CN112530835A - 成膜系统、磁化特性测量装置和成膜方法 - Google Patents

成膜系统、磁化特性测量装置和成膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供成膜系统及其中使用的磁化特性测量装置和成膜方法。成膜系统包括：在基片上形成磁性膜的处理单元；磁化特性测量装置，其测量在处理单元中形成的磁性膜的磁化特性；以及在处理单元与磁化特性测量装置之间输送基片的输送部。磁化特性测量装置包括：磁场施加机构，其具有对基片施加磁场并能够调节施加到上述基片的磁场的永磁体磁路；和检测上述基片的磁化特性的检测器。本发明能够测量所形成磁性膜的磁化特性。

Description

成膜系统、磁化特性测量装置和成膜方法
技术领域
本发明涉及成膜系统、磁化特性测量装置和成膜方法。
背景技术
MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻式随机存取存储器)中使用的磁隧道结(MTJ：Magnetic Tunnel Junction)元件构成为层叠膜，其具有2个磁性膜和由设置于它们之间的绝缘膜构成隧道势垒膜(tunnel barrier film)。关于MTJ元件，在使2个铁磁性层95的磁化的方向一致时电阻小(参照图58)，在使若上述方向不同则电阻变大的2个磁性膜的磁化的方向一致时电阻小，方向不同时电阻变大。MTJ元件通过在基片上通过溅射依次形成上述膜而制成。作为形成MTJ元件那样的层叠有磁性膜的结构的处理系统，已知有将成膜等的多个处理单元连接到真空输送室来依次实施所需要的处理的装置。(例如专利文献1)。
对于MTJ元件那样的使磁性层膜的磁化的方向变化的元件，磁性膜的磁化特性较为重要，要求掌握是否具有所希望的磁化特性。作为测量这样的磁性膜的磁化特性的技术，专利文献2中公开了是使用电磁体的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6160614号公报
专利文献2：日本特开平3-163376号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提供能够进行所形成的磁性膜的磁化特性的测量的成膜系统及其中使用的磁化特性测量装置和成膜方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的一个方式的成膜系统是在基片上形成磁性膜的成膜系统，其包括：形成磁性膜的处理单元；磁化特性测量装置，其测量在上述处理单元中形成的磁性膜的磁化特性；以及在上述处理单元与上述磁化特性测量装置之间输送基片的输送部，上述磁化特性测量装置包括：磁场施加机构，其具有对上述基片施加磁场并能够调节施加到上述基片的磁场的永磁体磁路；和检测上述基片的磁化特性的检测器。
发明效果
依照本发明，提供能够进行所形成的磁性膜的磁化特性的测量的成膜系统及其中使用磁化特性测量装置和成膜方法。
附图说明
图1是概要地表示一实施方式的成膜系统的平面图。
图2是表示作为由图1的成膜系统形成的层叠膜的一个例子的MTJ元件的结构的截面图。
图3是表示磁化特性测量装置的第一例的概要结构的截面图。
图4是表示图2所示的MTJ元件的磁化曲线(磁滞曲线)的一个例子的图。
图5是表示磁化特性测量装置的第二例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
图6是表示第二例的变形例中使用的磁场施加机构的概要结构的截面图。
图7是表示图6的磁场施加机构中使用的海尔贝克阵列磁体的立体图。
图8是表示通过模拟求出的、使用图6的磁场施加机构的磁化特性测量装置的偶极磁体的角度与磁场(磁通密度)的关系的结果的图。
图9是表示磁化特性测量装置的第三例的概要结构的截面图。
图10是表示利用2个偶极磁体使磁场发生了变化的情况的模拟结果的图。
图11是表示磁化特性测量装置的第四例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
图12是表示第四例的变形例中使用的磁场施加机构的概要结构的截面图。
图13是表示磁化特性测量装置的第五的例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
图14是表示磁化特性测量装置的第六例的概要结构的平面图。
图15是表示图14的磁化测量装置中使用的消磁装置的立体图。
附图标记说明
1：处理系统
2：处理部
3：送入送出部
4：控制部
12：输送部
20：FOUP
22：装载口
24：输送装置
30a、30b、30c、30d：容器
31a、31b、31c、31d：输送机构
35：磁化特性测量装置
101、121、121’、141、171、171’、201、222、224：磁场施加机构
102、221：基片支承部
103：基片移动机构
104：光源
105：测量器
111：海尔贝克阵列磁体
112a、112b、132a、132b、0、153a、153b、154a、154b、155a、155b、183a、183b、184、213a、213b：磁轭
