KR20100102150A - 기판 스테이지, 이를 구비한 스퍼터 장치 및 성막 방법 - Google Patents

기판 스테이지, 이를 구비한 스퍼터 장치 및 성막 방법 Download PDF

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KR20100102150A
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Abstract

진공 용기 내에 배치되고, 기판이 놓이는 기판 안착면을 갖는 기판 스테이지로서, 상기 기판에 대해 자장을 인가하는 제1 자장 인가 수단을 구비하고, 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 기판의 두께 방향이 일치하는 기판 스테이지.

Description

기판 스테이지, 이를 구비한 스퍼터 장치 및 성막 방법{Substrate stage, sputtering apparatus provided with substrate stage, and film forming method}
본 발명은 기판 스테이지, 이를 구비한 스퍼터 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
본원은 2008년 1월 15일에 일본 출원된 특원 2008-005993호와 2008년 2월 7일에 일본 출원된 특원 2008-027719호를 기초 출원으로 하고, 그들의 내용을 여기에 포함한다.
종래부터 MRAM(Magnetic Random Access Memory)를 구성하는 TMR(Tunneling Magnetic Resistive)소자 등의 반도체 디바이스를 구성하는 피막의 형성에 적합한 성막 처리 장치로서 스퍼터 장치가 널리 이용되고 있다.
이 스퍼터 장치로서, 기판이 놓이는 기판 스테이지와, 기판의 법선 방향에 대해 기울어지도록 배치되고, 성막 재료의 타겟을 구비한 스퍼터 캐소드를 처리 챔버 내에 설치하여 구성되어 있는 것이 있다. 이 스퍼터 장치에서는, 기판 스테이지를 회전시키면서 스퍼터 처리를 행함으로써 양호한 막질 분포를 얻을 수 있다. 또한, 타겟 근방에서 생성한 플라즈마를 종래의 밸런스드 마그네트론 캐소드와 같이 타겟 근방에 수속(收束)시키는 것이 아니라, 캐소드로부터의 자장의 균형을 의도적으로 무너뜨림으로써 기판 근방까지 확산시키고 있는 구성이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본특허공개 2000-282235호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 평06-264235호 공보
도 1은 터널 접합 자기 저항 소자의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터널 접합 소자(10)는 자성층(고정층)(14), 터널 배리어층(절연층)(15) 및 자성층(프리층)(16) 등을 적층하여 구성되어 있다.
최근의 MRAM에 있어서, 자성층(14, 16)에 수직 자화막을 이용하는 수직 자화 방식의 터널 접합 소자(10)의 개발이 진행되고 있다. 수직 자화 방식이란, 반자계의 영향을 받기 어려운 수직 방향의 자화 회전을 이용하는 것이다. 이 방식에 따르면, 보다 소자의 미세화가 가능하게 되어 기록 밀도를 높일 수 있다. 그 때문에, 기가비트급 메모리의 제조를 달성하는 데는 채용이 불가결하다고 생각된다. 또, 큰 저항 변화율(MR비)을 얻을 수 있고, 기입 전류를 수십분의 1까지 저감할 수 있는 방식으로 기대되고 있다.
그러나, 종래의 수직 자화 방식의 터널 접합 소자(10)에 있어서는, 상술한 바와 같은 원하는 MR비가 얻어지지 않는 것이 실정이다. 이 원인으로서, 예를 들면 자성층(14, 16)의 자화 방향의 편차를 충분히 제어할 수 없는 것을 들 수 있다. 종래는 수직 자화막을 형성할 때에 자화 방향으로 자장을 인가하지 않고, 자성층(14, 16)이 수직 자화하는 성질만을 이용하여 제조하였기 때문에, 성막된 자성층(14, 16)의 자화 방향으로 편차가 생기는 문제가 있다. 그 결과, 자성층(14, 16)의 성막 공정에 있어서, 자성층(14, 16)의 결정 배향성 등의 막특성에 편차가 생겨 막저항값의 편차가 생겨 버린다.
또한, 자성층(14, 16)을 성막하는 처리 챔버 내는, 상술한 특허문헌 1과 같이 처리 챔버 내에 1대의 캐소드만이 배치되어 있는 경우와 달리, 통상 처리 챔버 내에 복수의 캐소드가 배치되고, 각 캐소드의 타겟에 다른 종류의 성막 재료가 장착되어 있다. 그 때문에, 각 캐소드는 기판의 법선에 대해 기울어지도록 배치된다. 이 경우, 각 캐소드에 영구자석이나 전자석 등을 설치하여 기판의 두께 방향(법선 방향)으로 자장을 인가하는 구성은, 구성의 복잡화 등 사실상의 어려움이 동반하여 현실적이 아니다.
또한, 상술한 수직 자화막의 자성층(14, 16)을 형성하는 데는, 기판의 표면에 수직인 자장을 인가하면서 스퍼터 처리를 하는 것이 바람직하다.
그래서, 기판을 올려놓는 기판 스테이지에 영구자석 등으로 이루어진 자장 인가 수단을 내장함으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 인가하면서 스퍼터 성막을 행하는 것과 같은 구성을 생각할 수 있다.
예를 들면, 타겟과 기판 사이에 기판면에 대해 수직 방향으로 자장이 인가되도록 헬륨홀츠 코일을 진공 용기(챔버) 주위에 배치한 자성막 형성 장치가 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 그러나, 이 자성막 형성 장치에서는, 헬륨홀츠 코일을 진공 용기의 주위에 배치함으로써 장치가 대형화되는 문제가 있다.
도 18은, 자장 인가 수단을 내장한 기판 스테이지를 도시하는 개략 구성도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(300)는, 기판(W)이 놓이는 스테이지 본체(301)와, 처리 챔버 내에서 기판(W)의 수취 및 기판(W)의 건네줌을 행하는 복수(도 18에서는 1개만을 나타냄)의 승강 핀(302)을 구비한다. 스테이지 본체(301)에는, 영구자석 등으로 이루어진 자장 인가 수단(303)이 내장되어 있다. 승강 핀(302)은, 스테이지 본체(301)의 두께 방향으로 관통하는 관통공(304) 내에 삽입 통과되고, 스테이지 본체(301)에 대해 상하이동 가능하게 구성되어 있다.
