KR102521262B1 - 피처리체를 처리하는 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

자성 터널 접합을 구성하는 자성층 및 절연층을 덮는 절연막의 성막 처리가 상기 자성층 및 상기 절연층에 대하여 끼치는 영향을 충분히 억제한다.
방법(MT)은, 프로세스 모듈(PM1)에 있어서 에칭 처리를 행하는 공정 ST1과, 에칭 처리에 의해 형성된 피처리체(W1)를 프로세스 모듈(PM1)로부터 프로세스 모듈(PM2)로 이동시키는 공정 ST2와, 프로세스 모듈(PM2)에 있어서 피처리체(W1)에 대하여 성막 처리를 행하는 공정 ST3을 포함한다. 공정 ST3은 수소를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제1 표면(SF1)과 적층부(145)의 제2 표면(SF2)과 절연막을 성막하고, 공정 ST3에 있어서 프로세스 모듈(PM2)의 내압은 200 mTorr 이상으로서 프로세스 모듈(PM2)의 수소 분압은 15 mTorr 이하이며, 공정 ST1∼ST3은 일관하여 산소가 배기된 상태에서 행해진다.

Description

피처리체를 처리하는 방법{METHOD OF PROCESSING WORKPIECE}
본 발명의 실시형태는 피처리체를 처리하는 방법에 관한 것이다.
자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM: Magnetic Random Access Memory) 소자는, 자성 터널 접합(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)을 갖는 메모리이며, 2개의 자성층(상부 자성층 및 하부 자성층)과 상기 2개의 자성층 사이에 마련되는 절연층을 갖는다. 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있는 MRAM의 경우, 절연층 위에는 상부 자성층으로부터 볼록형의 적층체가 에칭에 의해 형성되고, 상부 자성층의 일부는 적층체에 포함되며, 적층체의 표면과 적층체가 형성되어 있는 상부 자성층의 표면은 절연막으로 덮여져 있다. 이 절연막은, 예컨대 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, SiN막 등이다. 이 SiN막은, 일반적으로 SiH4 및 NH3을 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 의해 성막된다.
절연막의 성막에 플라즈마 CVD(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)가 이용되는 경우, 2개의 자성층 및 절연층은 플라즈마의 열에 의한 영향을 받지만, 이러한 열의 영향에 대한 연구 결과는, 예컨대 비특허문헌 2 등에 보고되어 있다. 또한, MRAM의 상부 자성층 및 하부 자성층은 기판에 대하여 수직 방향(적층체에 대하여 평행 방향)으로 자화하기 쉬운 성질(수직 자기 이방성)을 가지고 있다. 상부 자성층 등의 자성층의 엣지에 있어서의 수직 자기 이방성의 특성에 대한 연구 결과는, 예컨대 비특허문헌 3 등에 보고되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2012-64901호 공보
비특허문헌 1: "Improvement of Thermal Stability of Magnetoresistive Random Access Memory Device with SiN Protective Film Deposited by High-Density Plasma Chemical Vapor Deposition", Katsumi SUEMITSU et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.4, 2008, pp.2714-2718 비특허문헌 2: "Annealing effects on CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions with perpendicular anisotropy", H.Meng et al., Journal of Applied Physics, 110, 033904(2011) 비특허문헌 3: "Reversal mechanisms in perpendicularly magnetized nanostructures", Justin M.Shaw et al., Physical Review B 78, 024414(2008)
MTJ를 구성하는 상기 상부 자성층 및 절연층은, 상기 절연막의 성막 시에 있어서, 플라즈마 CVD에서 이용되는 상기 처리 가스의 플라즈마에 포함되는 수소 플라즈마에 의한 영향 및 이 처리 가스의 플라즈마에 포함되는 이온에 의한 영향을, 이하와 같이 받는 경우가 있다. 즉, 상부 자성층의 재료가 CoFe를 포함하는 경우에, 상부 자성층은, 수소 플라즈마에 의해, 조성의 변화, Co 원자 또는 Fe 원자의 이탈, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 수소 진입에 의한 격자 간격의 변화 등의 영향을 받는 경우가 있고, 또한, 이온에 의해, 스퍼터, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 온도 상승에 의한 계면 특성의 변화(수직 자기 이방성의 열화) 등의 영향을 받는 경우가 있다. 절연층의 재료가 MgO를 포함하는 경우에, 절연층은, 수소 플라즈마에 의해, 환원 반응(MgOH 및 Mg의 생성) 등의 영향을 받는 경우가 있고, 또한, 이온에 의해, 스퍼터, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 온도 상승에 의한 계면 특성의 변화 등의 영향을 받는 경우가 있다.
또한, MTJ를 구성하는 상기 한 상부 자성층 및 절연층은, 상기 절연막의 성막 전의 에칭 처리 시, 성막 처리 시 및 에칭 처리로부터 성막 처리에의 이행 시 등에 있어서 산소에 대한 피처리체의 폭로(曝露)가 있는 경우에는, 그 영향을, 이하와 같이 받는 경우가 있다. 즉, 상부 자성층의 재료가 CoFe를 포함하는 경우에, 상부 자성층은, 산소에 대한 폭로에 의한 산화 반응(CoFe+O→CoFeO) 등의 영향을 받는 경우가 있다. 절연층의 재료가 MgO를 포함하는 경우에, 절연층은, 대기 중의 수분에 대한 폭로에 의한 조해 반응 등의 영향을 받는 경우가 있다.
상기 상부 자성층 등의 자성층 또는 절연층이 상기와 같은 영향을 받으면, 자성층은 자기 이방성을 갖지 않게 된다. 이는, 자성층에 있어서의 수직 방향의 자화가, 절연막과의 계면에 있어서 생기고 있으며(자성층의 벌크 부분이 아님), 이 계면의 상태에 강하게 의존하는 것에 기인하고 있다. 그리고, 자성층의 자화는 엣지(외주부)로부터 진행되기 때문에, 엣지가 수 ㎚의 정도여도 변화를 받아 수직 자기 이방성을 잃고 있는 경우에는, 자성층은 외부 자장에 대하여 용이하게 자화되게 되어, 자성층의 보자력은 저감한다(특허문헌 1을 참조).
따라서, MTJ를 구성하는 자성층 및 절연층을 덮는 절연막의 성막 처리가 상기 자성층 및 상기 절연층에 대하여 끼치는 영향을 충분히 억제할 필요가 있다.
일양태에 있어서는, 피처리체를 처리하는 방법이 제공된다. 피처리체는, 제1 자성층과, 제1 자성층 위에 마련되는 터널 장벽층과, 터널 장벽층의 제1 표면에 마련되며 볼록형에 연장되는 적층부를 갖는다. 적층부는, 터널 장벽층의 제1 표면에 마련되는 제2 자성층을 갖는다. 이 방법은, 에칭 처리를 행하는 제1 처리 용기와, 성막 처리를 행하는 제2 처리 용기와, 제1 처리 용기 및 제2 처리 용기를 연결하는 연결부를 갖는 처리 시스템에 의해 행해지고, (a) 에칭 처리를 행하는 공정으로서, 제1 처리 용기에 있어서 피처리체의 적층부를 에칭에 의해 형성하는 공정(「공정 a」라고 함)과, (b) 제1 처리 용기에서 행해진 에칭 처리에 의해 적층부가 형성된 피처리체를 제1 처리 용기로부터 제2 처리 용기로 이동시키는 공정(「공정 b」라고 함)과, (c) 공정 b 후에 제2 처리 용기에 있어서 피처리체에 대하여 성막 처리를 행하는 공정(「공정 c」라고 함)을 포함한다. 이 방법에서는, 또한, 공정 c는, 수소를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 의해, 터널 장벽층의 제1 표면과 적층부의 제2 표면과 절연막을 성막한다. 이 방법에서는, 또한, 제2 처리 용기의 내압은, 공정 c에 있어서, 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하이다. 이 방법에서는, 또한, 제2 처리 용기의 수소 분압은, 공정 c에 있어서, 15[mTorr] 이하이다. 이 방법에서는, 또한, 제1 처리 용기, 제2 처리 용기 및 연결부는, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하며, 연결부는, 제1 처리 용기 및 제2 처리 용기를, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 연결하고, 공정 a와 공정 b와 공정 c는, 일관하여 산소가 배기된 상태에서 행해진다.
이 일양태에 따르면, 처리 시스템은, 공정 a의 에칭 처리를 행하는 제1 처리 용기와, 공정 c의 성막 처리를 행하는 제2 처리 용기와, 제1 처리 용기 및 제2 처리 용기를 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 연결하는 연결부를 구비하고 있고, 제1 처리 용기, 제2 처리 용기 및 연결부는, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하며, 제1 처리 용기에 있어서 에칭 처리를 행하는 공정 a와 피처리체를 제1 처리 용기로부터 제2 처리 용기로 이동시키는 공정 b와 제2 처리 용기에 있어서 피처리체에 성막 처리를 행하는 공정 c는 일관하여 산소가 배기된 상태에서 행해진다. 따라서, 공정 a와 공정 b와 공정 c는 일관하여(에칭 처리의 개시로부터 성막 처리의 완료까지 일관하여) 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 유지되게 되고, 따라서 산소에 대한 피처리체의 폭로가 충분히 억제된다.
또한, 이 일양태에 따르면, 성막 처리의 실행 시의 제2 처리 용기에 있어서의 수소 분압이, 비교적으로 낮은 15[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 제2 처리 용기에 있어서 수소 플라즈마가 충분히 저감되기 때문에, 제2 자성층에 대하여, 조성의 변화, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 수소 진입에 의한 격자 간격의 변화 등의 영향이 저감되고, 또한, 터널 장벽층에 대하여, 환원 반응 등의 영향이 저감된다.
또한, 이 일양태에 따르면, 성막 처리의 실행 시의 제2 처리 용기에 있어서의 내압이, 비교적으로 높은 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 제2 처리 용기에 있어서 이온 밀도의 상승이 충분히 억제되기 때문에, 터널 장벽층 및 제2 자성층에 대한 스퍼터, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 온도 상승에 의한 계면 특성의 변화(제2 자성층의 경우에는 수직 자기 이방성의 열화) 등의 영향이 저감된다.
일실시형태에 있어서, 처리 가스는, SiH4 가스, N2 가스 및 H2 가스를 포함할 수 있고, 또한, 절연막은, SiN 막일 수 있다. 따라서, SiN의 절연막의 형성에 이용하는 처리 가스가 SiH4 가스, N2 가스 및 H2 가스를 포함하기 때문에, 특히 수소 분압의 상세한 조정이 H2 가스의 유량 등의 조정에 의해 가능해진다. 또한, 처리 가스에 N2 가스가 포함되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것이 가능해진다.
일실시형태에 있어서, 터널 장벽층은, MgO를 포함할 수 있고, 또한, 일실시형태에 있어서, 제2 자성층은, CoFe를 포함할 수 있다. 따라서, 산소에 대한 피처리체의 폭로가 충분히 억제됨으로써, CoFe를 포함하는 제2 자성층에 대해 산화 반응(CoFe+O→CoFeO) 등의 발생을 억제할 수 있고, MgO를 포함하는 터널 장벽층에 대해 조해 반응 등의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 비교적으로 낮은 수소 분압에 의해, CoFe를 포함하는 제2 자성층에 대해 Co 원자 또는 Fe 원자의 이탈 등의 영향이 저감되고, 또한, MgO를 포함하는 터널 장벽층에 대해 환원 반응(MgOH 및 Mg의 생성) 등의 영향이 저감된다.