131、151、152、181、211、212：偶极磁体
226：消磁装置
301：钉扎层
303：参考层
305：自由层
LLM1、LLM2：负载锁定单元
PM1～PM8：处理单元
TM1～TM4：输送单元
W：基片。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式进行说明。
<成膜系统>
图1是概要地表示一实施方式的成膜系统的平面图。
成膜系统1包括：实施包含磁性膜的成膜的多个处理的处理部2；保持多个基片并对处理部2送入送出基片的送入送出部3；和控制部4。基片没有特别限定，例如为半导体晶片(以下，简记为晶片)。
处理部2包括：对基片W实施包含成膜处理的真空处理的多个(本例中为8个)处理单元PM1～PM8；具有多个输送单元TM1～TM4的输送部12，该多个输送单元TM1～TM4对上述多个处理单元PM1～PM8依次输送基片W；和测量所形成的磁性膜的磁化特性的磁化特性测量装置35。
处理单元PM1～PM8是在基片形成包含磁性膜的多个膜的装置，例如形成用于MRAM器件的MTJ元件用层叠膜。MTJ元件如图2所示是依次层叠有钉扎层(PL：pinned layer)301、间隔层(spacer layer)302、参考层(RL：reference layer)303、介电层304、自由层(FL：free layer)305的层叠膜。自由层305是容易磁化反转的铁磁性膜，参考层303是不容易磁化反转的铁磁性膜，介电层304是隧道势垒膜。MTJ元件的磁阻值由自由层305的磁化与参考层303的磁化的相对角度决定，在它们的磁化方向平行时取最小值，反向平行时取最大值。钉扎层301是铁磁性膜，隔着非磁性的间隔层302与参考层303反铁磁性地耦合。钉扎层301将参考层303的磁化在相反方向上钉扎。作为MTJ元件，优选具有垂直各向异性元件。钉扎层301、参考层303、自由层305分别例如层叠多个膜而形成。例如，钉扎层301具有Co和Pt的层叠结构、或者Co和Ni的层叠结构。此外，参考层303例如是Co/Ni/CoFeB、Co/Pt/CoFeB、Co/M/CoFeB(M：非磁性金属薄膜)之类的多层地构成的矫顽力高的铁磁性膜，自由层305例如是由Co/Fe/B构成的矫顽力低的铁磁性膜。
成为隧道势垒膜的介电层304例如由MgO膜构成，间隔层302例如由Ru膜或者Ir膜构成。间隔层302的厚度被最优化，以得到能够测量钉扎层301与参考层303之间的磁化特性的交换耦合磁场。
多个处理单元分别构成为能够进行成膜处理、前清洗处理、氧化处理、加热处理、冷却处理等的处理。进行成膜处理的处理单元通过溅射形成一个或者多个膜。此外，此处给出处理单元为8个的例子，但是并不限于此，处理单元的数量根据处理设定为所需的数量即可。
输送单元TM1～TM4包括：分别保持为真空的平面形状为六边形的容器30a、30b、30c、30d；和设置于各容器内的输送机构31a、31b、31c、31d。在输送单元TM1～TM4的输送机构之间设置有各自作为输送暂存器的交接部41、42、43。输送单元TM1～TM4的容器30a、30b、30c、30d连通。
输送部12中，多个输送单元TM1～TM4在图中Y方向上排列成一列，8个处理单元PM1～PM8经由可开闭的闸阀G在输送部12的两侧每一侧连接4个(详情在后文说明)。处理单元PM1～PM8的闸阀G在输送单元的输送机构访问处理单元时打开，在进行处理时关闭。此外，输送部12的容器30a与磁化特性测量装置35经由闸阀G3连接。
送入送出部3与处理部2的一端侧连接。送入送出部3包括大气输送室(EFEM)21、与大气输送室21连接的3个装载口(loadport)22、对准单元23、2个负载锁定单元(loadlockmodule)LLM1和LLM2以及设置于大气输送室21内的输送装置24。
大气输送室21呈以图中X方向为长度方向的长方体状。3个装载口22设置于大气输送室21的与处理部2相反的一侧的长边壁部。各装载口22具有载置台25和输送口26，在载置台25载置收纳多个晶片的晶片收纳容器即FOUP(前开式晶片传送盒，Front OpeningUnified Pod)20，载置台25上的FOUP20经由输送口26与大气输送室21以密闭的状态连接。
对准单元23与大气输送室21的一个短边壁部连接。在对准单元23中，进行晶片W的对准(alignment)。
2个负载锁定单元LLM1和LLM2能够在处于大气压的大气输送室21与处于真空气氛的输送部12之间进行晶片W的输送，能够在大气压与跟输送部12相同程度的真空之间改变压力。2个负载锁定单元LLM1和LLM2分别具有2个输送口，一个输送口与大气输送室21的处理部2侧的长边壁部经由闸阀G2连接，另一个输送口经由闸阀G1与处理部2中的输送部12的容器30a连接。
负载锁定单元LLM1用于将晶片W从送入送出部3输送到处理部2，负载锁定单元LLM2用于将晶片W从处理部2输送到送入送出部3。此外，负载锁定单元LLM1和LLM2可以进行脱气处理等的处理。