그러나, 이 구성에 있어서는, 스테이지 본체(301)에 승강 핀(302)을 설치하는 관계로 스테이지 본체(301) 및 자장 인가 수단(303)에 승강 핀(302)을 삽입 통과시키는 관통공(304)을 형성해야 한다. 따라서, 관통공(304) 내에는, 자장 인가 수단(303)이 존재하지 않는 공간이 관통공(304)의 외경분만큼 형성된다.
이 경우, 자장 인가 수단(303)으로부터 발생하는 자력선(B')이 관통공(304)을 통과하여 자장 인가 수단(303)의 이면측으로 돌아 들어간다. 즉, 기판(W) 상에서의 관통공(304)의 근방 영역에서는, 기판(W)의 표면에 인가되는 자장 방향으로 편차가 생긴다. 또, 관통공(304)의 중앙 영역에서는, 관통공(304)의 주위 영역과 반대의 자장이 인가되는 문제가 있다. 그 결과, 자성층(214, 216)(도 12 참조)에 있어서 자화 방향의 면 내에서의 편차가 생겨 MR비의 저하, 면 내에서의 편차를 일으키는 원인이 된다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 예를 들면 스퍼터링법에 의한 자성층의 성막시에, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가함으로써 자성층의 자화 방향의 편차를 억제하여 고MR비를 얻을 수 있는 기판 스테이지 및 이를 구비한 스퍼터 장치, 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하여 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기판 스테이지는, 진공 용기 내에 배치되고, 기판이 놓이는 기판 안착면을 갖는 기판 스테이지로서, 상기 기판에 대해 자장을 인가하는 제1 자장 인가 수단을 구비하고, 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 기판의 두께 방향이 일치한다.
상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판 안착면에 놓인 기판의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있어도 된다.
상기 기판 스테이지에 따르면, 기판의 주위를 둘러싸도록 자장 인가 수단을 설치하고, 이 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향을 기판의 두께 방향에 일치시킴으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다.
상기 제1 자장 인가 수단의 중앙이 상기 기판 안착면의 법선 방향에 있어서 상기 기판의 표면과 같은 높이로 배치 가능해도 된다.
이 경우, 기판의 두께 방향에서의 자장 인가 수단의 중앙부에 기판의 표면을 배치함으로써, 기판의 표면에 대해 수직으로 입사하는 자장 성분을 증가시킬 수 있다.
상기 기판 안착면에 놓인 기판의 이면측에 상기 기판의 외경 이상의 크기를 갖는 상기 제1 자장 인가 수단이 설치되어도 된다.
이 경우, 기판의 외경 이상의 크기로 형성된 자장 인가 수단을 설치하고, 이 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향을 기판의 두께 방향에 일치시킴으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다.
상기 제1 자장 인가 수단과 상기 기판 사이에 위치하는 제1 자성체를 더 구비해도 된다.
이 경우, 자장 인가 수단과 기판 사이에 제1 자성체를 구비함으로써, 제1 자성체의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 기판의 표면에 입사하는 자장의 수직성을 향상시킬 수 있다.
상기 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 자성체를 더 구비해도 된다.
이 경우, 기판의 주위를 둘러싸도록 제2 자성체를 설치함으로써, 제2 자성체의 내측에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 기판의 표면에 입사하는 자장의 수직성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 기판 안착면에 대해 상기 기판을 승강하는 승강 핀; 이 승강 핀에 설치된 제2 자장 인가 수단;을 더 구비하고, 상기 제1 자장 인가 수단은 관통공을 가지고, 상기 승강 핀은 상기 관통공의 내부에 슬라이드 가능하게 삽입 통과되며, 상기 제2 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향이 일치해도 된다.
이 경우, 승강 핀에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단을 설치함으로써, 스테이지 본체와 제1 자장 인가 수단에 형성된 관통공 내에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단이 개재하게 된다. 이에 의해, 관통공 내에서 자장 인가 수단이 존재하지 않는 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있다.
상기 기판 안착면 상에 상기 기판이 놓인 상태에 있어서, 상기 제1 자장 인가 수단의 상단면과 상기 제2 자장 인가 수단의 상단면이 동일 평면 상에 배치 가능해도 된다.
이 경우, 제1 자장 인가 수단과 제2 자장 인가 수단 각각의 상단면이 동일 평면 상에 배치 가능하게 됨으로써, 기판의 표면에 인가되는 자장의 수직성을 향상시킬 수 있다.
복수의 상기 승강 핀; 상기 각 승강 핀을 서로 연결하는 서포트 부재;를 구비하고, 상기 제1 자장 인가 수단은 복수의 상기 관통공을 가지며, 상기 각 관통공에는 상기 각 승강 핀이 각각 배치되어도 된다.
이 경우, 서포트 부재에 의해 복수의 승강 핀을 연결함으로써, 제1 자장 인가 수단과 제2 자장 인가 수단의 흡인 반발에 따른 승강 핀의 무너짐이나 승강 핀의 이동 방해를 방지할 수 있다.
상기 제1 자장 인가 수단 및 상기 기판 사이와 상기 제2 자장 인가 수단 및 상기 기판 사이에 위치하는 자성체를 더 구비해도 된다.
이 경우, 각 자장 인가 수단과 기판 사이에 각각 자성체를 구비함으로써, 자성체의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 기판의 표면에 인가되는 자장의 수직성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 스퍼터 장치는, 상기 기판 스테이지; 상기 기판 안착면에 놓인 기판의 법선에 대해 기울어지도록 배치된 스퍼터 캐소드; 상기 기판 스테이지 및 상기 스퍼터 캐소드가 배치된 스퍼터실; 이 스퍼터실 내의 진공 배기를 행하는 진공 배기 수단; 상기 스퍼터실 내에 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급 수단; 상기 스퍼터 캐소드에 전압을 인가하는 전원;을 구비한다.