이상 설명한 바와 같이, MTJ를 구성하는 자성층 및 절연층을 덮는 절연막의 성막 처리가 상기 자성층 및 상기 절연층에 대하여 끼치는 영향을 억제할 수 있다.
도 1은 일실시형태에 따른 방법에 의해 처리되는 피처리체의 단면의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일실시형태에 따른 방법의 실시에 이용할 수 있는 처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타내는 처리 시스템에 포함되어 있으며, 일실시형태에 따른 방법의 실시에 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)부는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 포함되는 슬롯판의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4의 (b)부는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 포함되는 버퍼실 및 가스 분출구의 구성의 일례를 나타내는 챔버의 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 포함되는 처리 가스 공급부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 일실시형태에 따른 방법의 내용에 대응하는 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타내는 흐름도의 성막 처리가 도 1에 나타내는 피처리체에 실시됨으로써 형성되는 기판 생산물의 단면의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 챔버의 내압과 스테이지에의 플라즈마 입열의 상관의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)부, 도 9의 (b)부 및 도 9의 (c)부는, 챔버의 내압마다, 플라즈마 CVD의 실행 시에 스테이지의 히터에 의해 소비되는 소비 전력이 시간 경과에 따라 변화하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)부는 플라즈마 CVD의 실행 시에, 스테이지의 직경 방향의 위치에 따른 스테이지의 표면의 근방에 있어서의 전자 밀도를, 챔버의 내압마다 측정한 측정 결과를 나타내는 도면이며, 도 10의 (b)부는 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 챔버의 내압마다 평균한 평균값을 나타내는 도면이다.
도 11은 플라즈마 CVD에 의해 피처리체에 절연막이 형성된 경우에 있어서, 플라즈마 CVD가 행해진 챔버의 내측의 수소 분압과, 플라즈마 CVD가 피처리체에 실시되어 얻어진 기판 생산물의 제2 자성층의 보자력[Oe]을 측정한 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다. 먼저 일실시형태에 따른 방법(피처리체의 처리 방법)에 따라 처리되는 피처리체의 구성을 설명하고, 이어서, 상기 방법에 따라 피처리체를 처리하는 처리 시스템의 구성을 설명하며, 이어서, 상기 방법을 설명한다.
도 1을 참조하여, 일실시형태에 따른 피처리체(W1)의 구성을 설명한다. 도 1은 일실시형태에 따른 방법(MT)(후술하는 도 6의 흐름도에 나타내는 방법)에 따라 처리되는 피처리체(W1)의 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 피처리체(W1)는, 방법(MT)에 따라 처리된 후에, 도 7에 나타내는 기판 생산물(W2)이 된다.
피처리체(W1)는, 지지 기체(基體)(131)와, 제1 전극층(132)과, 핀 고정층(134)과, 제1 자성층(136)과, 터널 장벽층(138)과, 복수의 적층부(145)를 구비한다. 적층부(145)는, 터널 장벽층(138)의 제1 표면(SF1)에 마련되고, 제1 표면(SF1)으로부터 볼록형으로 연장된다. 제1 표면(SF1)은, 터널 장벽층(138)에 있어서 밖으로 노출되어 있는 표면이다. 제1 표면(SF1)은, 피처리체(W1)의 적층 방향에 대하여 수직으로 연장된다. 적층부(145)는, 제2 자성층(140)과, 제2 전극층(142)과, 마스크층(144)을 구비한다. 제2 자성층(140)은, 터널 장벽층(138)의 제1 표면(SF1)에 마련된다. 제2 전극층(142)은, 제2 자성층(140)의 표면에 마련된다. 마스크층(144)은, 제2 자성층(140) 위에 마련되며, 제2 전극층(142)의 표면에 마련된다. 적층부(145)에 있어서, 제2 자성층(140), 제2 전극층(142), 마스크층(144)은, 이 순서로, 터널 장벽층(138)의 제1 표면(SF1) 위에 적층되어 있다. 하나의 적층부(145)와, 지지 기체(131), 제1 전극층(132), 핀 고정층(134), 제1 자성층(136) 및 터널 장벽층(138)은, 하나의 MRAM 소자(130)(MRAM: Magnetic Random Access Memory)에 대응하고 있다. 도 1에는, 하나의 MRAM 소자(130)를 나타내고 있다.
제1 전극층(132)은, 지지 기체(131)의 표면에 마련된다. 제1 전극층(132)은, 지지 기체(131)에 접한다. 제1 전극층(132)은, 전기 전도성을 갖는 전극 재료의 층이다. 제1 전극층(132)의 두께는, 예컨대 5[㎚] 정도이다.
핀 고정층(134)은, 제1 전극층(132)과 제1 자성층(136) 사이에 마련된다. 핀 고정층(134)은, 제1 전극층(132)과 제1 자성층(136)에 접한다. 핀 고정층(134)은, MRAM 소자(130)에 있어서, 반강자성체에 의한 핀 고정 효과에 의해 제1 자성층(136)의 자화의 방향을 고정한다. 핀 고정층(134)은, 예컨대, IrMn(이리듐망간), PtMn(플래티늄망간) 등의 반강자성체 재료의 층이다. 핀 고정층(134)의 두께는, 예컨대 7[㎚] 정도이다.
제1 자성층(136)은, 핀 고정층(134)의 표면에 마련된다. 제1 자성층(136)은, 핀 고정층(134)에 접한다. 제1 자성층(136)은, 강자성체를 포함하는 층이다. 제1 자성층(136)은, 소위 고정층으로서 기능한다. 즉, MRAM 소자(130)에 있어서, 제1 자성층(136)의 자화의 방향은, 핀 고정층(134)에 의한 핀 고정 효과에 의해, 외부 자계의 영향을 받는 일없이 유지된다. 제1 자성층(136)은, 예컨대 CoFe의 층이다. 제1 자성층(136)의 두께는, 예컨대 2.5[㎚] 정도이다.
터널 장벽층(138)은, 제1 자성층(136)과 제2 자성층(140) 사이에 마련된다. 터널 장벽층(138)은, 제1 자성층(136)과 제2 자성층(140)에 접한다. 터널 장벽층(138)은, MRAM 소자(130)에 있어서, 자성 터널 접합(MTJ: Magnetic Tunnel Junction)을 구성한다. 즉, 제1 자성층(136)과 제2 자성층(140) 사이에 터널 장벽층(138)이 마련됨으로써, 제1 자성층(136)과 제2 자성층(140) 사이에 터널 자기 저항(TMR: Tunnel Magneto Resistance) 효과가 생긴다. 이 터널 자기 저항 효과에 의해, 제1 자성층(136)과 제2 자성층(140) 사이에는, 제1 자성층(136)의 자화 방향과 제2 자성층(140)의 자화 방향의 상대 관계(평행 또는 반평행)에 따른 전기 저항이 생긴다. 터널 장벽층(138)은, 예컨대 MgO의 층이지만, Al2O3의 층일 수도 있다. 터널 장벽층(138)의 두께는, 예컨대 1.3[㎚] 정도이다.
제2 자성층(140)은, 터널 장벽층(138)의 제1 표면(SF1)에 마련된다. 제2 자성층(140)은, 제1 표면(SF1)을 통해 터널 장벽층(138)에 접한다. 제2 자성층(140)은, 적층부(145)에 포함된다. 제2 자성층(140)은, 강자성체를 포함하는 층이다. 제2 자성층(140)은, MRAM 소자(130)에 있어서, 소위 프리층으로서 기능한다. 즉, 제2 자성층(140)의 자화의 방향은, MRAM 소자(130)에 있어서, 자기 정보인 외부 자장에 추종한다. 제2 자성층(140)은, 예컨대 CoFe의 층이다. 제2 자성층(140)의 두께는, 예컨대 2.5[㎚] 정도이다.
제2 전극층(142)은, 터널 장벽층(138)의 위에 마련되어 있고, 제2 자성층(140)의 표면에 마련된다. 제2 전극층(142)은, 제2 자성층(140)에 접한다. 제2 전극층(142)은, 적층부(145)에 포함된다. 제2 전극층(142)은, 전기 전도성을 갖는 전극 재료의 층이다. 제2 전극층(142)은, 예컨대 Ta의 층이다.
마스크층(144)은, 제2 자성층(140)의 위에 마련되어 있고, 제2 전극층(142)의 표면에 마련된다. 마스크층(144)은, 제2 전극층(142)에 접한다. 마스크층(144)은, 적층부(145)에 포함된다. 마스크층(144)은, 제2 전극층(142)과 제2 자성층(140)에 대한 에칭에 이용하는 마스크이다. 마스크층(144)은, 예컨대, 어모퍼스 카본을 포함하는 제1 층과 SiO2를 포함하는 제2 층을 구비할 수 있다. 제2 층은, 제2 전극층(142) 위에 마련되며, 제2 전극층(142)의 표면에 마련된다. 제2 층은, 제2 전극층(142)에 접한다. 제1 층은, 제2 층 상에 마련되고, 제2 층의 표면에 마련된다. 제1 층은, 제2 층에 접한다.
다음에, 도 2를 참조하여, 일실시형태에 따른 처리 시스템(PS)의 구성을 설명한다. 도 2는 방법(MT)의 실시에 이용할 수 있는 처리 시스템(PS)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 처리 시스템(PS)은, 도 1에 나타내는 피처리체(W1)를 처리하는 방법(MT)의 실시에 이용하는 것이 가능한 시스템이다. 처리 시스템(PS)은, 기판 배치대(STa)와, 기판 배치대(STb)와, 기판 배치대(STc)와, 기판 배치대(STd)와, 수용 용기(CAa)와, 수용 용기(CAb)와, 수용 용기(CAc)와, 수용 용기(CAd)와, 로더 모듈(LDM)과, 로드 록 챔버(LL1)와, 로드 록 챔버(LL2)와, 프로세스 모듈(PM1)(에칭 장치)과, 프로세스 모듈(PM2)(성막 장치)과, 프로세스 모듈(PM3)과, 프로세스 모듈(PM4)과, 트랜스퍼 챔버(TC)(연결부)와, 반송 로보트(Rb1)와, 반송 로보트(Rb2)를 구비한다.
기판 배치대(STa∼STd)는, 로더 모듈(LDM)의 일가장자리를 따라 배열된다. 기판 배치대(STa∼STd)의 각각의 위에는, 수용 용기(CAa∼CAd)가 각각 배치된다. 피처리체는, 수용 용기(CAa∼CAd)에 수용된다.
반송 로보트(Rb1)는, 로더 모듈(LDM)의 내측에 마련된다. 반송 로보트(Rb1)는, 수용 용기(CAa∼CAd) 중 어느 하나에 수용되어 있는 피처리체를 취출하여, 상기 피처리체를, 로드 록 챔버(LL1) 또는 로드 록 챔버(LL2)에 반송한다.
로드 록 챔버(LL1) 및 로드 록 챔버(LL2)는, 로더 모듈(LDM)의 별도의 일가장자리를 따라 마련된다. 로드 록 챔버(LL1) 및 로드 록 챔버(LL2)는, 예비 감압실을 구성한다. 로드 록 챔버(LL1) 및 로드 록 챔버(LL2)는, 각각의 대응하는 게이트 밸브를 통해, 트랜스퍼 챔버(TC)의 내측에 접속된다.