大气输送室21内的输送装置24具有多关节结构，对装载口22上的FOUP20、负载锁定单元LLM1和LLM2进行晶片W的输送。具体而言，输送装置24从装载口22的FOUP20取出未处理的晶片W，向负载锁定单元LLM1输送晶片W。此外，输送装置24从处理部2接收被输送到负载锁定单元LLM2的处理后的晶片W，向装载口22的FOUP20输送晶片W。此外，在图1中，示出了接收输送装置24的晶片W的拾取器为一个的例子，但是拾取器也可以为2个。
在上述处理部2中，在输送部12的一侧从负载锁定单元LLM1侧起依次配置有处理单元PM1、PM3、PM5、PM7，在输送部12的另一侧从负载锁定单元LLM2侧起依次配置有处理单元PM2、PM4、PM6、PM8。此外，在输送部12中，从负载锁定单元LLM1和LLM2侧起依次配置有输送单元TM1、TM2、TM3、TM4。
输送单元TM1的输送机构31a能够访问负载锁定单元LLM1和LLM2、处理单元PM1和PM2、交接部41、以及磁化特性测量装置35。输送单元TM2的输送机构31b能够访问处理单元PM1、PM2、PM3、和PM4以及交接部41和42。输送单元TM3的输送机构31c能够访问处理单元PM3、PM4、PM5和PM6以及交接部42和43。输送单元TM4的输送机构31d能够访问处理单元PM5、PM6、PM7和PM8以及交接部43。
磁化特性测量装置35用于测量包含所形成的磁性膜的层叠膜，例如形成MTJ元件用层叠膜的各磁性膜后的磁化特性或者层叠膜的磁化特性。磁化特性测量装置35能够对基片W施加所希望的强度的磁场。并且，对基片W的磁场施加部分以斑点状照射激光，测量其反射光的偏振面的旋转(克尔旋转角)，由此测量激光照射部分的磁化特性。磁场强度的调节能够通过磁极间的距离的控制、使偶极磁体(dipole magnet)旋转的动作以及用分路部件改变磁通方向的动作等来进行。在磁化特性测量装置35中，在利用处理单元进行的各磁性膜的成膜结束的时刻或者MTJ元件用层叠膜的成膜结束的时刻，能够在原位(in-situ)测量其膜的磁化特性。此外，磁化特性测量装置35的位置并不限于本例的位置，而且磁化特性测量装置35的数量可以为多个。磁化特性测量装置35的详情在后文说明。
输送装置24和输送部12的输送单元TM1～TM4如上述那样构成，由此从FOUP20取出的基片W，在处理部2中按处理单元PM1、PM3、PM5、PM7、PM8、PM6、PM4、PM2的顺序沿大致U字形的路径向一个方向连续地被输送到这些处理单元并在各处理单元中被处理，然后使之返回FOUP20。
控制部4控制成膜系统1的各构成部，例如输送单元TM1～TM4(输送机构31a～31d)、输送装置24、处理单元PM1～PM8、负载锁定单元LLM1和LLM2、输送部12、闸阀G、G1、G2等。控制部4由计算机构成，包括具有CPU的主控制部、输入装置、输出装置、显示装置和存储装置。在存储装置设置有存储了处理方案的存储介质。主控制部基于从存储介质调出的处理方案使成膜系统1执行规定的动作。
在如上述那样构成的成膜系统1中，首先，用输送装置24从装载口22上的FOUP20取出基片W，并将其输送到对准单元23。在对准单元23中将晶片W对准后，基片W被输送装置24取出，并输送到负载锁定单元LLM1。此时，负载锁定单元LLM1为大气压，在接收了基片W后，进行真空排气。
之后，用输送部12中的输送单元TM1的输送机构31a，将基片W从负载锁定单元LLM1内取出。取出的基片W由输送机构31a输送到处理单元PM1，在处理单元PM1中被实施预先规定的处理。
在处理单元PM1中的处理结束后，打开处理单元PM1的送出侧的闸阀G，用输送单元TM2的输送机构31b将基片W送出。送出的基片W由输送机构31b输送到处理单元PM3，在处理单元PM3中被实施预先规定的处理。
在处理单元PM3中的处理结束后，打开处理单元PM3的送出侧的闸阀G，用输送单元TM3的输送机构31c将基片W送出。送出的基片W由输送机构31c输送到处理单元PM5，在处理单元PM5中被实施预先规定的处理。
在处理单元PM5中的处理结束后，打开处理单元PM5的送出侧的闸阀G，用输送单元TM4的输送机构31d将基片W送出。送出的基片W由输送机构31d输送到处理单元PM7，在处理单元PM7中被实施预先规定的处理。
在处理单元PM7中的处理结束后，打开处理单元PM7的送出侧的闸阀G，用输送单元TM4的输送机构31d将基片W送出。送出的基片W由输送机构31d输送到处理单元PM8，在处理单元PM8中被实施预先规定的处理。
之后，基片W由输送单元TM3、TM2、TM1的输送机构31c、31b、31a依次输送到处理单元PM6、PM4、PM2，在上述处理单元中进行预先规定的处理。
在处理单元PM2中的处理结束后，基片W由输送机构31a输送到负载锁定单元LLM2。此时，负载锁定单元LLM2是真空的，在接收了晶片W后，进行大气开放。之后，负载锁定单元LLM2内的基片W由输送装置24输送到装载口22的FOUP20内。
通过以上方式，能够将基片W依次连续地以U字状输送到多个处理单元并进行一连串的成膜处理。
在这样的一连串的成膜处理的过程中，在形成了磁性膜后，需要确认该磁性膜是否具有所希望的特性的情况下，在作为对象的膜的成膜结束后，用输送部12中的各输送单元的输送机构将基片W输送到磁化特性测量装置35，测量基片W的磁化特性。此时，也可以在测量前在400℃程度下实施数秒～数分钟程度的加热处理和成为常温的冷却处理。