이 경우, 스퍼터실 내를 진공 배기 수단에 의해 진공상태로 한 후, 가스 공급 수단으로부터 스퍼터실 내로 스퍼터 가스를 도입하고, 전원으로부터 타겟으로 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 그러면, 스퍼터 가스의 이온이 캐소드인 타겟에 충돌하여 타겟으로부터 성막 재료의 입자가 튀어나와 기판에 부착된다. 이에 의해, 기판의 표면에 대해 스퍼터 성막을 행할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 기판 스테이지를 구비하고 있기 때문에, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있다. 따라서, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 자성층의 성막 과정에 있어서, 기판상 전면에서 자성층의 자화 방향을 기판의 표면에 대해 수직인 방향으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 자성층의 면 내에서의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있기 때문에, 자성층의 면 내에서의 자화 방향의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 자성층의 자화 방향의 면 내 일양성(一樣性)을 향상시킨 자성 다층막을 성막할 수 있기 때문에, 고MR의 터널 접합 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 성막 방법은, 진공 용기 내에 배치되고, 기판이 놓이는 기판 안착면을 갖는 기판 스테이지에 놓인 기판에 대해, 제1 자장 인가 수단에 의해 이 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 기판의 두께 방향이 일치하도록 자장을 인가하면서 상기 기판의 표면에 스퍼터 처리를 한다.
상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 설치되어도 된다.
이 경우, 자장 인가 수단에 의해 기판의 두께 방향의 자장을 인가시킴으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다.
상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판의 이면측에 설치되고, 또한 상기 기판의 외경 이상의 크기를 가져도 된다.
이 경우, 기판의 외경 이상의 크기로 형성된 자장 인가 수단에 의해 기판의 두께 방향의 자장을 인가시킴으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다.
상기 제1 자장 인가 수단에 설치된 관통공의 내부에 슬라이드 가능하게 삽입 통과되어, 상기 기판 안착면에 대해 상기 기판을 승강하는 승강 핀에 설치된 제2 자장 인가 수단에 의해 상기 기판에 대해 자장을 인가하고, 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 제2 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향을 일치시키면서, 상기 제1 자장 인가 수단의 상단면과 상기 제2 자장 인가 수단의 상단면을 동일 평면 상에 배치하여 상기 기판 상에 스퍼터 처리를 행해도 된다.
이 경우, 승강 핀에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단을 설치하고, 제1 자장 인가 수단과 제2 자장 인가 수단 각각의 상단면이 동일 평면 상에 배치됨으로써, 스테이지 본체와 제1 자장 인가 수단에 형성된 관통공 내에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단이 개재하게 된다. 이에 의해, 관통공 내에서 자장 인가 수단이 존재하지 않는 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가한 상태로 스퍼터 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 성막 방법은, 상기 성막 방법을 사용하여 터널 접합 소자를 형성하기 위한 수직 자화막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있기 때문에, 수직 자화막의 면 내의 자화 방향을 기판의 표면에 대해 수직 방향으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 수직 자화막의 면 내의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있기 때문에, 수직 자화막의 자화 방향의 면 내에서의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 수직 자화막의 막특성, 결정 배향성, 자화 방향의 면 내 일양성을 향상시킨 자성 다층막을 성막할 수 있기 때문에, 고MR의 터널 접합 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향을 기판의 두께 방향에 일치시킴으로써, 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 수직 자화막의 성막 과정에 있어서, 수직 자화막의 자화 방향을 기판의 표면에 대해 수직으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 수직 자화막의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있기 때문에, 자성층의 자화 방향의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 수직 자화막의 막특성이나 결정 배향성을 향상시킨 자성 다층막을 성막할 수 있기 때문에, 고MR의 터널 접합 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 승강 핀에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단을 설치함으로써, 스테이지 본체와 제1 자장 인가 수단에 형성된 관통공 내에 제1 자장 인가 수단의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단이 개재하게 된다. 이에 의해, 관통공 내에서 자장 인가 수단이 존재하지 않는 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있다.
도 1은 터널 접합 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에서의 터널 접합 소자의 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 3a는 제1 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 사시도이다.
도 3b는 제1 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 자장 인가 수단의 주요부 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시형태에서의 자장 인가 수단의 주요부 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 제2 실시형태에서의 자장 인가 수단의 주요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에서의 자장 인가 수단의 주요부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에서의 자장 인가 수단의 주요부 단면도이다.
도 8은 평행도의 정의를 나타내는 설명도이다.
도 9는 기판의 중심으로부터의 거리(mm)에서의 평행도(도)의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명에서의 자장 인가 수단의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명에서의 기판의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 12는 터널 접합 소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시형태에서의 터널 접합 소자의 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 14a는 제5 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 사시도이다.
도 14b는 제5 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 A-A'선에 따른 측면 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시형태에서의 기판 스테이지의 사시도이다.
도 16은 도 15의 C-C'선에 상당하는 단면도이다.
도 17은 자장 인가 수단으로부터 발생하는 자력선을 설명하는 설명도이다.
도 18은 자장 인가 수단을 내장한 기판 스테이지를 도시하는 개략 구성도이다.
다음에, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태에 관한 스퍼터 장치 및 성막 방법에 대해 설명한다. 또, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 때문에, 각 부재의 축척을 적절히 변경한다.
(제1 실시형태)
(자성 다층막)
우선, 자성층을 포함하는 다층막의 일례인 MRAM에 이용되는 터널 접합 소자에 대해 설명한다.
도 1은 터널 접합 소자의 측면 단면도이다.
터널 접합 소자(10)는, 기판(W) 상에 자성층(고정층)(16) 및 MgO 등으로 이루어진 터널 배리어층(15), 자성층(프리층)(14), PtMn이나 IrMn 등으로 이루어진 반강자성층(도시생략)이 주로 적층된 수직 자화 방식의 터널 접합 소자(10)이다. 또, 자성층(14, 16)의 구성 재료는, 예를 들면 FePt, TbFeCo, Co/Pd, Fe/EuO, Co/Pt, Co/Pd, CoPtCr-SiO2, CoCrTaPt, CoCrPt 등을 채용하는 것이 가능하다. 또한, 터널 접합 소자(10)는, 실제로 상기 이외의 기능층도 적층되어 15층 정도의 다층 구조로 되어 있다.