트랜스퍼 챔버(TC)는, 트랜스퍼 챔버(TC)의 내측의 압력(내압)의 조정(특히, 감압)이 가능한 챔버이다. 트랜스퍼 챔버(TC)에는, 트랜스퍼 챔버(TC)의 환기 및 내압 조정을 위한 압력 조정기(TCP1) 및 배기 장치(TCP2)를 구비한다. 반송 로보트(Rb2)는, 트랜스퍼 챔버(TC)의 내측에 마련된다. 프로세스 모듈(PM1∼PM4)은, 각각, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀한 챔버(처리 용기)를 구비한다. 프로세스 모듈(PM1∼PM4)은, 각각, 환기 및 내압 조정을 위한 압력 조정기 및 배기 장치[특히 후술하는 프로세스 모듈(PM2)의 경우에는 도 3에 나타내는 압력 조정기(55) 및 배기 장치(56)]를 구비한다. 프로세스 모듈(PM1∼PM4)의 각각의 챔버는, 각각의 대응하는 게이트 밸브를 통해, 트랜스퍼 챔버(TC)의 내측에, 외기에 대하여 기밀하게 접속된다. 트랜스퍼 챔버(TC)는, 프로세스 모듈(PM1∼PM4)의 각각의 챔버끼리를 서로, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 연결한다.
반송 로보트(Rb2)는, 로드 록 챔버(LL1) 및 로드 록 챔버(LL2) 중 어느 하나와 프로세스 모듈(PM1∼PM4) 중 어느 하나 사이에서, 트랜스퍼 챔버(TC)를 통해 피처리체를 이동한다. 반송 로보트(Rb2)는, 프로세스 모듈(PM1∼PM4) 중 임의의 2개의 프로세스 모듈 사이에서, 트랜스퍼 챔버(TC)를 통해 피처리체를 이동시킨다.
프로세스 모듈(PM1)은, 방법(MT)(후술하는 도 6의 흐름도에 나타내는 방법)의 에칭 처리(공정 ST1)를 행하는 에칭 장치로서, 플라즈마 에칭에 이용할 수 있다. 도 1에 나타내는 피처리체(W1)[특히 적층부(145)]는, 프로세스 모듈(PM1)에 있어서 실시되는 에칭 처리에 의해 형성된다. 프로세스 모듈(PM2)은, 방법(MT)의 성막 처리(공정 ST3)를 행하는 성막 장치로서, 플라즈마 CVD(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)에 이용할 수 있다. 프로세스 모듈(PM2)은, 구체적으로는, 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)이다. 프로세스 모듈(PM2)에서는, RLSA(Radial Line Slot Antenna) 장치가 이용될 수 있다. 또한, 트랜스퍼 챔버(TC)는, 프로세스 모듈(PM1)의 챔버(제1 처리 용기)와 프로세스 모듈(PM2)의 챔버(제2 처리 용기)를 서로, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 연결한다. 프로세스 모듈(PM1), 프로세스 모듈(PM2) 및 트랜스퍼 챔버(TC)는, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하다.
다음에, 도 3∼5를 참조하여, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 구성을 설명한다. 도 3은 도 2에 나타내는 처리 시스템(PS)에 포함되어 있으며, 방법(MT)의 실시에 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치(10)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)부는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 포함되는 슬롯판(40)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4의 (b)부는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 포함되는 버퍼실(108) 및 가스 분출구(110)의 구성의 일례를 나타내는 챔버(12)의 단면도이다. 도 5는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 포함되는 처리 가스 공급부(80)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 마이크로파 및 평판 슬롯 안테나를 이용하여 여기되는 표면파 플라즈마 하에서, 플라즈마 CVD에 의해 성막 처리를 행하는 성막 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버(12)와, 마이크로파 공급부(14)와, 유전체창(18)과, 스테이지(20)와, 통형 지지부(46)와, 통형 지지부(48)와, 배기로(50)와, 배플판(52)과, 배기관(54)과, 압력 조정기(55)와, 배기 장치(56)와, 고주파 전원(58)과, 매칭 유닛(60)과, 급전봉(62)과, 직류 전원(64)과, 스위치(66)와, 피복선(68)과, 배관(70)과, 배관(72)과, 가스 공급관(74)과, 처리 가스 공급부(80)와, 제어부(122)를 구비한다.
챔버(12)는, 공간(S)과, 측벽(12a)과, 바닥부(12b)와, 천장부(12c)와, 배기 구멍(12h)을 구비한다. 챔버(12)는, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속제의 원통형 진공 챔버이다. 챔버(12)는, 접지되어 있다. 공간(S)은, 챔버(12)의 내측의 공간이며, 피처리체(W1)를 수용한다. 공간(S)에 있어서 플라즈마가 생성된다. 측벽(12a)은, 대략 원통형의 형상을 구비한다. 측벽(12a)의 상단부는, 개구로 되어 있다. 측벽(12a)의 상단부의 개구는, 유전체창(18)에 의해 폐쇄된다. 유전체창(18)은, 측벽(12a)의 상단부와 천장부(12c) 사이에 협지된다. 유전체창(18)과 측벽(12a)의 상단부 사이에 밀봉 부재(26)를 개재할 수 있다. 밀봉 부재(26)는, 챔버(12)의 기밀성에 기여하는 부재이다. 밀봉 부재(26)는, 예컨대 O 링이다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측[스테이지(20)가 마련되는 측으로서, 천장부(12c)의 반대측]에 마련된다. 배기 구멍(12h)은, 바닥부(12b)에 마련된다.
스테이지(20)는, 서셉터(20a)와, 정전 척(20b)과, 포커스 링(F)을 구비한다. 스테이지(20)는, 피처리체(W1)를 배치한다. 스테이지(20)는, 챔버(12)의 내측에 있어서, 유전체창(18)의 반대측[바닥부(12b)의 측]에 마련된다.
서셉터(20a)는, 고주파 전극을 겸한다. 서셉터(20a)의 재료는, 예컨대 알루미늄 등의 도체이다. 서셉터(20a)는, 매칭 유닛(60) 및 급전봉(62)을 통해, 고주파 전원(58)에 전기적으로 접속된다. 고주파 전원(58)은, RF 바이어스에 이용된다. 고주파 전원(58)은, 소정의 주파수의 전압을 소정의 파워로 출력한다. 고주파 전원(58)에 의해 출력되는 전압의 주파수는, 피처리체(W1)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 데 알맞은 일정한 주파수로서, 예컨대 13.65[㎒] 정도이다. 매칭 유닛(60)은, 정합기를 수용한다. 이 정합기는, 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 챔버(12)에 있는 부하측의 임피던스 사이에서 임피던스 정합을 취한다. 이 부하는, 주로 챔버(12)의 내측에 있는 플라즈마 및 고주파 전극[서셉터(20a)] 등을 포함한다.
서셉터(20a)는, 통형 지지부(46)에 지지된다. 통형 지지부(46)의 재료는, 절연성의 재료이다. 통형 지지부(46)는, 바닥부(12b)으로부터 천장부(12c)를 향하여 연장된다. 통형 지지부(46)의 외주에는, 통형 지지부(48)가 마련된다. 통형 지지부(48)의 재료는, 도전성의 재료이다. 통형 지지부(48)는, 통형 지지부(46)의 외주를 따라 바닥부(12b)로부터 천장부(12c)를 향하여 연장된다. 통형 지지부(48)와 측벽(12a) 사이에는, 환형의 배기로(50)가 마련된다.
배기로(50)의 상부[바닥부(12b)의 반대측으로서, 천장부(12c)의 측]에는, 배플판(52)이 마련된다. 배플판(52)은, 복수의 관통 구멍이 마련되고, 환형의 형상을 구비한다. 배기로(50)는, 배기관(54)에 접속된다. 배기관(54)은, 하나 또는 복수의 배기 구멍(12h)을 제공한다. 배기관(54)은, 압력 조정기(55)에 접속되고, 압력 조정기(55)는, 배기 장치(56)에 접속된다. 배기관(54)은, 압력 조정기(55)를 통해 배기 장치(56)에 접속된다. 압력 조정기(55)는, 예컨대 APC밸브(APC: Automatic Pressure Control)이다. 배기 장치(56)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비한다. 압력 조정기(55)는, 배기 장치(56)의 배기량을 조정함으로써, 챔버(12)의 내측의 압력(내압)을 조정한다. 압력 조정기(55) 및 배기 장치(56)에 의해, 챔버(12)의 내측에 있는 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 압력 조정기(55)는, 챔버(12)의 진공 배기 또는 퍼징 시에 있어서, 배기 장치(56)를 동작시킴으로써, 스테이지(20)의 주위에 잔류하는 가스를, 배기로(50)를 통해 배기 장치(56)에 배출할 수 있다.
정전 척(20b)은, 전극(20d)과, 절연막(20e)과, 절연막(20f)을 구비한다. 정전 척(20b)은, 서셉터(20a)의 상면에 마련된다. 전극(20d)은, 도전막이다. 전극(20d)은, 절연막(20e)과 절연막(20f) 사이에 마련된다. 전극(20d)은, 스위치(66) 및 피복선(68)을 통해, 직류 전원(64)에 전기적으로 접속된다. 피처리체(W1)는, 정전 척(20b)의 상면에 배치된다. 정전 척(20b)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 정전기의 힘에 의해, 피처리체(W1)를 정전 척(20b)의 상면에 유지한다.
포커스 링(F)은, 정전 척(20b)의 직경 방향의 외측에 마련된다. 포커스 링(F)은, 피처리체(W1)를 환형으로 둘러싼다.
서셉터(20a)는, 냉매실(20g)을 구비한다. 냉매실(20g)은, 서셉터(20a)의 내부에 마련된다. 냉매실(20g)은, 서셉터(20a)의 둘레 방향으로 연장되는 환형의 형상을 구비한다. 냉매실(20g)에는, 소정의 온도의 냉매(WC) 예컨대 냉각수가, 배관(70) 및 배관(72)을 통해 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 순환 공급된다. 정전 척(20b) 위에 유지되는 피처리체(W1)의 처리 온도는, 냉매(WC)의 온도에 의해 제어될 수 있다. 또한, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스(예컨대 He 가스)가, 가스 공급관(74)을 통해, 정전 척(20b)의 상면과 피처리체(W1)의 이면 사이에 공급된다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 온도 제어 기구로서, 히터(HT)와, 히터(HS)와, 히터(HCS)와, 히터(HES)를 더 구비한다. 히터(HT)는, 천장부(12c)의 내부에 마련된다. 히터(HT)는, 천장부(12c)에 병행으로 연장되는 형상으로서, 안테나(15)를 둘러싸는 환형의 형상을 구비한다. 히터(HS)는, 측벽(12a)의 내부에 마련된다. 히터(HS)는, 유전체창(18)과 스테이지(20) 사이의 높이 위치에 마련된다. 히터(HS)는, 바닥부(12b)에 병행으로 연장되는 형상으로서, 공간(S)을 둘러싸는 환형의 형상을 구비한다. 히터(HCS)는, 서셉터(20a)의 내부에 마련된다. 히터(HCS)는, 정전 척(20b) 및 피처리체(W1)의 중심부와 대향하도록 배치된다. 히터(HES)는, 서셉터(20a)의 내부에 마련된다. 히터(HES)는, 정전 척(20b)에 병행으로 연장되는 형상으로서, 히터(HCS)를 둘러싸는 환형의 형상을 구비한다. 히터(HES)는, 정전 척(20b) 및 피처리체(W1)의 주변부와 대향하도록 배치된다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 압력 센서(21)를 더 구비한다. 압력 센서(21)는, 커패시턴스 마노미터이며, 챔버(12)의 외측에 마련되어 있고, 배관을 통해 챔버(12)의 내측의 기압을 측정한다. 상기 배관은, 정전 척(20b)의 높이 위치에 있어서 측벽(12a)에 마련되어 있고, 챔버(12)의 내측으로부터 외측으로 관통하고 있으며, 챔버(12)의 외측에 있는 압력 센서(21)에 접속된다. 따라서, 압력 센서(21)에 의해, 정전 척(20b)의 표면에 배치되는 피처리체(W1)의 주위의 전체 기압[챔버(12)의 내압에 대응하며, 이하 동일함]과 동일한 기압이 배관을 통해 검출된다. 압력 센서(21)는, 검출한 기압을 나타내는 압력 신호(MSP2)를, 제어부(122)에 출력한다. 제어부(122)는, 압력 센서(21)로부터의 압력 신호(MSP2)에 기초하여, 처리 가스 공급부(80), 제1 전자 밸브(91), 제2 전자 밸브(106), 제3 전자 밸브(114), 압력 조정기(55) 및 배기 장치(56)를 제어함으로써, 정전 척(20b) 위에 배치되는 피처리체(W1)의 주위의 전기압을 조정한다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 온도 센서(22)를 더 구비한다. 온도 센서(22)는, 정전 척(20b)에 마련된다. 따라서, 스테이지(20)의 표면 온도[정전 척(20b)의 표면 온도이며, 이하 동일함]는, 온도 센서(22)에 의해 검출된다. 온도 센서(22)는, 검출한 온도를 나타내는 온도 신호(MST)를 제어부(122)에 출력한다. 제어부(122)는, 온도 센서(22)로부터의 온도 신호(MST)에 기초하여, 히터(HCS) 및 히터(HES)를 제어함으로써, 스테이지(20)의 표면의 온도를 조정한다.