<磁化特性测量装置>
下面，对磁化特性测量装置35详细地进行说明。在以下的说明中，对磁化特性测量装置35的结构的若干例子具体地进行说明。
[第一例]
图3是表示磁化特性测量装置的第一例的概要结构的截面图。
本例的磁化特性测量装置包括：磁场施加机构101，其设置于被保持为真空的腔室(未图示)内；在腔室内支承基片W的基片支承部102；使基片W移动的基片移动机构103；包括激光光源104的光学系统；和检测器105。
磁场施加机构101对基片W施加特定的范围的磁场。磁场施加机构101包括：作为产生磁场的永磁体部件的海尔贝克(Halbach)阵列磁体111；对引导来自海尔贝克阵列磁体111的磁通的一对磁轭(yoke)112a、112b；调节磁场的分路磁轭(shunt yoke)113。磁轭112a、112b、分路磁轭113由磁性体构成，上述部件构成永磁体磁路。在磁轭112a、112b之间设置有间隙(gap)116，在间隙116产生磁场。将基片W以水平状态插入间隙116中，对基片W施加垂直的磁场。分路磁轭113设置于磁轭112a、112b的外侧，构成为能够借助致动器115线性地移动。通过使分路磁轭113移动，从海尔贝克阵列磁体111起的距离发生变化，能够控制从海尔贝克阵列磁体111经由磁轭112a、112b施加到间隙116的磁场强度。关于分路磁轭113，从施加线性的磁场变化的观点出发，如图所示能够形成为锥形。
海尔贝克阵列磁体111被选定为能够施加例如0～15kOe程度的广范围的磁场，以能够测量形成于基片W的MTJ元件用层叠膜等的层叠膜的各磁性膜。海尔贝克阵列磁体111通过使磁极的方向最优化来使特定的方向的磁场强度最大化，在图示的例子中将磁极的方向不同的多个永磁体组合而构成。此外，永磁体部件只要能够得到所希望的磁场强度即可，并不限于海尔贝克阵列磁体。
在磁轭112a，与支承于基片支承部102的基片W的面垂直地形成有孔117。来自激光光源104的激光L通过偏振滤光片107a而成为偏振光，经由孔117被照射到基片W的斑状部(spot)S，来自基片W的反射光经由半反射镜(half mirror)106和偏振滤光片107b被引导到检测器105。来自斑状部S的反射光因克尔效应而与磁化的大小成比例，其偏振面旋转。因此，通过用检测器105检测与该旋转角度(克尔旋转角)相应的信号(例如电流)，能够测量基片W的斑状部S的磁化特性。激光的传送例如能够使用同心圆光纤。激光光源104、偏振滤光片107a、107b、半反射镜106构成光学系统。但是，光学系统的构成并不限于此。
基片移动机构103使基片W移动以使被照射激光L的斑状部S的位置变化，在图示的例子中，基片W在以相对于基片支承部102偏心的状态被支承的状态下，使基片W与基片支承部102一起旋转。由此，能够测量基片W的所希望的半径位置的磁化特性。基片支承部102可以具有对基片W进行静电吸附的静电吸盘。
测量出的磁化特性的判断能够通过以下方式进行，例如能够在控制部4的存储装置存储要测量的磁性膜的磁化特性，用控制部4判断相对于所存储的磁化特性，测量出的磁化特性是否在容许范围内。在不处于容许范围内的情况下，采取不使用该基片等的对策。
下面，参照图4，说明磁化特性的判断的一个例子。图4是表示图2所示的MTJ元件的磁化曲线(hysteresis curve：磁滞曲线)的一个例子的图，是表示垂直各向异性的图。此处，基于图4的关系进行磁化特性的判断。图4的磁化曲线以H＝0、M＝0为中心大致点对称。如图4所示，该磁化曲线存在伴随磁场的变化而磁化急剧变化的3个特征部分。在图4中，也示出了磁化急剧变化的部分处的各层的磁化的方向。零磁场附近的磁化的上升与自由层305的磁化转换(磁化反转)对应，高磁场侧的磁化的上升与钉扎层301的磁化转换对应，中间的磁场的磁化的下降与参考层303的磁化转换对应。
因此，在构成各层的磁性膜发生特征性的磁化变化的部分使磁场变化，来测量磁化特性，由此能够进行是否得到了所希望的磁化特性的判断。即，与钉扎层301、参考层303、自由层305相应地施加不同的范围的磁场，由此能够测量各层(磁性膜)的磁化特性。因此，也可以根据各层的磁性膜使用磁场的大小不同的永磁体部件。
在形成MTJ元件那样的具有磁性膜的层叠膜时，在原位确认是否形成了所希望的膜，是较为重要的。这是因为，在成膜处理结束后进行了检查的情况下，即使通过检查发现不良状况也进行了后续的膜的成膜，所以会造成处理的浪费和因废弃基片的导致的损害。对通过膜厚测量来确实是否形成了所希望的膜这一技术进行了研究，但是从膜厚难以判断是否形成了所希望的磁性膜。
因此，在实施方式中，在成膜系统1中组装磁化特性测量装置35并在原位测量磁性膜的磁化特性。
一直以来，作为磁化特性测量装置，一般使用如专利文献2所记载那种用电磁体施加磁场的装置。但是，在用电磁体施加磁场的情况下，虽然磁场的调节变得容易，但是由于装置大型化、较大的占据空间和漏磁的问题，难以设置为成膜系统。此外，在使用电磁体的情况下需要较多的电能，也存在发热量大的问题。