자성층(고정층)(14)은, 그 자화 방향이 기판(W)의 표면에 대해 수직이 되도록 고정된 층으로, 구체적으로 기판(W)의 표면에 대해 상방으로 향하여 고정되어 있다. 한편, 자성층(프리층)(14)은, 그 자화 방향이 외부 자계의 방향에 따라 변화하는 층으로, 자성층(고정층)(14)의 자화 방향에 대해 평행인지 반평행인지로 반전할 수 있다. 이들 고정층(16) 및 프리층(14)의 자화 방향이 평행인지 반평행인지에 따라 터널 접합 소자(10)의 저항값이 다르다. 이러한 터널 접합 소자(10)를 MRAM(도시생략)에 구비함으로써, 자성체의 자화 방향으로 「0」, 「1」의 정보를 갖게 할 수 있기 때문에, 「1」 또는 「0」을 독출하거나 고쳐쓰거나 할 수 있다.
(자성 다층막의 제조 장치)
도 2는, 본 실시형태에 관한 자성 다층막의 제조 장치(이하, 제조 장치라고 함)의 개략 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 제조 장치(20)는 기판 반송실(26)을 중심으로 방사형으로 복수의 스퍼터 장치(21~24)가 배치된 것으로, 예를 들면 상술한 터널 접합 소자를 구성하는 자성 다층막의 전처리·성막 공정을 일관하여 행하는 클러스터 타입의 제조 장치(20)이다.
구체적으로, 제조 장치(20)는, 성막 전의 기판(W)이 유지되는 기판 카세트실(27), 반강자성층의 성막 공정을 행하는 제1 스퍼터 장치(21), 자성층(고정층)(16)의 성막 공정을 행하는 스퍼터 장치(제2 스퍼터 장치)(22), 터널 배리어층(15)의 성막 공정을 행하는 제3 스퍼터 장치(23), 자성층(프리층)(16)의 성막 공정을 행하는 스퍼터 장치(제4 스퍼터 장치)(24)를 구비한다. 또한, 기판 반송실(26)을 개재하여 스퍼터 장치(24)의 반송측에는 기판 전처리용 장치(25)를 구비한다.
상술한 제조 장치(20)에서는, 필요한 기판 전처리 후, 각 스퍼터 장치(21~24)에 있어서 기판(W) 상에 자성층(16), 터널 배리어층(15), 자성층(14) 등의 자성 다층막이 형성된다. 이와 같이 클러스터 타입의 제조 장치(20)에서는, 제조 장치(20)에 공급된 기판(W)을 대기에 노출하지 않고 기판(W) 상에 자성 다층막을 형성할 수 있다. 또, 자성 다층막 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 에칭에 의해 자성 다층막을 소정 형상으로 패터닝한 후, 레지스트 패턴을 제거함으로써 터널 접합 소자(10)는 형성된다.
여기서, 본 실시형태에 관한 스퍼터 장치인, 자성 다층막 중에서 자성층(14, 16)의 성막 공정을 행하는 스퍼터 장치(22, 24)에 대해서 설명한다. 또, 본 실시형태의 스퍼터 장치(22, 24)는 대략 동일한 구성이기 때문에, 이하의 설명에서는 스퍼터 장치(22)의 설명을 하고, 스퍼터 장치(24)의 설명은 생략한다.
도 3a는 본 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A선에 따른 측면 단면도이다. 또한, 도 4는 주요부 단면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 스퍼터 장치(22)는, 기판(W)을 올려놓는 테이블(62)과 타겟(64)을 소정 위치에 설치하여 구성되어 있다. 스퍼터 장치(22)는, 상술한 제1 스퍼터 장치(21)에서 반강자성층의 성막 공정을 거친 기판(W)이 도시하지 않은 반입구를 개재하여 기판 반송실(26)로부터 반송된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 스퍼터 장치(22)는, Al합금이나 스테인레스 등의 금속 재료에 의해 상자형으로 형성된 챔버(61)를 구비한다. 챔버(61)의 저면 부근의 중앙부에는, 기판(W)을 올려놓는 테이블(62)이 설치되어 있다. 테이블(62)은, 도시하지 않은 회전 기구에 의해 그 회전축(62a)과 기판(W)의 중심(O)을 일치시켜 임의의 회전수로 회전 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 테이블(62) 상에 놓인 기판(W)을 그 표면과 평행하게 회전시킬 수 있다. 또, 본 실시형태의 기판(W)은, 기판 크기가 예를 들면 외경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.
상술한 테이블(62) 및 타겟(64)을 둘러싸도록, 스테인레스 등으로 이루어진 실드판(측부 실드판(71) 및 하부 실드판(72))이 설치되어 있다. 측부 실드판(71)은 원통형으로 형성되고, 그 중심축이 테이블(62)의 회전축(62a)과 일치하도록 설치되어 있다. 또한, 측부 실드판(71)의 하단부에서 테이블(62)의 외주연에 걸쳐 하부 실드판(72)이 설치되어 있다. 이 하부 실드판(72)은 기판(W)의 표면과 평행하게 형성되고, 그 중심축이 테이블(62)의 회전축(62a)과 일치하도록 설치되어 있다.
테이블(62), 하부 실드판(72) 및 측부 실드판(71)과 챔버(61)의 천정면에 의해 둘러싸인 공간은, 기판(W)에 대해 스퍼터 처리를 하는 스퍼터 처리실(70)(스퍼터실)로서 형성되어 있다. 이 스퍼터 처리실(70)은 축대칭인 형상이 되고, 그 대칭축은 테이블(62)의 회전축(62a)과 일치한다. 이에 의해, 기판(W)의 각 부에 대해 균질한 스퍼터 처리를 하는 것이 가능하게 되고, 막두께 분포의 편차를 저감할 수 있다.