마이크로파 공급부(14)는, 플라즈마 생성용의 전자파(마이크로파)를, 챔버(12)의 내측에 유전체창(18)을 통해 공급한다. 마이크로파 공급부(14)는, 안테나(15)와, 동축 도파관(16)과, 마이크로파 발생기(28)와, 튜너(30)와, 도파관(32)과, 모드 변환기(34)를 구비한다. 안테나(15)는, 냉각 쟈켓(36)과, 유전체판(38)과, 슬롯판(40)을 구비한다. 동축 도파관(16)은, 외측 도체(16a)와, 내측 도체(16b)를 구비한다.
유전체창(18)은, 오목부(18a)와, 오목부(18b)와, 커넥터부(92)를 구비한다. 유전체창(18)의 표면[공간(S)측의 표면]에는, 홈폭이 안테나(15)측을 향하여 점차로 감소하는 테이퍼 형상의 홈부 또는 오목부(18a)가, 환형으로 형성되어 있다. 오목부(18a)는, 챔버(12) 내에 도입되는 마이크로파에 의한 정재파의 발생을 촉진시킨다. 오목부(18a)는, 챔버(12) 내에 도입되는 마이크로파에 의한 플라즈마의 효율적인 생성에 기여할 수 있다. 오목부(18b)는, 유전체창(18)의 표면[슬롯판(40)에 접하는 면]에 형성되는 원통형의 오목부이다. 커넥터부(92)는, 내측 도체(16b)에 접속된다. 커넥터부(92)는, 도체, 예컨대 구리, 알루미늄, 스테인레스 혹은 이들의 합금으로 이루어진다. 커넥터부(92)는, 오목부(18b)에 수용된다.
마이크로파 발생기(28)는, 예컨대 2.45[㎓] 정도의 주파수의 마이크로파를, 미리 설정된 파워로 출력한다. 마이크로파 발생기(28)는, 튜너(30), 도파관(32) 및 모드 변환기(34)를 통해, 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b) 각각의 일단[챔버(12)의 반대측에 있는 단]에 접속된다. 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b)는, 서로 병행으로 연장된다. 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b)는, 챔버(12)의 중심축선을 따라 동축으로 연장되는 원통형 또는 관형의 형상을 구비한다. 외측 도체(16a)의 타단[챔버(12)의 측에 있는 단]은, 냉각 쟈켓(36)의 표면에 전기적으로 접속된다. 냉각 쟈켓(36)의 표면은, 도전성을 구비한다. 내측 도체(16b)는, 외측 도체(16a)의 내측에 마련된다. 내측 도체(16b)의 타단[챔버(12)의 측에 있는 단]은, 커넥터부(92)를 통해 안테나(15)의 슬롯판(40)에 접속한다.
안테나(15)는, 천장부(12c)에 형성되는 개구 내에, 배치된다. 안테나(15)는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA: Radial Line Slot Antenna)이다. 유전체판(38)은, 마이크로파의 파장을 단축시키는 기능을 구비하며, 대략 원판형의 형상을 구비한다. 유전체판(38)의 재료는, 예컨대 석영 또는 Al2O3이다. 유전체판(38)은, 슬롯판(40)과 냉각 쟈켓(36) 사이에 협지된다.
슬롯판(40)은, 대략 원판형의 형상을 구비한다. 슬롯판(40)은, 금속판이다. 슬롯판(40)은, 복수의 슬롯쌍(40a)을 구비한다. 슬롯쌍(40a)은, 슬롯 구멍(40b)과, 슬롯 구멍(40c)에 의해 구성된다. 복수의 슬롯쌍(40a)은, 슬롯판(40)의 직경 방향에 있어서 소정의 간격으로 배치되어 있고, 또한, 슬롯판(40)의 둘레 방향에 있어서 소정의 간격으로 배치되어 있다. 복수의 슬롯쌍(40a)의 각각은, 한쌍의 슬롯 구멍(40b) 및 슬롯 구멍(40c)을 구비한다. 슬롯 구멍(40b)과 슬롯 구멍(40c)은, 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되어 있다.
마이크로파 발생기(28)로부터 출력되는 마이크로파는, 도파관(32), 모드 변환기(34) 및 동축 도파관(16) 안에서 전파되어, 안테나(15)에 급전된다. 그리고, 유전체판(38) 내에서 파장이 단축되면서 유전체판(38)의 반경 방향으로 확장된 마이크로파는, 슬롯판(40)의 각각의 슬롯쌍(40a)으로부터 2개의 직교하는 편파 성분을 포함하는 원편파의 평면파가 되고, 유전체창(18)을 통해 챔버(12)의 내측을 향하여 방사된다. 유전체창(18)의 표면[공간(S)측의 표면]을 따라 유전체창(18)의 반경 방향으로 전파되는 표면파의 전계(마이크로파 전계)는, 유전체창(18)의 이 표면의 부근에 있는 가스를 전리시켜, 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 이 플라즈마 처리 장치(10)로 실시되는 플라즈마 프로세스에 이용하는 모든 처리 가스를 제공하는 처리 가스 공급부(80)를 구비하며, 처리 가스 공급부(80)로부터 제공되는 처리 가스를 챔버(12) 내에 도입하기 위한 가스 도입 기구를 구비한다. 이 가스 도입 기구는, 3계통의 가스 라인, 즉, 제1 가스 라인(82)과, 제2 가스 라인(84)과, 제3 가스 라인(86)을 구비한다.
제1 가스 라인(82)은, 제1 가스 공급관(90)과, 제1 전자 밸브(91)와, 압력 센서(120)를 구비한다. 제1 가스 공급관(90)은, 처리 가스 공급부(80)와 내측 도체(16b) 사이에 마련된다. 제1 가스 공급관(90)은, 처리 가스 공급부(80)로부터의 처리 가스를 내측 도체(16b)에 보낸다. 제1 전자 밸브(91)는, 제1 가스 공급관(90)에 마련된다. 제1 가스 공급관(90)은, 내측 도체(16b) 및 유전체창(18)에 있어서, 가스 유로(88)[내측 도체(16b)], 가스 유로(92a), 가스 유로(96) 및 가스 분출구(94)에 연통한다. 제1 가스 공급관(90)은, 가스 유로(88)[내측 도체(16b)], 가스 유로(92a), 가스 유로(96) 및 가스 분출구(94)를 통해, 공간(S)에 연통한다.
내측 도체(16b)는, 가스 유로(88)를 구비한다. 커넥터부(92)는, 가스 유로(92a)를 구비한다. 유전체창(18)은, 하나 또는 복수개의 가스 분출구(94)와, 가스 유로(96)를 더 구비한다. 가스 유로(88)는, 제1 가스 공급관(90)에 연통한다. 가스 유로(92a)는, 가스 유로(88)에 연통한다. 가스 유로(96)는, 유전체창(18)의 중심부에 마련된다. 가스 유로(96)는, 가스 유로(92a)를 통해 가스 유로(88)에 연통한다. 가스 분출구(94)는, 유전체창(18)의 중심부로서 공간(S)에 면하는 유전체창(18)의 표면에 마련된다. 가스 분출구(94)는, 공간(S)에 면하는 개구를 구비한다. 가스 분출구(94)는, 공간(S)에 통한다. 가스 분출구(94)는, 가스 유로(96) 및 가스 유로(92a)를 통해 가스 유로(88)에 연통한다. 가스 유로(96) 및 가스 분출구(94)는, 인젝터를 구성한다.
처리 가스 공급부(80)로부터 제1 가스 라인(82)에 송출되는 처리 가스는, 제1 가스 공급관(90), 가스 유로(88), 가스 유로(92a), 가스 유로(96)를 순서대로 흘러, 종단의 가스 분출구(94)로부터 스테이지(20)의 중심부를 향하여 공간(S)에 분사된다.
압력 센서(120)는, 커패시턴스 마노미터이며, 제1 가스 라인(82)에 있어서의 제1 전자 밸브(91)의 하류측의 내압, 예컨대 제1 가스 공급관(90)의 내압을 계측하고, 이 계측 결과를 나타내는 압력 신호(MSP1)를, 제어부(122)에 출력한다.
제2 가스 라인(84)은, 버퍼실(100)과, 복수의 가스 분출구(102)와, 제2 가스 공급관(104)과, 제2 전자 밸브(106)를 구비한다. 버퍼실(100)은, 유전체창(18)과 스테이지(20) 사이의 높이 위치에 있어서, 측벽(12a)의 내부에 마련된다. 버퍼실(100)은, 공간(S)을 둘러싸는 환형의 형상을 구비한다. 가스 분출구(102)는, 버퍼실(100)과 공간(S) 사이에 마련된다. 가스 분출구(102)는, 버퍼실(100)과 공간(S)에 연통한다. 복수의 가스 분출구(102)는, 측벽(12a)의 내부에 있어서, 버퍼실(100)의 둘레 방향에 등간격으로 배치된다. 제2 가스 공급관(104)은, 처리 가스 공급부(80)와 버퍼실(100) 사이에 마련된다. 제2 가스 공급관(104)은, 버퍼실(100)과 가스 분출구(102)를 통해, 공간(S)에 연통한다. 제2 전자 밸브(106)는, 제2 가스 공급관(104)에 마련된다. 처리 가스 공급부(80)로부터 제2 가스 라인(84)에 송출되는 처리 가스는, 제2 가스 공급관(104), 버퍼실(100)을 순서대로 흘러, 종단의 가스 분출구(102)로부터 스테이지(20)의 주변부를 향하여 대략 수평 또는 경사 하향으로 공간(S)에 분사된다.