对此，在本例的磁化特性测量装置中，磁场施加机构101使用永磁体部件(海尔贝克阵列磁体111)，能够用永磁体磁路控制施加到间隙116的磁场强度。因此，能够使装置小型化，没有占据空间和漏磁的问题，能够组装到成膜系统1中在原位测量磁化特性。由此，能够在磁性膜刚成膜后测量磁化特性以确认是否成为所希望的特性，能够在进行全部处理之前掌握不良状况，以减少无用的处理和废弃基片。
[第二例]
图5是表示磁化特性测量装置的第二例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
本例的磁化特性测量装置除了代替第一例的磁场施加机构101而具有磁场施加机构121以外，与第一例以同样的方式构成。
本例的磁场施加机构121包括：可旋转的偶极磁体131，其作为产生磁场的永磁体部件；和引导来自偶极磁体131的磁通的一对磁轭132a、132b，它们构成永磁体磁路。在磁轭132a、132b之间设置有间隙136，间隙136被施加磁场。并且，通过在间隙136中插入基片W，以对基片施加磁场。作为永磁体部件的偶极磁体131，借助旋转机构(未图示)进行旋转，由此能够控制经由磁轭132a、132b被施加到间隙136的磁场强度。在NS方向垂直时成为最大的磁场强度，在NS方向水平时磁场强度大致为0。与第一例同样，在磁轭132a形成有供激光L通过的孔137。而且，与第一例同样，在间隙136施加磁场并对基片W照射激光，通过测量反射光的克尔旋转角来测量磁化特性。
如本例，作为永磁体部件使用可旋转的偶极磁体131，由此，除了第一例的效果之外，具有能够高精度地施加0附近的磁场的优点。因此，在对因0附近的磁场发生磁化转换的自由层进行磁化测量时，能够施加高精度的磁场。
图6是第二例的变形例，是表示在图5的磁场施加机构121中进一步增加了一对海尔贝克阵列磁体133a、133b的磁场施加机构121’的截面图。海尔贝克阵列磁体133a、133b分别设置于磁轭132a、132b的间隙136侧的相对的端部，由此，能够调节施加到间隙136的磁场强度。例如，能够进一步提高施加到间隙136的磁场强度。海尔贝克阵列磁体133a和133b例如如图7所示，分别具有设置于磁轭132a的端部的4个磁体138、设置于磁轭132b的端部的4个磁体139，通过调节上述的磁化的方向，能够在间隙36施加所希望的方向和强度的磁场。
图8是通过模拟求出的、使用图6的磁场施加机构121’的磁化特性测量装置的偶极磁体131的角度与磁场(磁通密度)的关系的结果。根据图8，能够确认通过使偶极磁体的角度变化，能够使磁场强度变化。
[第三例]
图9是表示磁化特性测量装置的第三例的概要结构的截面图。
本例的磁化特性测量装置中，代替第一例的磁场施加机构101而具有磁场施加机构141。基片支承部102、基片移动机构103、激光光源104和检测器105与第一例以同样的方式构成。
磁场施加机构141用于对基片W施加特定的范围的磁场。磁场施加机构141作为产生磁场的永磁体部件具有2个可调节磁场强度的永磁体，一个永磁体的磁场强度相对较大，另一个永磁体的磁场强度相对较小。具体而言，磁场施加机构141中，作为磁场强度可调节的磁体，具有磁场强度相对较大的可旋转的第一偶极磁体151和磁场强度相对较小的可旋转的第二偶极磁体152。此外，磁场施加机构141还具有从第一偶极磁体151和第二偶极磁体152引导磁通的多个磁轭153a、153b、154a、154b、155a、155b。磁轭153a从第一偶极磁体151的一侧延伸，磁轭154a从第二偶极磁体152的一侧延伸，磁轭153a和磁轭154a合并而形成了磁轭155a。此外，磁轭153b从第一偶极磁体151的另一侧延伸，磁轭154b从第二偶极磁体152的另一侧延伸，磁轭153b和磁轭154b合并而形成了磁轭155b。在磁轭155a与磁轭155b之间形成有间隙156。间隙156被施加从第一偶极磁体151和第二偶极磁体152经由上述磁轭引导来的磁场。即，由第一偶极磁体151、第二偶极磁体152和多个磁轭153a、153b、154a、154b、155a、155b构成对基片W施加调节了强度的磁场的永磁体磁路。在磁轭155a，与基片W垂直地设置有用于将激光引导到基片W的孔157。
第一偶极磁体151经由向垂直下方延伸的旋转轴161与旋转机构162连接，借助旋转机构162能够旋转。第二偶极磁体152经由向垂直下方延伸的旋转轴163与旋转机构164连接，借助旋转机构164能够旋转。此外，第一偶极磁体151的旋转轴161通过形成于磁轭154b的贯通孔向下方延伸。旋转机构162和164设置于腔室外。利用旋转机构162和164，分别使第一偶极磁体151和第二偶极磁体152旋转以调节角度，由此能够使施加到间隙156的磁场变化。
第一偶极磁体151是磁场强度相对较大的磁体，第二偶极磁体152是磁场强度相对较小的磁体。例如，第一偶极磁体151为10000～15000Oe程度，第二偶极磁体152为2000～4000Oe程度。
如上所述，通过使用2个可旋转的偶极磁体，能够将磁场强度相对较大的第一偶极磁体151用作施加背景磁场的磁体，将磁场强度相对较小的第二偶极磁体152用作进行磁场的微调的磁体。
