第一溅射装置221搬送的基板W。
接着，在由升降杆232的前端面支撑基板W的背面的状态下，使升降杆232下降并将基板W载置在台主体230的基板载置面234a上。此时，优选地，在内置于升降杆232的第二磁场施加单元242与内置于台主体230的第一磁场施加单元238的上端面处于同一平面的位置上，使升降杆232的下降停止。然而，在使升降杆232下降时，例如由于第一磁场施加单元238的上面侧的磁极与第二磁场施加单元242的下面侧的磁极不同，因此在各磁场施加单元238、242之间产生吸引力，并有可能导致升降杆232倒下。因此，分别通过支撑部件244来连接各升降杆232a～232c，从而即使在各磁场施加单元238、242之间产生吸引力时，也能够防止各升降杆232a～232c歪倒。
据此，也不会阻碍升降杆232的移动。
在基板载置面234a上载置基板W之后，通过旋转机构使基板台262与升降杆232一起以规定的转速旋转。接着，通过真空泵将溅射处理室270内抽真空后，从溅射气体供给单元273向溅射处理室270内导入氩气等溅射气体。由与溅射阴极265连接的外部电源对靶264施加电压。这样一来，在溅射处理室270内由等离子体激发的溅射气体的离子与靶264碰撞，成膜材料的粒子从靶264中飞出，并附着到基板W上。由此，磁性层214成膜在基板W的表面上(参考图12)。此时，通过使靶264附近产生高密度等离子体，能够使成膜速度高速化。
在本实施方式中，在磁性层214的成膜工序中，通过设置在基板W周围的第一磁场施加单元238和第二磁场施加单元242，产生相对于基板W的表面垂直的磁场的同时，进行成膜。
如果通过第一磁场施加单元238施加磁场，则从第一磁场施加单元238延伸的磁力线B向基板W的表面垂直射入。具体而言，从第一磁场施加单元238延伸的磁力线B从N极(上面侧)产生并大致垂直地穿过基板W的表面之后，射入第一磁场施加单元238的S极(下面侧)。从靶264中飞出的磁性层214的成膜材料的粒子受到相对于基板W的表面垂直的磁场，并在基板W的表面上堆积。此时，通过在第一磁场施加单元238的上面配置第一磁性体239，从而在第一磁性体239的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高从第一磁场施加单元238延伸的磁力线B相对于基板W表面的垂直性。也就是，能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量。此外，优选地，通过各磁场施加单元238、242所施加的磁场，在基板W的表面的各部分中为50(Oe)以上。另外，优选地，根据使用的成膜材料，设定退火条件用以提高磁性层214在面内的磁化方向的垂直性。
在磁性层214被成膜之后，向第三溅射装置223搬送基板W。具体而言，在由升降杆232的前端面支撑基板W的状态下，使升降杆232上升至基板W的交付位置，交付基板W。在此，在使升降杆232上升时，与上述使升降杆232下降时同样，例如由于第一磁场施加单元238的上端侧的磁极与第二磁场施加单元242的下端侧的磁极不同，因此在各磁场施加单元238、242之间产生吸引力，有可能导致升降杆232倒下。因此，分别通过支撑部件244来连接各升降杆232a～232c，从而即使在各磁场施加单元238、242之间产生吸引力时，也能够防止各升降杆232a～232c歪倒。据此，也不会阻碍升降杆232的移动。
然而，在上述现有技术中，如图18所示，由于在台主体301上设置升降杆302的关系，所以必须形成使升降杆302插通台主体301和磁场施加单元303的贯通孔304。因此，在贯通孔304内，按照贯通孔304的外径大小，形成不存在磁场施加单元303的空间。