제3 가스 라인(86)은, 버퍼실(108)과, 복수의 가스 분출구(110)와, 제3 가스 공급관(112)과, 제3 전자 밸브(114)를 구비한다. 버퍼실(108)은, 제1 가스 라인(82)에 따른 가스 분출구(94)와 제2 가스 라인(84)에 따른 버퍼실(100) 사이의 높이 위치에 있어서, 측벽(12a)의 내부에 마련된다. 버퍼실(108)은, 공간(S)을 둘러싸는 환형의 형상을 구비한다. 가스 분출구(110)는, 버퍼실(108)과 공간(S) 사이에 마련된다. 가스 분출구(110)는, 버퍼실(100)과 공간(S)에 연통한다. 복수의 가스 분출구(110)는, 측벽(12a)의 내부에 있어서, 버퍼실(108)의 둘레 방향에 등간격으로 배치된다. 제3 가스 공급관(112)은, 처리 가스 공급부(80)와 버퍼실(108) 사이에 마련된다. 제3 가스 공급관(112)은, 버퍼실(108)과 가스 분출구(110)를 통해, 공간(S)에 연통한다. 제3 전자 밸브(114)는, 제3 가스 공급관(112)에 마련된다. 처리 가스 공급부(80)로부터 제3 가스 라인(86)에 송출되는 처리 가스는, 제3 가스 공급관(112), 버퍼실(108)을 순서대로 흘러, 종단의 가스 분출구(110)로부터 유전체창(18)의 하면을 따라 대략 수평으로 공간(S)에 분사된다.
도 4의 (b)부에 제3 가스 라인(86)의 주요부의 구성을 나타낸다. 도 4의 (b)부는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 포함되는 버퍼실(108) 및 가스 분출구(110)의 구성의 일례를 나타내는 챔버(12)의 단면도이다. 도 4의 (b)부에 나타내는 바와 같이, 일정 간격을 이격하여 둘레 방향에 분포되는 복수의 가스 분출구(110)로부터, 처리 가스가, 공간(S)의 중심부를 향하여 균일한 유량으로 역방사형으로 분출된다. 또한, 제2 가스 라인(84)의 주요부[버퍼실(100) 및 가스 분출구(102)]의 구성도, 도 4의 (b)부에 나타내는 구성과 동일하다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 상기한 가스 도입 기구에 있어서, 제1 가스 라인(82)의 제1 가스 공급관(90)과 배기부[압력 조정기(55) 및 배기 장치(56)]를 잇는 바이패스 배기 라인(116)과, 바이패스 전자 밸브(118)를 더 구비한다. 도시된 구성예에서는, 배기 구멍(12h)과 압력 조정기(55) 사이의 배기로에 바이패스 배기 라인(116)의 일단(출구)이 접속되지만, 바이패스 배기 라인(116)의 출구는, 압력 조정기(55)와 배기 장치(56) 사이의 배기로에 접속될 수 있다. 바이패스 전자 밸브(118)는, 바이패스 배기 라인(116)에 마련된다. 바이패스 전자 밸브(118)는, 노멀 클로즈식의 전자 밸브이다.
제어부(122)는, 마이크로 컴퓨터를 가지고 있고, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부, 특히 압력 조정기(55), 배기 장치(56), 고주파 전원(58), 매칭 유닛(60), 정전 척(20b)용의 스위치(66), 마이크로파 발생기(28), 처리 가스 공급부(80), 제1 전자 밸브(91), 제2 전자 밸브(106), 제3 전자 밸브(114), 바이패스 전자 밸브(118), 히터(HT), 히터(HS), 히터(HCS), 히터(HES), 전열 가스 공급부, 칠러 유닛 등의 개개의 동작 및 플라즈마 처리 장치(10)의 전체의 동작을 제어한다. 제어부(122)는, 맨·머신·인터페이스용의 터치 패널(도시하지 않음) 및 플라즈마 처리 장치(10)의 여러 가지 동작을 규정하는 각종 프로그램이나 설정값 등의 데이터를 저장하는 기억 장치(도시하지 않음) 등에도 접속되어 있고, 각종 센서류로부터의 출력 신호[예컨대 압력 센서(120)로부터의 압력 신호(MSP1), 압력 센서(21)로부터의 압력 신호(MSP2), 온도 센서(22)로부터의 온도 신호(MST)]를 수취한다.
도 5에 처리 가스 공급부(80)의 구성을 나타낸다. 도 5는 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 포함되는 처리 가스 공급부(80)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 처리 가스 공급부(80)는, SiH4 가스원(150)과, N2 가스원(152)과, Ar 가스원(154)과, H2 가스원(156)을 구비한다. 처리 가스 공급부(80)는, 또한, SiH4 주가스 라인(158), 제1 분기 SiH4 가스 라인(160), 제2 분기 SiH4 가스 라인(162), 전자 밸브(164), 전자 밸브(166), MFC(168)(MFC: Mass Flow Controller), MFC(170)와, N2 주가스 라인(172), 제1 분기 N2 가스 라인(174), 제2 분기 N2 가스 라인(176), 전자 밸브(178), 전자 밸브(180), MFC(182), MFC(184)와, Ar 주가스 라인(186), 제1 분기 Ar 가스 라인(188), 제2 분기 Ar 가스 라인(190), 제3 분기 Ar 가스 라인(192), 전자 밸브(194), 전자 밸브(196), 전자 밸브(198), MFC(200), MFC(202), MFC(204)와, H2 주가스 라인(206), 제1 분기 H2 가스 라인(208), 제2 분기 H2 가스 라인(210), 전자 밸브(212), 전자 밸브(214), MFC(216), MFC(218)를 구비한다.
SiH4 가스원(150)은, SiH4 가스를 소정의 압력으로 SiH4 주가스 라인(158)에 송출한다. N2 가스원(152)은, N2 가스를 소정의 압력으로 N2 주가스 라인(172)에 송출한다. Ar 가스원(154)은, Ar 가스를 소정의 압력으로 Ar 주가스 라인(186)에 송출한다. H2 가스원(156)은, H2 가스를 소정의 압력으로 H2 주가스 라인(206)에 송출한다.
SiH4 가스원(150)의 출력 포트는, SiH4 주가스 라인(158) 및 제1 분기 SiH4 가스 라인(160)을 통해, 제1 가스 라인(82)의 제1 가스 공급관(90)에 접속된다. SiH4 가스원(150)의 출력 포트는, 또한, SiH4 주가스 라인(158) 및 제2 분기 SiH4 가스 라인(162)을 통해, 제2 가스 라인(84)의 제2 가스 공급관(104)에 접속된다. 전자 밸브(164)는, 제1 분기 SiH4 가스 라인(160)에 마련된다. 전자 밸브(166)는, 제2 분기 SiH4 가스 라인(162)에 마련된다. MFC(168)는, 제1 분기 SiH4 가스 라인(160)에 마련된다. MFC(170)는, 제2 분기 SiH4 가스 라인(162)에 마련된다.
MFC(168)는, 제1 분기 SiH4 가스 라인(160)에 있어서의 SiH4 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(168)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, SiH4 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(168)에 송신한다. MFC(168)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제1 가스 라인(82)에 있어서의 SiH4 가스의 유량[가스 분출구(94)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 SiH4 가스의 유량]의 증감을 행한다. MFC(170)는, 제2 분기 SiH4 가스 라인(162)에 있어서의 SiH4 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(170)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, SiH4 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(170)에 송신한다. MFC(170)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제2 가스 라인(84)에 있어서의 SiH4 가스의 유량[가스 분출구(102)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 SiH4 가스의 유량]의 증감을 행한다.
N2 가스원(152)의 출력 포트는, N2 주가스 라인(172) 및 제1 분기 N2 가스 라인(174)을 통해, 제1 가스 라인(82)의 제1 가스 공급관(90)에 접속된다. N2 가스원(152)의 출력 포트는, 또한, N2 주가스 라인(172) 및 제2 분기 N2 가스 라인(176)을 통해, 제2 가스 라인(84)의 제2 가스 공급관(104)에 접속된다. 전자 밸브(178)는, 제1 분기 N2 가스 라인(174)에 마련된다. 전자 밸브(180)는, 제2 분기 N2 가스 라인(176)에 마련된다. MFC(182)는, 제1 분기 N2 가스 라인(174)에 마련된다. MFC(184)는, 제2 분기 N2 가스 라인(176)에 마련된다.
MFC(182)는, 제1 분기 N2 가스 라인(174)에 있어서의 N2 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(182)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, N2 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(182)에 송신한다. MFC(182)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제1 가스 라인(82)에 있어서의 N2 가스의 유량[가스 분출구(94)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 N2 가스의 유량]의 증감을 행한다. MFC(184)는, 제2 분기 N2 가스 라인(176)에 있어서의 N2 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(184)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, N2 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(184)에 송신한다. MFC(184)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제2 가스 라인(84)에 있어서의 N2 가스의 유량[가스 분출구(102)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 N2 가스의 유량]의 증감을 행한다.
Ar 가스원(154)의 출력 포트는, Ar 주가스 라인(186) 및 제1 분기 Ar 가스 라인(188)을 통해, 제1 가스 라인(82)의 제1 가스 공급관(90)에 접속된다. Ar 가스원(154)의 출력 포트는, 또한, Ar 주가스 라인(186) 및 제2 분기 Ar 가스 라인(190)을 통해, 제2 가스 라인(84)의 제2 가스 공급관(104)에 접속된다. Ar 가스원(154)의 출력 포트는, 또한, Ar 주가스 라인(186) 및 제3 분기 Ar 가스 라인(192)을 통해, 제3 가스 라인(86)의 제3 가스 공급관(112)에 접속된다. 전자 밸브(194)는, 제1 분기 Ar 가스 라인(188)에 마련된다. 전자 밸브(196)는, 제2 분기 Ar 가스 라인(190)에 마련된다. 전자 밸브(198)는, 제3 분기 Ar 가스 라인(192)에 마련된다. MFC(200)는, 제1 분기 Ar 가스 라인(188)에 마련된다. MFC(202)는, 제2 분기 Ar 가스 라인(190)에 마련된다. MFC(204)는, 제3 분기 Ar 가스 라인(192)에 마련된다.
MFC(200)는, 제1 분기 Ar 가스 라인(188)에 있어서의 Ar 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(200)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, Ar 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(200)에 송신한다. MFC(200)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제1 가스 라인(82)에 있어서의 Ar 가스의 유량[가스 분출구(94)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 Ar 가스의 유량]의 증감을 행한다. MFC(202)는, 제2 분기 Ar 가스 라인(190)에 있어서의 Ar 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(202)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, Ar 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(202)에 송신한다. MFC(202)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제2 가스 라인(84)에 있어서의 Ar 가스의 유량[가스 분출구(102)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 Ar 가스의 유량]의 증감을 행한다. MFC(204)는, 제3 분기 Ar 가스 라인(192)에 있어서의 Ar 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(204)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, Ar 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(204)에 송신한다. MFC(204)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제3 가스 라인(86)에 있어서의 Ar 가스의 유량[가스 분출구(110)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 Ar 가스의 유량]의 증감을 행한다.
H2 가스원(156)의 출력 포트는, H2 주가스 라인(206) 및 제1 분기 H2 가스 라인(208)을 통해, 제1 가스 라인(82)의 제1 가스 공급관(90)에 접속된다. H2 가스원(156)의 출력 포트는, 또한, H2 주가스 라인(206) 및 제2 분기 H2 가스 라인(210)을 통해, 제2 가스 라인(84)의 제2 가스 공급관(104)에 접속된다. 전자 밸브(212)는, 제1 분기 H2 가스 라인(208)에 마련된다. 전자 밸브(214)는, 제2 분기 H2 가스 라인(210)에 마련된다. MFC(216)는, 제1 분기 H2 가스 라인(208)에 마련된다. MFC(218)는, 제2 분기 H2 가스 라인(210)에 마련된다.