스퍼터 처리실(70)을 형성하는 측부 실드판(71)의 상부에는, 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터 가스 공급 수단(가스 공급 수단)(73)이 접속되어 있다. 이 스퍼터 가스 공급 수단(73)은, 스퍼터 처리실(70) 내에 아르곤(Ar) 등의 스퍼터 가스를 도입하는 것으로, 스퍼터 처리실(70)의 외부에 설치된 스퍼터 가스의 공급원(74)으로부터 스퍼터 가스가 공급되도록 구성되어 있다. 또, 스퍼터 가스 공급 수단(73)으로부터는 O2 등의 반응 가스를 공급하는 것도 가능하다. 또한, 챔버(61)의 측면에는 배기구(69)가 설치되어 있다. 이 배기구(69)는 도시하지 않은 배기 펌프(진공 배기 수단)에 접속되어 있다.
챔버(61)의 천정면 부근의 주연부에는, 테이블(62)의 회전축(62a)의 방향(기판(W)의 둘레방향)을 따라 등간격으로 복수(예를 들면, 4개)의 타겟(64)이 배치되어 있다. 타겟(64)은 도시하지 않은 외부 전원(전원)에 접속되고, 음전위(캐소드)로 유지되어 있다.
각 타겟(64)의 표면에는, 상술한 자성층(14)의 성막 재료나 하지막의 성막 재료 등 자성 다층막에 적층될 수 있는 복수 종류의 성막 재료가 각각 배치되어 있다. 또, 각 타겟(64)에 배치하는 성막 재료는 적절히 변경이 가능하다. 또한, 모든 타겟(64)에 자성층(14, 16)의 성막 재료를 배치하는 것과 같은 구성도 가능하다.
또한, 상술한 타겟(64)은, 테이블(62)에 놓이는 기판(W)의 법선에 대해 기울어지도록 설치되어 있다.
또한, 타겟(64)은 그 표면의 중심점(T)을 지나가는 법선(중심축)(64a)이 기판(W)의 회전축(62a)에 대해, 예를 들면 각도(θ)로 기울어져 있고, 타겟(64)의 법선(64a)과 기판(W)의 표면이 기판(W)의 주연 부분에서 교차하도록 배치되어 있다.
여기서 도 4에도 도시된 바와 같이, 기판(W)의 직경방향 외측에는 기판(W)의 주위를 둘러싸도록 고리형상의 영구자석(자장 인가 수단)(65)이 배치되어 있다. 이 영구자석(65)은 그 내경, 두께가 모두 기판(W)보다도 크게 형성된 것이고, 영구자석(65)의 내부의 자화 방향은 기판(W)의 두께 방향(법선 방향)에 일치한다. 영구자석(65)의 축방향의 중앙부에 기판(W)이 배치되도록 구성되어 있다. 즉, 기판(W)의 법선 방향에서의 영구자석(65)의 중앙부에 기판(W)의 표면이 배치된다. 이에 의해, 영구자석(65)으로부터 연장되는 자력선(B1)은 N극(예를 들면, 상면측)으로부터 중앙공을 지나가고, 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, S극(예를 들면, 하면측)으로 향하여 발생한다. 따라서, 영구자석(65)의 내측에서 연장되는 자력선(B1)은 기판(W)의 표면에 대해 수직(법선 방향)인 자장 성분을 가지고, 기판(W) 표면의 전면에 대해 대략 수직으로 입사한다. 또, 본 실시형태에서는 자장 인가 수단을 고리형상의 영구자석으로서 설명하지만, 기판의 주위를 둘러싸는 구성이면, 복수의 영구자석을 분할하여 설치하는 것과 같은 구성으로 해도 된다.
(성막 방법)
다음에, 본 실시형태의 스퍼터 장치에 의한 성막 방법에 대해 설명한다. 또, 이하의 설명에서는 상술한 자성 다층막 중에서 주로 스퍼터 장치(22)에서 행하는 자성층(14)의 성막 방법에 대해 설명한다.
우선, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 테이블(62)에 기판(W)을 올려놓고, 회전 기구에 의해 테이블(62)을 소정 회전수로 회전시킨다. 스퍼터 처리실(70) 안을 진공 펌프에 의해 진공상태로 한 후, 스퍼터 가스 공급 수단(73)으로부터 스퍼터 처리실(70) 내로 아르곤 등의 스퍼터 가스를 도입한다. 타겟(64)에 접속된 외부 전원으로부터 타겟(64)에 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 그러면,스퍼터 가스의 이온이 캐소드인 타겟(64)에 충돌하여 타겟(64)으로부터 성막 재료의 입자가 튀어나와 기판(W)에 부착된다. 이상에 의해, 기판(W)의 표면에 자성층(14)이 성막된다(도 1 참조). 그 때, 타겟(64) 근방에 고밀도 플라즈마를 생성함으로써 성막 속도를 고속화시킬 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 수직 자화 방식의 터널 접합 소자는 반자계의 영향을 받기 어려운 수직 방향의 자화 회전을 이용한다. 이 방식에 따르면, 보다 소자의 미세화가 가능하게 되어 기록 밀도를 높일 수 있기 때문에, 기가비트급 메모리의 제조를 달성하는 데는 채용이 불가결하다고 생각된다. 또, 고MR비를 얻을 수 있고, 기입 전류를 수십분의 1까지 저감할 수 있는 기술이라고 되어 있다. 그러나, 자성층의 성막 공정에 있어서, 성막된 자성층(14, 16)의 자화 방향으로 편차의 영향에 의해 원하는 MR비를 얻을 수 없다.