在本例中，除了能够得到与第一例相同的效果之外，依照上述构成，还能够得到可迅速且高精度地施加与形成于基片W的磁性膜对应的磁场这样的效果。即，例如在测量图2所示的MTJ元件的各层的磁化特性的情况下，如参照图4所说明的那样，在钉扎层、参考层、自由层中发生特征性的磁化转换的磁场强度不同，该范围大致遍及从0至10000Oe程度的较大值为止的大范围。对此，如本例，与磁性膜相应地调节第一偶极磁体151的角度大致地施加背景磁场，用磁场强度相对较小的第二偶极磁体152对磁场进行微调，由此能够迅速且高精度地施加与磁性膜对应的磁场。具体而言，对于因低矫顽力而磁化容易反转的自由层，在磁场为0的附近发生磁化的转换，因此，以使第一偶极磁体151的角度成为磁极与纸面垂直的方向的方式使背景磁场大致为零，用第二偶极磁体152进行磁场的微调，是有效的。此外，对于钉扎层，由于因高磁场而发生磁化的转换，因此使第一偶极磁体151的角度接近水平，用第二偶极磁体152进行磁场的微调，是有效的。
如上述那样用可旋转的2个偶极磁体使磁场发生了变化情况的模拟结果，在图10中示出。图10是表示使磁场强度相对较大的第一偶极磁体或者磁场强度相对较小的第二偶极磁体的角度发生了变化的情况下的角度与间隙磁场的关系的图。图中，A是将第二偶极磁体固定为0deg，使第一偶极磁体的角度变化的情况(X轴：第一偶极磁体的角度)。B是将第一偶极磁体固定为90deg，使第二偶极磁体的角度变化的情况(X轴：第二偶极磁体的角度)。C是将第一偶极磁体固定为0deg，使第二偶极磁体的角度变化的情况(X轴：第二偶极磁体的角度)。如该图所示，可知在仅使第一偶极磁体变化的情况下，磁场强度大幅地变化，在仅使第二偶极磁体变化的情况下，相对于第一偶极磁体的背景磁场缓慢地变化。
另外，作为2个磁场可调节的永磁体，并不限于可旋转的偶极磁体，例如可以为海尔贝克阵列磁体和分路磁轭的组合。此外，在测量一个磁性膜的磁化特性的情况下，可以固定施加背景磁场的、磁场强度相对较大的永磁体的磁场。
[第四例]
图11是表示磁化特性测量装置的第四例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
本例的磁化特性测量装置具有将第三例的磁场施加机构141中的微调用的第二偶极磁体替换为线圈的磁场施加机构171。磁场施加机构171包括：可旋转的偶极磁体181，其作为产生磁场的永磁体部件；从偶极磁体181引导磁通的磁轭183a、183b、184；和线圈182。磁轭183a从偶极磁体181的一侧延伸，磁轭183a从偶极磁体181的另一侧延伸，磁轭184从磁轭183a延伸至基片W。在磁轭183b卷绕有线圈182，从电源(未图示)对线圈182供给电流，利用该电流形成磁场，作为电磁体发挥作用。在磁轭184与磁轭183b之间形成有间隙186，间隙186被施加从偶极磁体181和线圈182引导来的磁场。即，偶极磁体181、磁轭183a、183b、184和线圈182构成辅助性地使用电磁体的永磁体磁路。在磁轭184，与基片W垂直地设置有用于将激光引导到基片W的孔187。
偶极磁体181经由向垂直下方延伸的旋转轴185与旋转机构(未图示)连接，借助旋转机构能够旋转。此外，偶极磁体181与第三例的第一偶极磁体同样，磁场强度相对较大，作为背景磁体发挥作用。此外，通过对线圈182供给电流，与第三例的第二偶极磁体152同样，能够形成相对较小的磁场强度的磁场。
在该情况下，用使用线圈182的电磁体形成微调用的磁场，不过只要能够产生较小的磁场强度就可以，因此不会出现像专利文献2那样用所有电磁体维持要产生的磁场的情况下的、漏磁的产生和需要较大的空间等的不良状况。电能可少发热量也小，因此没有较大的缺点。
图12是第四例的变形例，是表示在图11的磁场施加机构171中进一步增加了偏置用永磁体188的磁场施加机构171’的截面图。偏置用永磁体188设置于磁轭183a与磁轭184之间，具有增大施加到间隙186的磁场的功能。在图11那样的磁路的情况下，施加到间隙186的磁场存在15kOe程度的限界，但是在磁化特性的测量需要更大的磁场的情况下，如上所述设置偏置用永磁体188是有效的。但是，在这样的构成的情况下，相反，在背景磁场小的情况下，内侧的空间189的漏磁会变大。
[第五例]
图13是表示磁化特性测量装置的第五例中的磁场施加机构的概要结构的截面图。
本例的磁化特性测量装置除了代替第一例的磁场施加机构101而具有磁场施加机构201之外，与第一例以同样的方式构成。
本例的磁场施加机构201包括外侧偶极磁体211、内侧偶极磁体212和一对磁轭213a、213b。外侧偶极磁体211和内侧偶极磁体212以同心状设置，经由各自独立的轴(未图示)并借助各自不同的旋转机构(未图示)而能够旋转。磁轭213a、213b向纸面上方侧延伸，在上述的顶端之间形成间隙(未图示)。间隙被施加从外侧偶极磁体211和内侧偶极磁体212经由磁轭213a、213b引导来的磁场。即，外侧偶极磁体211、内侧偶极磁体212和磁轭213a，213b构成永磁体磁路。在外侧偶极磁体211的外侧设置有用于抑制漏磁的圆环状磁轭214。
与第一例同样，在间隙中插入基片，对基片照射激光，用检测器检测作为该反射光的偏振面的旋转角的克尔旋转角，由此测量形成于基片上的磁性膜的磁化特性。
外侧偶极磁体211和内侧偶极磁体212借助各自对应的旋转机构进行旋转，由此能够调节角度。由此，能够使从各磁体施加到间隙的磁场变化。