MFC(216)는, 제1 분기 H2 가스 라인(208)에 있어서의 H2 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(216)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, H2 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(216)에 송신한다. MFC(216)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제1 가스 라인(82)에 있어서의 H2 가스의 유량[가스 분출구(94)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 H2 가스의 유량]의 증감을 행한다. MFC(218)는, 제2 분기 H2 가스 라인(210)에 있어서의 H2 가스의 유량을 검출하고, 이 검출 결과를 나타내는 신호를 제어부(122)에 송신한다. 제어부(122)는, MFC(218)로부터 수신한 검출 결과에 기초하여, H2 가스의 유량을 제어하기 위한 제어 신호를 MFC(218)에 송신한다. MFC(218)는, 제어부(122)로부터의 제어 신호에 따라 제2 가스 라인(84)에 있어서의 H2 가스의 유량[가스 분출구(102)로부터 챔버(12) 내에 송출되는 H2 가스의 유량]의 증감을 행한다.
이어서, 도 6 및 도 7을 참조하여, 방법(MT)에 대해서 설명한다. 도 6은 방법(MT)의 성막 처리의 내용을 나타내는 흐름도이다. 도 7은 도 6에 나타내는 흐름도의 성막 처리가 도 1에 나타내는 피처리체(W1)에 실시됨으로써 형성되는 기판 생산물(W2)의 단면의 구성을 나타내는 도면이다.
방법(MT)의 주요한 공정으로서, 방법(MT)은, 도 7에 나타내는 공정 ST1∼공정 ST3을 구비한다. 먼저, 방법(MT)에 있어서, 프로세스 모듈(PM1)(에칭 장치)에 있어서 피처리체(W1)의 적층부(145)를 에칭에 의해 형성한다(공정 ST1). 공정 ST1 후에, 프로세스 모듈(PM1)에서 행해진 에칭 처리에 의해 적층부(145)가 형성된 피처리체(W1)를 프로세스 모듈(PM1)로부터 프로세스 모듈(PM2)[성막 장치인 플라즈마 처리 장치(10)]로 이동시킨다(공정 ST2). 공정 ST2 후에, 프로세스 모듈(PM2)에 있어서 피처리체(W1)에 대하여 성막 처리를 행하여, 기판 생산물(W2)을 형성한다(공정 ST3). 공정 ST3 후에는 챔버(12)에 대하여 배기 또는 퍼징이 행해진다.
공정 ST3의 성막 처리는, 하기의 성막 조건을 기초로, 수소를 포함하는 처리 가스(구체적으로는 SiH4 가스, N2 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스)를 이용한 플라즈마 CVD에 의해, 터널 장벽층(138)의 제1 표면(SF1)과 피처리체(W1)의 적층부(145)의 제2 표면(SF2)[볼록형을 한 적층부(145)의 상단의 표면 및 측면으로서, 적층부(145)에 있어서 밖으로 노출되어 있는 표면]과 절연막(146a) 및 절연막(146b)을 순서대로 성막한다.
[공정 ST3에 있어서의 성막 조건]
마이크로파의 파워: 0.5[㎾] 이상 4[㎾] 이하.
챔버(12)의 내압(전압): 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하.
처리 온도[스테이지(20)의 표면 온도]: 30℃ 이상 300℃ 이하.
SiH4 가스의 유량: 1[sccm] 이상 50[sccm] 이하.
N2 가스의 유량: 1[sccm] 이상 50[sccm] 이하.
Ar 가스의 유량: 50[sccm] 이상 3000[sccm] 이하.
H2 가스의 유량: 200[sccm] 이하.
챔버(12)의 수소 분압: 15[mTorr] 이하.
공정 ST3에 있어서, SiH4 가스, N2 가스, H2 가스 및 Ar 가스는, 제1 가스 공급관(90)을 통해 가스 분출구(94)로부터 공간(S)에 공급되고, 또한, 제2 가스 라인(84)을 통해 가스 분출구(102)로부터 공간(S)에 공급된다. Ar 가스는, 또한, 제3 가스 라인(86)을 통해 가스 분출구(110)로부터 공간(S)에 공급된다. 챔버(12)의 내압(전압)은, 제어부(122)가 압력 조정기(55) 및 배기 장치(56)를 제어함으로써, 증감된다. 챔버(12)의 수소 분압은, 제어부(122)가, 처리 가스 공급부(80)의 MFC(216) 및 MFC(218)를 제어하여 H2 가스의 유량을 증감함으로써 증감된다. 또한, 챔버(12) 내의 수소 분압은, MFC(216) 및 MFC(218)에 의해 검출되는 H2 가스의 유량에 기초하여 제어부(122)에 의해 산출된다.
프로세스 모듈(PM1), 프로세스 모듈(PM2) 및 트랜스퍼 챔버(TC)를 포함하는 처리 시스템(PS)의 내측은, 미리 설정된 내압이 되도록, 적어도 프로세스 모듈(PM1)에 있어서 에칭 처리가 행해지는 공정 ST1 전에는 진공 배기 또는 퍼징이 미리 행해지고, 적어도 공정 ST1∼공정 ST3에서는 일관(계속)하여, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 유지된다. 따라서, 피처리체(W1)는, 산소에 대한 폭로가 충분히 억제된 상태로 프로세스 모듈(PM1)에 있어서 행해지는 에칭 처리(공정 ST1)에 의해 형성되고, 공정 ST1 후, 에칭 처리가 행해진 프로세스 모듈(PM1)로부터 성막 처리가 행해지는 프로세스 모듈(PM2)에 피처리체(W1)를 이동시키는 공정 ST2에 있어서, 피처리체(W1)는, 산소에 대한 폭로가 충분히 억제된 상태로, 프로세스 모듈(PM1)로부터 프로세스 모듈(PM2)로 이동되어 프로세스 모듈(PM2)에 저장된다(공정 ST2). 그리고 공정 ST2 후, 산소에 대한 피처리체(W1)의 폭로가 충분히 억제된 상태로, 프로세스 모듈(PM2)에 있어서 피처리체(W1)에 대하여 성막 처리가 행해진다(공정 ST3). 즉 공정 ST1과 공정 ST2와 공정 ST3은 일관하여 산소가 배기된 상태로 행해진다. 진공 배기로서는 순도 99.999％의 N2 가스에 의한 퍼징이 행해지고, 이 진공 배기에 의해, 기압이 예컨대 100[mTorr] 이하가 될 수 있으며, 특히 산소 분압이 예컨대 0.001[mTorr] 이하가 될 수 있다. 기압의 측정에는 압력 센서(커패시턴스 마노미터) 등이 이용된다.
절연막(146a) 및 절연막(146b)은, 모두, SiN막이다. 절연막(146a)의 두께는, 절연막(146b)의 두께보다 작다. 이와 같이 비교적으로 막 두께가 얇은 절연막(146a)을 먼저 마련하는 이유는, 절연막(146a)과 제1 표면(SF1) 및 제2 표면(SF2) 사이에 간극이 생기지 않도록 하기 위해서이다. 이러한 간극이 생기면, 예컨대 이후에 가열 처리가 행해지면, 열에 의해 간극이 팽창하고, 이 팽창에 의해 피처리체(W1)의 제1 표면(SF1) 및 제2 표면(SF2)이 손상을 받으며, 이 손상을 받은 부분에서 표면 특성이 손상되고, 따라서 특히 수직 자기 이방성 등이 손상될 우려가 있다.
이상 설명한 방법(MT)에 따르면, 처리 시스템(PS)은, 공정 ST1의 에칭 처리를 행하는 프로세스 모듈(PM1)과, 공정 ST3의 성막 처리를 행하는 프로세스 모듈(PM2)과, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀한 상태로 프로세스 모듈(PM1) 및 프로세스 모듈(PM2)을 연결하는 트랜스퍼 챔버(TC)를 구비하고 있고, 프로세스 모듈(PM1), 프로세스 모듈(PM2) 및 트랜스퍼 챔버(TC)는, 모두, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하며, 프로세스 모듈(PM1)에 있어서 에칭 처리를 행하는 공정 ST1과 피처리체(W1)를 프로세스 모듈(PM1)로부터 프로세스 모듈(PM2)로 이동시키는 공정 ST2와 프로세스 모듈(PM2)에 있어서 피처리체(W1)에 성막 처리를 행하는 공정 ST3은 일관하여 산소가 배기된 상태에서 행해진다. 따라서, 공정 ST1과 공정 ST2와 공정 ST3은 일관하여(에칭 처리의 개시로부터 성막 처리의 완료까지 일관하여) 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 유지되게 되고, 따라서 산소에 대한 피처리체(W1)의 폭로가 충분히 억제된다. 구체적으로는, CoFe를 포함하는 제2 자성층(140)에 대해 산화 반응(CoFe+O→CoFeO) 등의 발생을 억제할 수 있고, MgO를 포함하는 터널 장벽층(138)에 대해 조해 반응 등의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 방법(MT)에 따르면, 플라즈마 CVD에 따른 성막 처리의 실행 시의 챔버(12)에 있어서의 수소 분압이, 비교적으로 낮은 15[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 챔버(12)에 있어서 수소 플라즈마가 충분히 저감되기 때문에, 제2 자성층(140)에 대하여, 조성의 변화, Co 원자 또는 Fe 원자의 이탈, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 수소 진입에 의한 격자 간격의 변화 등의 영향이 저감되고, 또한, 터널 장벽층(138)에 대하여, 환원 반응(MgOH 및 Mg의 생성) 등의 영향이 저감된다.
또한, 방법(MT)에 따르면, 플라즈마 CVD에 따른 성막 처리의 실행 시의 챔버(12)의 내압이, 비교적으로 높은 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 챔버(12)에 있어서 이온 밀도의 상승이 충분히 억제되기 때문에, 터널 장벽층(138) 및 제2 자성층(140)에 대한 스퍼터, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 온도 상승에 의한 계면 특성의 변화[제2 자성층(140)의 경우에는 수직 자기 이방성의 열화] 등의 영향이 저감된다.
도 8∼도 11을 참조하여 방법(MT)의 성막 처리에 의해 발휘되는 상기 효과를 더 구체적으로 설명한다. 우선, 도 8 및 도 9의 (a)부∼(c)부를 참조하여, 방법(MT)의 성막 처리에서 이용되는 챔버(12)의 내압과, 피처리체(W1)에의 플라즈마 입열의 관계에 대해서 설명한다. 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우에 챔버(12)의 내압이 낮을수록, 스테이지(20)에 대한 플라즈마 입열이 증가하고, 따라서, 스테이지(20) 상에 배치되는 피처리체(W1)의 제2 자성층(140)에 가해지는 열도 증가한다.