그래서, 본 실시형태에서는, 자성층(14)의 성막 공정에 있어서, 기판(W)의 주위에 설치된 영구자석(65)에 의해 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장을 발생시키면서 성막을 행한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 영구자석(65)에 의해 자장을 인가하면, 영구자석(65)으로부터 연장되는 자력선(B1)은 기판(W) 표면의 전면에 대해 수직으로 입사한다. 구체적으로, 영구자석(65)의 내측으로 연장되는 자력선(B1)은 N극(상면측)으로부터 발생하여 영구자석(65)의 내측을 지나 S극(하면측)에 입사한다. 타겟(64)으로부터 튀어나온 자성층(14)의 성막 재료는, 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장을 받으면서 기판(W)의 표면에 퇴적된다. 또, 영구자석(65)에 의해 인가하는 자장은, 기판(W) 표면의 각 부에서 50(Oe) 이상인 것이 바람직하다.
그 결과, 자성층(14)의 성막 과정에 있어서, 자성층(14)의 자화 방향이 기판(W)의 표면에 대해 수직이 되도록 성막을 행할 수 있다. 이 경우, 자성층(14)의 평행도(평행도의 정의에 대해서는 후술함)를 한 번 이하로 억제하는 것이 가능하게 된다. 또, 사용하는 성막 재료에 따라서는 자성층(14)의 수직성을 향상시키기 위해 어닐 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 기판(W)의 주위를 둘러싸도록 영구자석(65)을 설치하고, 이 영구자석(65)의 내부의 자화 방향을 기판(W)의 법선 방향에 일치시키는 구성으로 하였다.
이 구성에 따르면, 기판(W)의 법선 방향으로 자화 방향을 갖는 영구자석(65)을 설치함으로써, 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다. 그 때문에, 자성층(14)의 성막 과정에 있어서, 자성층(14)의 자화 방향을 기판(W)의 표면에 대해 수직으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 자성층(14)의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있기 때문에, 자성층(14)의 자화 방향의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 자성층(14)의 막특성이나 결정 배향성을 향상시킨 자성 다층막을 성막할 수 있기 때문에, 고MR의 터널 접합 소자(10)를 제공할 수 있다.
또한, 기판(W)의 법선 방향에서의 영구자석(65)의 중앙부에 기판(W)의 표면을 배치함으로써, 기판(W)의 표면에 수직으로 입사하는 자장 성분을 증가시킬 수 있다. 따라서, 자성층(14)의 자화 방향의 편차를 보다 저감할 수 있다.
이에 의해, 스퍼터 장치(22)의 구성을 복잡화하지 않고 고MR로 기입 전류가 낮은 터널 접합 소자(10)를 제공할 수 있다.
(제2 실시형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시형태를 설명한다. 본 실시형태에서는, 자장 인가 수단의 구성에 대해 제1 실시형태와 상이하고, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 5a는 제2 실시형태에서의 주요부 사시도이고, 도 5b는 단면도이다. 또, 도 5a 및 도 5b에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 상술한 챔버(61)(도 3a 및 도 3b 참조) 등의 기재를 생략한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 이면측에는 기판(W)의 이면과 평행하게 영구자석(100)이 배치되어 있다. 이 영구자석(100)은 원판형상의 것이고, 그 중심축과 기판(W)의 중심(O)이 일치하도록 배치되어 있다. 영구자석(100)의 내부의 자화 방향은 기판(W)의 두께 방향(법선 방향)에 일치한다. 따라서, 영구자석(100)으로부터 연장되는 자력선(B2)은, 영구자석(100)의 N극(예를 들면, 상면측)으로부터 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, 기판(W)의 외주를 돌아 들어가 S극(예를 들면, 하면측)으로 향하여 발생한다. 이 때, 자력선(B2)은 기판(W)의 표면에 대해 수직(법선 방향)인 자장 성분을 가지고, 기판(W) 표면의 전면에 대해 수직으로 입사한다.
또한, 영구자석(100)의 외경은, 기판(W)의 외경(예를 들면, 300mm)보다도 크게 형성되어 있다. 또, 영구자석의 외경은 기판의 외경 이상이면 적절히 설계 변경이 가능하다. 또한, 영구자석은 일체인 것이 바람직하지만, 복수의 영구자석을 이용하여 기판의 외경 이상의 영구자석을 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 각 영구자석 간의 간격은 1mm이하인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 기판(W)의 이면측에 기판(W)의 외경 이상의 크기를 갖는 영구자석(100)이 설치되고, 이 영구자석(100)의 내부의 자화 방향을 기판(W)의 법선 방향에 일치시키는 구성으로 하였다.
이 구성에 따르면, 상술한 제1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 영구자석(100)의 외경을 기판(W)의 외경 이상으로 형성함으로써, 기판(W)에 입사하는 자력선(B2)의 수직성, 즉 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있다.
(제3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시형태를 설명한다. 본 실시형태에서는, 자장 인가 수단과 기판 사이에 제1 자성체가 설치되어 있는 점에 대해 제2 실시형태와 상이하고, 제2 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 6은 제3 실시형태에서의 주요부 단면도이다. 또, 도 6에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 상술한 챔버(61)(도 3a 및 도 3b 참조) 등의 기재를 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 영구자석(100) 상에는 자성체(제1 자성체)(101)가 설치되어 있다. 이 자성체(101)는, 니켈 도금이 실시된 Fe나 자성 스테인레스(SUS430) 등으로 구성되어 있다. 영구자석(100)은 원판형상의 것이고, 영구자석(100)의 외경보다 크게 형성되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 상술한 제2 실시형태와 같은 효과를 얻음과 동시에, 영구자석(100) 상에 자성체(101)를 형성함으로써, 자성체(101)의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 영구자석(100)으로부터 연장되는 자력선(B3)의 수직성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있기 때문에, 자성층(14, 16)(도 1 참조)의 성막 공정에 있어서 자성층(14)의 자화 방향의 편차를 보다 저감할 수 있다.