此时，在磁场施加单元303的外周部分的区域中，从磁场施加单元303产生的磁力线B′大致垂直地穿过基板W的表面，对基板W的表面施加大致垂直的磁场。另一方面，在贯通孔304附近的区域中，从磁场施加单元303延伸的磁力线B′弯曲延伸。在距离贯通孔304更近的区域中，从磁场施加单元303产生的磁力线B′通过贯通孔304转回到磁场施加单元303的背面侧。也就是，在基板W上的贯通孔304的附近区域中，施加到基板W表面的磁场方向产生偏差。更进一步地，存在这样的问题：在贯通孔304的中央区域中，有可能会被施加与贯通孔304的周围区域相反的磁场。其结果在磁性层214、216(参考图12)中，磁化方向在面内产生偏差，成为引起MR比下降和面内偏差的原因。
因此，在本实施方式中，除了收容在台主体230中的第一磁场施加单元238以外，还在升降杆232的内部内置有与第一磁场施加单元238的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元242。也就是，在第一磁场施加单元238的贯通孔240内，存在有与第一磁场施加单元238的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元242。如果与第一磁场施加单元238一起，通过第二磁场施加单元242对基板W的表面施加磁场，则从第二磁场施加单元242延伸的磁力线B向基板W的表面垂直射入。具体而言，从第二磁场施加单元242延伸的磁力线B与第一磁场施加单元238同样，从N极(上面侧)产生并大致垂直地穿过基板W的表面之后，射入第二磁场施加单元242的S极(下面侧)。
在从第一磁场施加单元238延伸的磁力线B之中，从贯通孔240的附近区域延伸的磁力线B，与从存在于贯通孔240内的第二磁场施加单元242延伸的磁力线互相排斥，从而大致垂直地穿过基板W的表面。另外，在基板W上的贯通孔240的中央区域中，从第二磁场施加单元242延伸的磁力线B也大致垂直地穿过基板W的表面。此时，通过在第二磁场施加单元242的上面配置第二磁性体243，从而与上述第一磁性体239同样，由于在第二磁性体243的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高从第二磁场施加单元242延伸的磁力线B相对于基板W表面的垂直性。也就是，能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量。其结果是由于能够对基板W的整个表面施加垂直的磁场，因此能够在磁性层214的成膜过程中，磁性层214的磁化方向能够相对于基板W的表面变为垂直地来进行成膜。
如此，根据本实施方式，通过在升降杆232上设置与设置于台主体230的第一磁场施加单元238的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元242，从而在形成在台主体230上的贯通孔240内，存在有与第一磁场施加单元238的内部具有同一磁化方向的第二磁场施加单元242。据此，能够在贯通孔240内使不存在磁场施加单元238、242的空间缩小。因此，能够对基板W的整个表面施加垂直的磁场。
另外，通过在各磁场施加单元238、242的上面分别配置磁性体239、243，从而在磁性体239、243的内部沿着其中心轴配置有磁力线，因此能够提高施加在基板W表面上的磁场的垂直性。
更进一步地，在成膜工序时，可将第一磁场施加单元238与第二磁场施加单元242各自的上端面配置在同一平面上，从而能够提高施加在基板W表面上的磁场的垂直性。
也就是，由于能够增加相对于基板W的表面垂直的磁场分量，因此在磁性层214、216(参考图12)的成膜工序中，能够进一步降低磁性层214的磁化方向在面内的偏差。
在此，如图12所示，对于现有的垂直磁化方式的隧道接合元件210，实际情况是无法获得上述那样期望的MR比。作为其原因，可以举出例如无法充分控制磁性层214、216中磁化方向在面内的偏差。由于以往在形成垂直磁化膜时不对磁化方向施加磁场，而仅仅利用磁性层214、216垂直磁化的性质来进行制造，因此存在着成膜的磁性层214、216的磁化方向在面内产生偏差的问题。其结果是在磁性层214、216的成膜工序中，在磁性层214、216中，在面内产生磁化方向的偏差，成为引起MR比下降和面内偏差的原因。