도 8은 측정에 의해 얻어진 챔버(12)의 내압과 스테이지(20)에의 플라즈마 입열의 상관을 나타낸다. 도 8에 나타내는 결과는, Ar 가스의 플라즈마에 의해 얻어진 측정 결과이다. 도 8의 횡축은 챔버(12)의 내압[mTorr]을 나타내고, 도 8의 종축은 스테이지(20)에의 플라즈마 입열[W]을 나타낸다. 측정 결과(PL1∼PL3)는, 스테이지(20)의 표면 온도가 250℃인 경우에 얻어진 값이다. 측정 결과(PL1)는, 내압이 150[mTorr]인 경우의 플라즈마 입열의 측정값이며, 측정 결과(PL2)는, 내압이 350[mTorr]인 경우의 플라즈마 입열의 측정값이고, 측정 결과(PL3)는, 내압이 950[mTorr]인 경우의 플라즈마 입열의 측정값이다. 측정 결과(PL4)는, 스테이지(20)의 표면 온도가 300℃인 경우에 얻어진 값이며, 내압이 30[mTorr]인 경우의 플라즈마 입열의 측정값이다. 스테이지(20)의 표면 온도가 250℃이며 내압이 30[mTorr]인 경우에도 측정 결과(PL4)와 같은 정도의 플라즈마 입열의 측정값이 얻어진다. 또한, 스테이지(20)의 표면 온도가 250℃이며 내압이 30[mTorr]보다 크고 150[mTorr] 미만의 범위인 경우에 있어서의 플라즈마 입열도 측정 가능하며, 내압의 상기 범위에 있어서는 내압의 상승에 따라 플라즈마 입열도 상승한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 스테이지(20)에의 플라즈마 입열은 챔버(12)의 내압에 의존하고, 챔버(12)의 내압이 낮을수록, 스테이지(20)에의 플라즈마 입열이 증가한다. 스테이지(20)에 피처리체(W1)가 배치되어 있는 경우, 스테이지(20)에의 플라즈마 입열이 높을수록, 그에 따라 스테이지(20)에 배치되어 있는 피처리체(W1)의 제2 자성층(140)에 가해지는 열도 증가하며, 따라서 제2 자성층(140)의 수직 자기 이방성이 열화한다(예컨대, 비특허문헌 2의 도 1을 참조).
상기한 도 8에 나타내는 챔버(12)의 내압과 플라즈마 입열의 상관은, 도 9의 (a)부∼(b)부에 나타내는 결과로부터 이해할 수 있다. 도 9의 (a)부∼(c)부는 도 8에 나타내는 측정 결과를 얻은 경우와 마찬가지로 Ar 가스의 플라즈마를 이용한 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우에 있어서, 스테이지(20)의 히터(HCS) 및 히터(HES)에 의해 소비되는 소비 전력의 총계[이하, 도 9의 (a)부∼(c)부의 설명에 있어서는, 히터 전력이라고 총칭함]가 시간 경과에 따라 변화하는 모습을, 챔버(12)의 내압에 따라 나타낸다.
도 9의 (a)부∼(c)부에 있어서, 횡축은 경과 시간[sec]을 나타내고, 좌측 종축은 스테이지(20)의 표면 온도[℃]를 나타내며, 우측 종축은 히터 전력[W]을 나타낸다. 도 9의 (a)부는 챔버(12)의 내압이 150[mTorr]인 경우에 얻어진 측정 결과를 나타낸다. 도 9의 (b)부는 챔버(12)의 내압이 350[mTorr]인 경우에 얻어진 측정 결과를 나타낸다. 도 9의 (c)부는 챔버(12)의 내압이 950[mTorr]인 경우에 얻어진 측정 결과를 나타낸다. 도 9의 (a)부에 나타내는 측정 결과(Cv11), 도 9의 (b)부에 나타내는 측정 결과(Cv21) 및 도 9의 (c)부에 나타내는 측정 결과(Cv31)는, 모두 스테이지(20)의 표면 온도이다. 도 9의 (a)부에 나타내는 측정 결과(Cv12), 도 9의 (b)부에 나타내는 측정 결과(Cv22) 및 도 9의 (c)부에 나타내는 측정 결과(Cv32)는, 모두 히터 전력이다.
스테이지(20)의 표면 온도가 소정의 값으로 유지되는 경우, 스테이지(20)에의 플라즈마 입열과 히터 전력의 합계는, 스테이지(20)에 공급되는 총열량에 대응하고 있으며, 따라서 대략 일정하게 유지할 필요가 있기 때문에, 이에 의해 히터 전력의 값으로부터 스테이지(20)에의 플라즈마 입열의 값을 추정 가능하게 된다. 따라서, 도 9의 (a)부∼(c)부에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우에 스테이지(20)의 표면 온도가 250℃의 정도로 유지되는 경우, 챔버(12)의 내압이 낮을수록 히터 전력에 대한 의존성[구체적으로는, 히터 전력의 변동폭 및 평균값(도시 생략)]이 저감하기 때문에, 챔버(12)의 내압이 낮을수록 스테이지(20)에의 플라즈마 입열이 증가하는 것을 알 수 있다. 스테이지(20)에 피처리체(W1)가 배치되어 있는 경우, 스테이지(20)에의 플라즈마 입열이 높을수록, 그에 따라 스테이지(20)에 배치되어 있는 피처리체(W1)의 자성층에 가해지는 열도 증가하고, 따라서 이 자성층의 수직 자기 이방성은 열화한다.
도 8에 나타내는 결과 및 도 9의 (a)부∼(c)부에 나타내는 결과에 대하여, 본 실시형태에서는, 방법(MT)의 성막 처리에 있어서, 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우의 챔버(12)의 내압은, 비교적으로 높은 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 방법(MT)의 성막 처리에 있어서는, 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우에 피처리체(W1)에의 플라즈마 입열이 충분히 억제되기 때문에, 피처리체(W1)의 제2 자성층(140)의 수직 자기 이방성도 충분히 유지된다.
다음에, 도 10의 (a)부 및 (b)부를 참조하여, 방법(MT)의 성막 처리에서 이용되는 챔버(12)의 내압과, 스테이지(20)의 주위의 전자 밀도의 관계에 대해서 설명한다. 도 10의 (a)부는 Ar 가스의 플라즈마를 이용한 플라즈마 CVD가 행해지고 있는 경우에 있어서, 스테이지(20)의 직경 방향의 위치에 따른 스테이지(20)의 표면의 근방[구체적으로는, 정전 척(20b)의 표면으로부터 5[mm] 정도의 높이 위치]에 있어서의 전자 밀도를, 챔버(12)의 복수의 내압(100[mTorr], 200[mTorr], 300[mTorr], 400[mTorr], 500[mTorr])마다 PAP(Plasma Absorption Probe)에 의해 측정한 측정 결과를 나타낸다.
도 10의 (a)부의 횡축은 스테이지(20)의 직경 방향의 위치[mm]를 나타내고, 도 10의 (b)부의 종축은 전자 밀도[/㎤]를 나타낸다. 도 10의 (b)부는 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 챔버(12)의 내압마다 평균한 평균값를 나타낸다. 도 10의 (b)부의 횡축은 챔버(12)의 내압[mTorr]을 나타내고, 도 10의 (b)부의 종축은 전자 밀도[/㎤]를 나타낸다. 도 10의 (b)부에 나타내는 측정 결과(PL5)는, 100[mTorr]의 내압에서 측정한 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 평균한 평균값이다. 도 10의 (b)부에 나타내는 측정 결과(PL6)는, 200[mTorr]의 내압에서 측정한 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 평균한 평균값이다. 도 10의 (b)부에 나타내는 측정 결과(PL7)는, 300[mTorr]의 내압에서 측정한 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 평균한 평균값이다. 도 10의 (b)부에 나타내는 측정 결과(PL8)는, 400[mTorr]의 내압에서 측정한 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 평균한 평균값이다. 도 10의 (b)부에 나타내는 측정 결과(PL9)는, 500[mTorr]의 내압에서 측정한 도 10의 (a)부에 나타내는 전자 밀도의 측정 결과를 평균한 평균값이다.
도 10의 (a)부 및 (b)부에 나타내는 결과에 따르면, 챔버(12)의 내압이 200[mTorr]을 하회하는 범위인 경우, 전자 밀도가 비교적으로 높아져, 챔버(12)의 내압이 저하할수록 전자 밀도가 상승하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 도 10의 (a)부 및 (b)부에 나타내는 결과에 대하여, 본 실시형태에서는, 방법(MT)의 성막 처리에 있어서, 플라즈마 CVD의 실행 시의 챔버(12)의 내압은 비교적으로 높은 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하로 되어 있다. 따라서, 전자 밀도의 상승이 억제되고, 따라서 이온 밀도의 상승이 충분히 억제되기 때문에, 스테이지(20) 위에 피처리체(W1)가 배치되어 있는 경우에는, 터널 장벽층(138) 및 제2 자성층(140)에 대한 스퍼터, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 온도 상승에 의한 계면 특성의 변화[제2 자성층(140)의 경우에는 수직자기 이방성의 열화] 등의 영향이 저감된다.
다음에, 도 11을 참조하여, 방법(MT)의 성막 처리에서 이용되는 챔버(12)의 수소 분압과, 스테이지(20) 위에 배치되는 피처리체(W1)의 제2 자성층(140)의 보자력의 관계에 대해서 설명한다. 도 11은 수소를 포함하는 처리 가스(구체적으로는 SiH4 가스, N2 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스)의 플라즈마를 이용한 플라즈마 CVD에 의해 피처리체(W1)에 절연막(146a) 및 절연막(146b)이 형성된 경우에 있어서, 플라즈마 CVD가 행해진 챔버(12)의 내측의 수소 분압[mTorr]과, 상기 플라즈마 CVD가 피처리체(W1)에 실시되어 얻어진 기판 생산물(W2)의 제2 자성층(140)의 보자력[Oe]을 측정한 측정 결과를 나타낸다.
도 11의 횡축은 챔버(12)의 내측의 수소 분압[mTorr]을 나타내고, 도 11의 종축은 제2 자성층(140)의 보자력[Oe]을 나타낸다. 도 11에 나타내는 측정 결과(PL10)는, 챔버(12)의 내압이 450[mTorr]를 기초로 측정하여 얻어진 결과이다. 도 11에 나타내는 측정 결과(PL11)는, 챔버(12)의 내압이 600[mTorr]를 기초로 측정하여 얻어진 결과이다. 도 11에 나타내는 측정 결과(PL12)는, 챔버(12)의 내압이 450[mTorr]를 기초로 측정하여 얻어진 결과이다. 도 11에 나타내는 측정 결과(PL13)는, 챔버(12)의 내압이 400[mTorr]를 기초로 측정하여 얻어진 결과이다. 도 11에 나타내는 측정 결과(PL14)는, 챔버(12)의 내압이 50[mTorr]를 기초로 측정하여 얻어진 결과이다.
도 11에 나타내는 결과에 따르면, 챔버(12)의 내압이 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하(특히 400[mTorr] 이상 600[mTorr] 이하)를 기초로 하며, 또한 수소 분압이 15[mTorr] 이하를 기초로 플라즈마 CVD가 피처리체(W1)에 실시되고, 기판 생산물(W2)이 얻어진 경우에는, 기판 생산물(W2)의 제2 자성층(140)의 보자력은 충분히 높은 160[Oe] 정도로 되어 있는 것을 알 수 있다.
챔버(12)의 내압이 200[mTorr] 이상 1500[mTorr] 이하(특히 400[mTorr]∼600[mTorr])를 기초로 하며, 또한 수소 분압이 15[mTorr] 이하를 기초로 플라즈마 CVD가 피처리체(W1)에 실시되는 경우에는, 수소 플라즈마가 충분히 저감되기 때문에, 제2 자성층(140)에 대하여, 조성의 변화, Co 원자 또는 Fe 원자의 이탈, 결정 배향성의 변화(어모퍼스화), 수소 진입에 의한 격자 간격의 변화 등의 영향이 저감되고, 또한, 터널 장벽층(138)에 대하여, 환원 반응(MgOH 및 Mg의 생성) 등의 영향이 저감된다.