外侧偶极磁体211是磁场强度相对较大的磁体，内侧偶极磁体212是磁场强度相对较小的磁体。例如，外侧偶极磁体211为10000～15000Oe程度，内侧偶极磁体212为2000～4000Oe程度。从进一步增大被磁轭213a、213b引导的磁通的观点出发，外侧偶极磁体211优选具有2个以上的磁体片。在图示的例子中，外侧偶极磁体211具有4个磁体片211a、211b、211c、211d。内侧偶极磁体212由一个磁体片构成。但是，也可以由多个磁体片构成。
这样一来，通过使用可旋转的2个偶极磁体，能够将磁场强度相对较大的外侧偶极磁体211用作施加背景磁场的磁体，将磁场强度相对较小的内侧偶极磁体212用作进行磁场的微调的磁体。由此，与第三例同样，能够得到可迅速且高精度地施加与形成于基片的磁性膜对应的磁场这样的效果。此外，通过将2个磁体像这样以同心状设置，能够节省空间，能够得到极紧凑的磁化特性测量装置。
[第六例]
图14是表示磁化特性测量装置的第六例的概要结构的平面图。
本例中，给出基片的配置、基片的移动和设备的配置的例子。成膜系统1中的成膜处理通过溅射进行，一边使基片W旋转一边进行溅射以获得膜厚均匀性。因此，基片W的特性的不均匀主要出现在径向上。因此，在本例中，给出能够在基片W的径向上简单地进行多个点的磁化特性的测量的构成。
本例的磁化特性测量装置包括：支承基片W的基片支承部221；使基片支承部221旋转的旋转机构(未图示)；第一磁场施加机构222；第二磁场施加机构224；与第一磁场施加机构222和第二磁场施加机构224分别对应的包含光源的光学系统及检测器(均未图示)；以及消磁装置226。在本例中，作为基片W使用半导体晶片。
第一磁场施加机构222在基片W的中心附近具有间隙223。第二磁场施加机构224在基片W的周缘附近具有间隙225。作为第一磁场施加机构222和第二磁场施加机构224，能够使用第一例～第五例的任意者。
基片支承部221以其中心O偏离于基片W的中心的方式支承基片W。基片支承部221可以具有对晶片W进行静电吸附的静电吸盘。用基片支承部221在像这样偏离的状态下支承基片W，使基片支承部221旋转时，基片W的外周沿虚线227移动。随之，通过间隙223的基片W的位置沿虚线228a移动，通过间隙225的基片W的位置沿虚线228b移动。即，不使用XY载置台等复杂的机构，也能够在基片W的径向的任意位置测量磁化特性。
第一磁场施加机构222和第二磁场施加机构224能够根据要测量磁化特性的磁性膜的特性而分开使用。例如，使第一磁场施加机构222构成为能够施加较大的磁场的机构，例如将其用于像钉扎层那样需要较大的磁场的磁性膜的测量，将第二磁场施加机构224用于例如像自由层那样的较小磁场即可的磁性膜的测量。
在测量磁化特性之前，例如在钉扎层形成了磁化，在之前说明的磁场施加机构的磁场强度下，难以将钉扎层的磁化设定为磁化特性测量所需的方向。因此，在由虚线228a所示的通过间隙223的基片W的位置的移动轨迹上设置消磁装置226，进行磁性膜的消磁，从而能够测量磁化特性。
消磁装置226如图15所示具有一对海尔贝克阵列磁体231和232，能够使基片W在上述磁体之间通过。海尔贝克阵列磁体231和232各自由5个永磁体构成。而且，能够从海尔贝克阵列磁体231的中心磁体231a向海尔贝克阵列磁体232的中心磁体232a，例如在间隙5mm的情况下施加15.4kOe的较大的磁场。因此，在虚线228a上的存在基片W的位置用第一磁场施加装置222施加磁场之前，能够用消磁装置226对该位置的磁化进行消磁。但是，如图15所示，在中心磁体231a与232a之间产生的消磁磁场的周围，产生与消磁磁场方向相反的返回磁场(return magnet field)235，因此需要以虚线228a所示的移动轨迹不被返回磁场235干扰的方式配置消磁装置226。
<其他使用>
以上，对实施方式进行了说明，但是本发明公开的实施方式在所有方面均是例示而不应该认为是限制性的。上述的实施方式在不脱离所附的权利要求的范围及其主旨的情况下，能够以各种方式省略、替换、改变。
例如，实施方式的成膜系统1仅是例示，只要能够组装用于形成磁性膜的处理单元和磁化特性测量装置，在系统内在原位能够测量磁化特性即可。
另外，磁化特性测量装置也不限于上述实施方式，磁场施加机构只要具有永磁体部件和能够调节从永磁体部件施加到基片的磁场的机构即可，而且测量磁化的机构也不限于利用克尔效应。
另外，作为基片移动机构例示了使基片旋转的机构，但是并不限于此，也可以为使基片线性地移动等的其他机构。

Claims (20)

1.一种形成磁性膜的成膜系统，其特征在于，包括：
在基片上形成磁性膜的处理单元；
磁化特性测量装置，其测量在所述处理单元中形成的磁性膜的磁化特性；以及
在所述处理单元与所述磁化特性测量装置之间输送所述基片的输送部，
所述磁化特性测量装置包括：
磁场施加机构，其具有对基片施加磁场并能够调节施加到所述基片的磁场的永磁体磁路；和
检测所述基片的磁化特性的检测器。
2.如权利要求1所述的成膜系统，其特征在于：
具有处理单元组，形成包含磁性膜的层叠膜，其中所述处理单元组包括形成所述磁性膜的处理单元以及形成其他膜或与成膜相关的其他处理单元。