(제4 실시형태)
다음에, 본 발명의 제4 실시형태를 설명한다. 본 실시형태에서는, 기판의 주위를 둘러싸도록 제2 자성체가 설치되어 있는 점에 대해 제2 실시형태와 상이하고, 제2 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 7은 제4 실시형태에서의 주요부 단면도이다. 또, 도 7에서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 상술한 챔버(61)(도 3a 및 도 3b 참조) 등의 기재를 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 자성체(101) 상에는 요크(제2 자성체)(103)가 설치되어 있다. 이 요크(103)는, 상술한 자성체(101)와 같이 니켈 도금이 실시된 Fe나 자성 스테인레스(SUS430) 등으로 구성되어 있다. 요크(103)는, 자성체(101)의 외주 부분에서 자성체(101)의 표면으로부터 수직으로 일어나도록 형성되어 있고, 자성체(101)의 전체둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 따라서, 요크(103)는 기판(W)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
본 실시형태에서는, 상술한 제2 실시형태와 같은 효과를 얻음과 동시에, 자성체(101) 상에 요크(103)를 배치함으로써, 요크(103)의 내측에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 영구자석(100)으로부터 연장되는 자력선(B4)의 수직성을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있기 때문에, 자성층(14)(도 1 참조)의 성막 공정에 있어서 자성층(14)의 자화 방향의 편차를 보다 저감할 수 있다.
(평행도 측정 시험)
본원의 발명자는, 상술한 각 실시형태에서의 자장 인가 수단을 구비한 스퍼터 장치를 이용하여 기판의 법선 방향에 대한 자장의 평행도를 측정하는 시험을 하였다. 본 시험에서의 평행도의 측정은, 자장 인가 수단으로부터 5mm정도 이격시킨 기판의 표면 위치에서 홀 소자를 이용하여 삼차원 자장 측정기로 행하였다. 또한, 본 시험에서의 자장의 측정 개소는, 자장이 기판의 중심에 대해 축대칭으로서 생각하고, 기판의 표면 상의 기판의 중심에서 외주(외주연으로부터 2mm정도의 위치)에 이르기까지의 구간에서 반경 방향을 따라 측정하였다. 또, 측정은 기판 상에서의 직교하는 2방향에 대해 행하였다.
또, 각 조건 A~C에서의 측정 조건은 이하와 같다.
조건 A: 영구자석(외경 300mm, 두께 5mm)만(도 5a 및 도 5b에 도시된 제2 실시형태와 같은 구성), 조건 B: 영구자석(외경 300mm, 두께 5mm)+자성체(Fe: 외경 300mm, 두께 1.5mm)(도 6에 도시된 제3 실시형태와 같은 구성), 조건 C: 영구자석(외경 300mm, 두께 5mm)+자성체(Fe: 외경 300mm, 두께 1.5mm)+요크(Fe: 내경 330mm, 폭 20mm, 높이 30mm)(도 7에 도시된 제4 실시형태와 같은 구성)
도 8은 평행도의 정의를 나타내는 설명도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 평행도란, 기판(W)의 각 점에서 면에 수직인 법선과 자력선(B0)의 접선 방향이 이루는 각도(θ)이다. 즉, 각도(θ)가 0도이면 기판(W)에 대해 수직인 자장이 된다. 실제로는 기판의 중심(O)으로부터 축대칭 좌표계를 상정하여, 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장 성분(Bs)과 평행인 자장 성분(Bh)을 측정하여 arctan(Bh/Bs)으로부터 각도(θ)를 구한다.
도 9는, 기판의 중심으로부터의 거리(mm)에서의 평행도(도)의 분포를 도시하고 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조건 A~C의 어떤 경우에 대해서도 기판의 중심(0mm)에서 외주로 향함에 따라 평행도는 증가 경향이 있지만, 조건 A의 경우에서는 기판의 최외주(148mm)에서 평행도를 11도 정도까지 억제할 수 있었다. 또한, 조건 B의 경우에서는 평행도를 8도 정도까지 억제할 수 있었다. 이는, 영구자석 상에 자성체를 배치함으로써 자성체의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 영구자석으로부터 연장되는 자력선의 수직성이 향상되기 때문이라고 생각된다.
또, 조건 C의 경우에서는 기판의 최외주에서의 평행도를 5mm정도까지 억제할 수 있고, 자화 방향의 편차를 대폭으로 저감할 수 있었다. 이는, 자성체의 외주 부분에 기판을 둘러싸는 것과 같은 요크를 배치함으로써, 요크의 내측에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 특히 기판의 외주 부분에서의 자력선의 수직성이 향상되기 때문이라고 생각된다.
이상의 결과로부터, 상술한 바와 같이 영구자석에 의해 기판의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 인가시킴으로써, 예를 들면 수직 자화 방식의 자성층의 성막 과정에 있어서, 자성층의 자화 방향을 기판의 표면에 대해 수직으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 자성층의 막특성이나 결정 배향성을 향상시켜 자성층의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있으며, 자성층의 자화 방향의 편차를 억제할 수 있기 때문에, 고MR을 얻을 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 상술한 각 실시형태에서는 자장 인가 수단으로서 영구자석을 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 영구자석 대신에 전자석을 이용하는 것과 같은 구성도 채용할 수 있다. 또한, 상술한 각 실시형태에서는 자성 다층막 중에서 터널 접합 소자에서의 자성층을 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 자성층에 한정되지 않고, 여러가지의 성막 재료에 대해 채용할 수 있다.
도 1O, 11은 자장 인가 수단의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
상술한 각 실시형태에서는 원판형상 또는 고리형상의 영구자석을 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 직사각형의 영구자석(105)을 이용하는 등 적절히 설계 변경이 가능하다. 또한, 상술한 각 실시형태에서는, 원판형상의 기판(W)(예를 들면, 도 3a 및 도 3b 참조)을 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 도 11에 도시된 바와 같이 직사각형의 기판(106)을 이용하는 등 적절히 설계 변경이 가능하다. 또, 도 10, 11의 어떤 구성에서도, 영구자석(105)의 외경을 기판(W)의 외경 이상으로 설정하는 것이 자장의 수직성을 향상시키는 관점에서 바람직하다.
(제5 실시형태)
다음에, 본 발명의 제5 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경한다.
(자성 다층막)
우선, 자성층을 포함하는 다층막의 일례인 MRAM에 이용되는 터널 접합 소자에 대해 설명한다.
도 12는 터널 접합 소자의 측면 단면도이다.