이상, 적합한 실시형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하여 설명하여 왔지만, 본 발명은 그와 같은 원리로부터 일탈하는 일없이 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은, 당업자에 의해 인식된다. 본 발명은 본 실시형태에 개시된 특정 구성에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구범위 및 그 정신의 범위에서 나오는 모든 수정 및 변경에 대한 권리를 청구한다.
10…플라즈마 처리 장치, 100, 108…버퍼실, 102, 110, 94…가스 분출구, 104…제2 가스 공급관, 106…제2 전자 밸브, 112…제3 가스 공급관, 114…제3 전자 밸브, 116…바이패스 배기 라인, 118…바이패스 전자 밸브, 12…챔버, 120, 21…압력 센서, 122…제어부, 12a…측벽, 12b…바닥부, 12c…천장부, 12h…배기 구멍, 130…MRAM 소자, 131…지지 기체, 132…제1 전극층, 134…핀 고정층, 136…제1 자성층, 138…터널 장벽층, 14…마이크로파 공급부, 140…제2 자성층, 142…제2 전극층, 144…마스크층, 145…적층부, 146a, 146b, 20e, 20f…절연막, 15…안테나, 150…SiH4 가스원, 152…N2 가스원, 154…Ar 가스원, 156…H2 가스원, 158…SiH4 주가스 라인, 16…동축 도파관, 160…제1 분기 SiH4 가스 라인, 162…제2 분기 SiH4 가스 라인, 164, 166, 178, 180, 194, 196, 198, 212, 214…전자 밸브, 168, 170, 182, 184, 200, 202, 204, 216, 218…MFC, 16a…외측 도체, 16b…내측 도체, 172…N2 주가스 라인, 174…제1 분기 N2 가스 라인, 176…제2 분기 N2 가스 라인, 18…유전체창, 186…Ar 주가스 라인, 188…제1 분기 Ar 가스 라인, 18a…오목부, 18b…오목부, 190…제2 분기 Ar 가스 라인, 192…제3 분기 Ar 가스 라인, 20…스테이지, 206…H2 주가스 라인, 208…제1 분기 H2 가스 라인, 20a…서셉터, 20b…정전 척, 20d…전극, 20g… 냉매실, 210…제2 분기 H2 가스 라인, 22…온도 센서, 26…밀봉 부재, 28…마이크로파 발생기, 30…튜너, 32…도파관, 34…모드 변환기, 36…냉각 쟈켓, 38…유전체판, 40…슬롯판, 40a…슬롯쌍, 40b, 40c…슬롯 구멍, 46, 48…통형 지지부, 50…배기로, 52…배플판, 54…배기관, 55, TCP1…압력 조정기, 56, TCP2…배기 장치, 58…고주파 전원, 60…매칭 유닛, 62…급전봉, 64…직류 전원, 66…스위치, 68…피복선, 70, 72…배관, 74…가스 공급관, 80…처리 가스 공급부, 82…제1 가스 라인, 84…제2 가스 라인, 86…제3 가스 라인, 88, 92a, 96…가스 유로, 90…제1 가스 공급관, 91…제1 전자 밸브, 92…커넥터부, CAa, CAb, CAc, CAd…수용 용기, Cv11, Cv12, Cv21, Cv22, Cv31, Cv32, PL1, PL10, PL11, PL12, PL13, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7, PL8, PL9…측정 결과, F…포커스 링, HCS, HES, HS, HT…히터, LDM…로더 모듈, LL1, LL2…로드 록 챔버, MSP1, MSP2…압력 신호, MST…온도 신호, MT…방법, PM1, PM2, PM3, PM4…프로세스 모듈, PS…처리 시스템, Rb1, Rb2…반송 로보트, S…공간, SF1…제1 표면, SF2…제2 표면, STa, STb, STc, STd…기판 배치대, TC…트랜스퍼 챔버, W1…피처리체, W2…기판 생산물, WC…냉매.

Claims (11)

  1. 피처리체를 처리하는 방법으로서,
    상기 피처리체는, 제1 자성층과, 상기 제1 자성층의 위에 마련되는 터널 장벽층과, 상기 터널 장벽층의 제1 표면에 마련되며 볼록형으로 연장되는 적층부를 가지고, 상기 적층부는, 상기 터널 장벽층의 상기 제1 표면에 마련되는 제2 자성층을 가지며,
    상기 방법은,
    에칭 처리를 행하는 제1 처리 용기와, 성막 처리를 행하는 제2 처리 용기와, 상기 제1 처리 용기 및 상기 제2 처리 용기를 연결하는 연결부를 갖는 처리 시스템에 의해 행해지고,
    상기 에칭 처리를 행하는 공정으로서, 상기 제1 처리 용기에 있어서 상기 피처리체의 상기 적층부를 에칭에 의해 형성하는 것인, 상기 에칭 처리를 행하는 공정과,
    상기 제1 처리 용기에서 행해진 상기 에칭 처리에 의해 상기 적층부가 형성된 상기 피처리체를 상기 제1 처리 용기로부터 상기 제2 처리 용기로 이동시키는 공정과,
    상기 이동시키는 상기 공정 후에 상기 제2 처리 용기에 있어서 상기 피처리체에 대하여 상기 성막 처리를 행하는 공정
    을 포함하며,
    상기 성막 처리를 행하는 공정은, 수소를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 터널 장벽층의 상기 제1 표면과 상기 적층부의 제2 표면에 절연막을 성막하고,
    상기 제2 처리 용기의 내압은, 상기 성막 처리를 행하는 상기 공정에 있어서, 200 mTorr 이상 1500 mTorr 이하이며,
    상기 제2 처리 용기의 수소 분압은, 상기 제2 자성층의 보자력이 사전 결정된 값보다 커지도록, 상기 성막 처리를 행하는 상기 공정에 있어서, 15 mTorr 이하이고,
    상기 제1 처리 용기, 상기 제2 처리 용기 및 상기 연결부는, 산소를 포함하는 외기(外氣)에 대하여 기밀하며,
    상기 연결부는, 상기 제1 처리 용기 및 상기 제2 처리 용기를, 산소를 포함하는 외기에 대하여 기밀하게 연결하고,
    상기 에칭 처리를 행하는 상기 공정과 상기 제2 처리 용기로 이동시키는 상기 공정과 상기 성막 처리를 행하는 상기 공정은, 일관하여 산소가 배기된 상태에서 행해지는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스는 SiH4 가스, N2 가스 및 H2 가스를 포함하고,
    상기 절연막은 SiN 막인 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 터널 장벽층은 MgO를 포함하는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 자성층은 CoFe를 포함하는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피처리체는 상기 제1 자성층 아래에 핀 고정층을 더 포함하는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피처리체는 상기 핀 고정층 아래에 제1 전극층을 더 포함하는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피처리체는 상기 제1 전극층 아래에 지지 기체를 더 포함하는 것인, 피처리체를 처리하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적층부, 상기 지지 기체, 상기 제1 전극층, 상기 핀 고정층, 상기 제1 자성층 및 상기 터널 장벽층은 하나의 MRAM(Magnetic Random Access Memory)을 포함하는, 피처리체를 처리하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 자성층의 두께는 2.5 ㎚인, 피처리체를 처리하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 5 ㎚인, 피처리체를 처리하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 자성층의 두께는 2.5 ㎚인, 피처리체를 처리하는 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6804280B2 (ja) * 2016-12-07 2020-12-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP6985220B2 (ja) * 2018-07-19 2021-12-22 株式会社日立ハイテク 磁気トンネル接合素子、それを用いた磁気メモリおよび磁気トンネル接合素子の製造方法
US11388809B2 (en) * 2019-03-25 2022-07-12 Recarbon, Inc. Systems for controlling plasma reactors
US11631571B2 (en) 2019-08-12 2023-04-18 Kurt J. Lesker Company Ultra high purity conditions for atomic scale processing
US20220020615A1 (en) * 2020-07-19 2022-01-20 Applied Materials, Inc. Multiple process semiconductor processing system
US20230298860A1 (en) * 2022-03-15 2023-09-21 Semes Co., Ltd. Apparatus And Method Of Treating Substrate

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5987622A (ja) * 1982-11-09 1984-05-21 Ulvac Corp 磁気記録体並にその製造法
US4816291A (en) * 1987-08-19 1989-03-28 The Regents Of The University Of California Process for making diamond, doped diamond, diamond-cubic boron nitride composite films
JPH06326024A (ja) * 1993-05-10 1994-11-25 Canon Inc 半導体基板の製造方法及び非晶質堆積膜の形成方法
TW476996B (en) * 2000-02-28 2002-02-21 Mitsubishi Material Silicon Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus
US20040200576A1 (en) * 2001-04-23 2004-10-14 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for plasma cleaning of workpieces
KR100443908B1 (ko) * 2001-10-25 2004-08-09 삼성전자주식회사 플라즈마 화학기상증착장치 및 이를 이용한나이트라이드막 형성방법
US6893893B2 (en) * 2002-03-19 2005-05-17 Applied Materials Inc Method of preventing short circuits in magnetic film stacks
US20030181056A1 (en) * 2002-03-22 2003-09-25 Applied Materials, Inc. Method of etching a magnetic material film stack using a hard mask
CN101027941A (zh) * 2004-09-24 2007-08-29 大见忠弘 有机el发光元件及其制造方法以及显示装置
JP5241173B2 (ja) * 2007-08-28 2013-07-17 キヤノン株式会社 有機ｅｌ素子の製造方法
US7651959B2 (en) * 2007-12-03 2010-01-26 Asm Japan K.K. Method for forming silazane-based dielectric film
WO2010026667A1 (en) * 2008-09-03 2010-03-11 Canon Anelva Corporation Ferromagnetic preferred grain growth promotion seed layer for amorphous or microcrystalline mgo tunnel barrier
JP5358366B2 (ja) * 2009-09-14 2013-12-04 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及び方法
JP5537554B2 (ja) * 2009-09-28 2014-07-02 株式会社東芝 磁気メモリ
JP5608384B2 (ja) * 2010-02-05 2014-10-15 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法及びプラズマエッチング装置
JP5707174B2 (ja) * 2010-04-16 2015-04-22 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP5632687B2 (ja) * 2010-09-10 2014-11-26 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP5214691B2 (ja) 2010-09-17 2013-06-19 株式会社東芝 磁気メモリ及びその製造方法
JP5916608B2 (ja) * 2010-12-09 2016-05-11 東京エレクトロン株式会社 ロードロック装置
US9082593B2 (en) * 2011-03-31 2015-07-14 Tokyo Electron Limited Electrode having gas discharge function and plasma processing apparatus
JP5712741B2 (ja) * 2011-03-31 2015-05-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
JP2014060378A (ja) * 2012-08-23 2014-04-03 Tokyo Electron Ltd シリコン窒化膜の成膜方法、有機電子デバイスの製造方法及びシリコン窒化膜の成膜装置
JP5597899B2 (ja) * 2012-09-21 2014-10-01 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
JP6101467B2 (ja) * 2012-10-04 2017-03-22 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
US9773683B2 (en) * 2014-06-09 2017-09-26 American Air Liquide, Inc. Atomic layer or cyclic plasma etching chemistries and processes
KR102376480B1 (ko) * 2014-12-17 2022-03-21 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치 및 그의 형성방법

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