与此相对，根据本实施方式的溅射装置222，由于能够对基板W的整个表面施加垂直的磁场，因此能够在以良好的精度对基板W的表面施加具有垂直磁场分量的磁场的同时，进行溅射成膜。因此，例如在磁性层214、216的成膜过程中，在基板W的整个面上，能够在使磁性层214、216的磁化方向按相对于基板W的表面垂直的方向对齐的同时，进行成膜。据此，能够提高磁性层214、216的磁化方向的垂直性，因此能够抑制磁性层214、216的磁化方向在面内的偏差。所以，能够形成提高了磁性层214、216的磁化方向的面内一致性的磁性多层膜，因此能够提供在遍及基板W的整个面上都有高MR的隧道接合元件。
以上，参考附图对本发明所述的优选实施方式进行了说明，当然本发明并不限定于所述的例子。在上述例子中示出的各结构部件或组合等为一例，在不脱离本发明宗旨的范围内，根据设计要求等，可以进行各种变更。
例如，在上述各实施方式中，对使用永久磁铁作为各磁场施加单元的情况进行了说明，但也可以采用诸如使用电磁铁来代替永久磁铁的结构。
另外，在上述各实施方式中，对磁性多层膜之中形成隧道接合元件中的磁性层的情况进行了说明，但是并不限于磁性层，也可以针对各种成膜材料采用上述各实施方式。
更进一步地，在上述实施方式中，对在溅射装置中采用本发明的基板台的情况进行了说明，但是在溅射装置以外，也可以采用基板台。例如，可以用于对载置在基板台上的基板的表面垂直地施加磁场的磁场测定器等。
根据本发明的基板台、包括该基板台的溅射装置以及成膜方法，例如在利用溅射法进行磁性层的成膜时，通过对基板的整个表面施加垂直的磁场，能够抑制磁性层的磁化方向的偏差，获得高MR比。

Claims (7)

1.一种基板台，被配置在真空容器内并具有载置基板的基板载置面，所述基板台包括：
第一磁场施加单元，具有所述基板的外径以上的外径，对所述基板施加磁场；以及
升降杆，使所述基板相对于所述基板载置面来升降，
所述第一磁场施加单元具有可滑动地插通所述升降杆的贯通孔，
在所述升降杆上设置第二磁场施加单元，
所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向和第二磁场施加单元的内部的磁化方向与所述基板的厚度方向一致。
2.根据权利要求1所述的基板台，在所述基板被载置在所述基板载置面上的状态下，所述第一磁场施加单元的上端面与所述第二磁场施加单元的上端面配置在同一平面上。
3.根据权利要求1所述的基板台，包括：
多根所述升降杆；以及
支撑部件，将各所述升降杆相互连接，
所述第一磁场施加单元具有多个所述贯通孔，
各所述升降杆分别配置在各所述贯通孔中。
4.根据权利要求1所述的基板台，进一步包括：
磁性体，位于所述第一磁场施加单元和所述基板之间以及所述第二磁场施加单元和所述基板之间。
5.一种溅射装置，包括：
权利要求1～4的任一项所述的基板台；
溅射阴极，相对于载置在所述基板载置面上的基板的法线倾斜配置；
溅射室，配置有所述基板台和所述溅射阴极；
真空排气单元，进行该溅射室内的真空排气；
气体供给单元，向所述溅射室内供给溅射气体；以及
电源，对所述溅射阴极施加电压。
6.一种成膜方法，在该成膜方法中使用基板台，所述基板台被配置在真空容器内并具有载置基板的基板载置面，
所述基板台包括：
第一磁场施加单元，具有所述基板的外径以上的外径，对所述基板施加磁场；以及
升降杆，使所述基板相对于所述基板载置面来升降，
所述第一磁场施加单元具有可滑动地插通所述升降杆的贯通孔，
在所述升降杆上设置第二磁场施加单元，
所述成膜方法包括：
通过所述升降杆来升降所述基板；以及
对载置在所述基板台上的所述基板，使所述第一磁场施加单元的内部的磁化方向和第二磁场施加单元的内部的磁化方向与所述基板的厚度方向一致地来施加磁场的同时，在所述基板的表面上进行溅射处理。
7.一种成膜方法，使用权利要求6所述的成膜方法，形成垂直磁化膜，所述垂直磁化膜用于形成隧道接合元件。
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