3.如权利要求1或2所述的成膜系统，其特征在于：
所述磁化特性测量装置还包括对所述基片的磁场施加部分照射光的光学系统，
所述检测器通过照射到所述基片的光的反射光的由磁光效应引起的偏振面的旋转，来检测磁化特性。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成膜系统，其特征在于：
所述永磁体磁路包括：
永磁体；
磁轭，其由将来自永磁体的磁通引导到所述基片的磁性体构成；和
调节施加到所述基片的磁场的调节机构。
5.如权利要求4所述的成膜系统，其特征在于：
所述永磁体是海尔贝克阵列磁体，
所述调节机构具有分路磁轭和使所述分路磁轭移动的移动机构。
6.如权利要求4所述的成膜系统，其特征在于：
所述永磁体是偶极磁体，
所述调节机构是使所述偶极磁体旋转以调节磁极的角度的旋转机构。
7.如权利要求4所述的成膜系统，其特征在于：
所述永磁体磁路包括：由永磁体构成的第一磁场产生部；和磁场强度比第一磁场产生部小的第二磁场产生部，
用所述第一磁场产生部对所述基片施加背景磁场，所述调节机构至少调节从所述第二磁场产生部施加到所述基片的磁场。
8.如权利要求7所述的成膜系统，其特征在于：
所述第一磁场产生部是磁场强度相对较大的第一偶极磁体，
所述第二磁场产生部是磁场强度相对较小的第二偶极磁体，
所述调节机构包括：
使所述第一偶极磁体旋转以调节磁极的角度的第一旋转机构；和
使所述第二偶极磁体旋转以调节磁极的角度的第二旋转机构。
9.如权利要求8所述的成膜系统，其特征在于：
所述第一偶极磁体在所述第二偶极磁体的周围与所述第二偶极磁体同心状地配置。
10.如权利要求7所述的成膜系统，其特征在于：
所述第二磁场产生部具有卷绕于所述磁轭的线圈，通过对所述线圈通电而作为电磁体发挥作用。
11.一种磁化特性测量装置，其在成膜系统内测量在处理单元中形成的磁性膜的磁化特性，
磁化特性测量装置的特征在于，包括：
磁场施加机构，其具有对基片施加磁场并能够调节施加到所述基片的磁场的永磁体磁路；和
检测所述基片的磁化特性的检测器。
12.如权利要求11所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
还包括对所述基片的磁场施加部分照射光的光学系统，
所述检测器通过照射到所述基片的光的反射光的由磁光效应引起的偏振面的旋转，来检测磁化特性。
13.如权利要求11或12所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述永磁体磁路包括：
永磁体；
磁轭，其由将来自永磁体的磁通引导到所述基片的磁性体构成；和
调节施加到所述基片的磁场的调节机构。
14.如权利要求13所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述永磁体是海尔贝克阵列磁体，
所述调节机构具有分路磁轭和使所述分路磁轭移动的移动机构。
15.如权利要求13所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述永磁体是偶极磁体，
所述调节机构是使所述偶极磁体旋转以调节磁极的角度的旋转机构。
16.如权利要求13所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述永磁体磁路包括：由永磁体构成的第一磁场产生部；和磁场强度比第一磁场产生部小的第二磁场产生部，
用所述第一磁场产生部对所述基片施加背景磁场，所述调节机构至少调节从所述第二磁场产生部施加到所述基片的磁场。
17.如权利要求16所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述第一磁场产生部是磁场强度相对较大的第一偶极磁体，
所述第二磁场产生部是磁场强度相对较小的第二偶极磁体，
所述调节机构包括：
使所述第一偶极磁体旋转以调节磁极的角度的第一旋转机构；和
使所述第二偶极磁体旋转以调节磁极的角度的第二旋转机构。
18.如权利要求17所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述第一偶极磁体在所述第二偶极磁体的周围与所述第二偶极磁体同心状地配置。
19.如权利要求16所述的磁化特性测量装置，其特征在于：
所述第二磁场产生部具有卷绕于所述磁轭的线圈，通过对所述线圈通电而作为电磁体发挥作用。
20.一种用成膜系统形成磁性膜的成膜方法，其特征在于：
所述成膜系统包括：
形成所述磁性膜的处理单元；
磁化特性测量装置，其测量在所述处理单元中形成的磁性膜的磁化特性；以及
在所述处理单元与所述磁化特性测量装置之间输送基片的输送部，
所述成膜方法包括：
用所述处理单元形成磁性膜的步骤；
在所述磁化特性测量装置中，用磁场施加机构对所述基片施加磁场的步骤，其中所述磁场施加机构具有能够调节施加到所述基片的磁场的永磁体磁路；和
在所述磁化特性测量装置中，用测量器检测被施加了所述磁场的基片的磁化特性的步骤。
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