터널 접합 소자(210)는, 기판(W) 상에 자성층(고정층)(216) 및 MgO 등으로 이루어진 터널 배리어층(215), 자성층(프리층)(214), PtMn이나 IrMn 등으로 이루어진 반강자성층(도시생략)이 주로 적층된, 수직 자화 방식의 터널 접합 소자(210)이다. 또, 자성층(214, 216)의 구성 재료는, 예를 들면 FePt, TbFeCo, Co/Pd, Fe/EuO, Co/Pt, Co/Pd, CoPtCr-SiO2, CoCrTaPt, CoCrPt 등을 채용하는 것이 가능하다. 또한, 터널 접합 소자(210)는 실제로 상기 이외의 기능층도 적층되어 15층 정도의 다층 구조로 되어 있다.
자성층(고정층)(214)은, 그 자화 방향이 기판(W)의 표면에 대해 수직이 되도록 고정된 층으로, 구체적으로 기판(W)의 표면에 대해 상방으로 향하여 고정되어 있다. 한편, 자성층(프리층)(214)은, 그 자화 방향이 외부 자계의 방향에 따라 변화하는 층으로, 자성층(고정층)(214)의 자화 방향에 대해 평행인지 반평행인지로 반전할 수 있다. 이들 고정층(216) 및 프리층(214)의 자화 방향이 평행인지 반평행인지에 따라 터널 접합 소자(210)의 저항값이 다르다. 이러한 터널 접합 소자(210)를 MRAM(도시생략)에 구비함으로써, 자성체의 자화 방향으로 「0」, 「1」의 정보를 갖게 할 수 있기 때문에, 「1」 또는 「0」을 독출하거나 고쳐쓰거나 할 수 있다.
(자성 다층막의 제조 장치)
도 13은, 본 실시형태에 관한 자성 다층막의 제조 장치(이하, 제조 장치라고 함)의 개략 구성도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 제조 장치(220)는, 기판 반송실(226)을 중심으로 방사형으로 기판 전처리실(225) 및 복수의 스퍼터 장치(221~224)가 배치된 것으로, 예를 들면 상술한 터널 접합 소자를 구성하는 자성 다층막의 전처리·성막 공정을 일관하여 행하는 클러스터 타입의 제조 장치(220)이다.
구체적으로, 제조 장치(220)는, 기판(W)의 전처리 공정을 행하는 기판 전처리실(225), 성막 전의 기판(W)이 유지되는 기판 카세트실(227), 반강자성층의 성막 공정을 행하는 제1 스퍼터 장치(221), 자성층(고정층)(216)의 성막 공정을 행하는 제2 스퍼터 장치(스퍼터 장치)(222), 터널 배리어층(215)의 성막 공정을 행하는 제3 스퍼터 장치(223), 자성층(프리층)(216)의 성막 공정을 행하는 제4 스퍼터 장치(스퍼터 장치)(224)를 구비하고 있다.
상술한 제조 장치(220)에서는, 기판 전처리실(225)에서 필요한 기판 전처리가 실시된 후, 각 스퍼터 장치(221~224)에서 기판(W) 상에 자성층(216), 터널 배리어층(215), 자성층(214) 등의 자성 다층막이 형성된다. 이와 같이, 클러스터 타입의 제조 장치(220)에서는, 제조 장치(220)에 공급된 기판(W)을 대기에 노출하지 않고 기판(W) 상에 자성 다층막을 형성할 수 있다. 또, 자성 다층막 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 에칭에 의해 자성 다층막을 소정 형상으로 패터닝한 후, 레지스트 패턴을 제거함으로써 터널 접합 소자(210)는 형성된다.
(스퍼터 장치)
여기서, 본 실시형태에 관한 스퍼터 장치인, 자성 다층막 중에서 자성층(214, 216)의 성막 공정을 행하는 제2, 제4 스퍼터 장치(222, 224)에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태의 제2, 제4 스퍼터 장치(222, 224)는 대략 동일한 구성이기 때문에, 이하의 설명에서는 제2 스퍼터 장치(222)의 설명을 하고, 제4 스퍼터 장치(224)의 설명은 생략한다. 또한, 이하의 설명에서는 제2 스퍼터 장치(222)를 스퍼터 장치(222)로서 설명한다.
도 14a는 본 실시형태에 관한 스퍼터 장치의 사시도이고, 도 14b는 도 14a의 A-A선에 따른 측면 단면도이다. 또한, 도 15는 주요부 단면도이다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 스퍼터 장치(222)는 기판(W)을 올려놓는 기판 스테이지(262)와, 성막 재료의 타겟(264)을 구비한 스퍼터 캐소드(265)를 소정 위치에 설치하여 구성되어 있다. 스퍼터 장치(222)에는, 상술한 제1 스퍼터 장치(221)에서 반강자성층의 성막 공정을 거친 기판(W)이 도시하지 않은 반입구를 개재하여 기판 반송실(226)로부터 반송된다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 스퍼터 장치(222)는, Al합금이나 스테인레스 등의 금속 재료에 의해 상자형으로 형성된 챔버(261)를 구비하고 있다. 챔버(261)의 저면 부근의 중앙부에는, 기판(W)을 올려놓는 기판 스테이지(262)가 설치되어 있다. 기판 스테이지(262)는, 도시하지 않은 회전 기구에 의해 그 회전축(262a)과 기판(W)의 중심(O)을 일치시켜 임의의 회전수로 회전 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 기판 스테이지(262) 상에 놓인 기판(W)을 그 표면과 평행하게 회전시킬 수 있다. 또, 본 실시형태의 기판(W)은, 예를 들면 기판 크기가 외경 300mm인 실리콘 웨이퍼를 이용하고 있다.
상술한 기판 스테이지(262) 및 스퍼터 캐소드(265)를 둘러싸도록, 스테인레스 등으로 이루어진 실드판(측부 실드판(271) 및 하부 실드판(272))이 설치되어 있다. 측부 실드판(271)은 원통형으로 형성되고, 그 중심축이 기판 스테이지(262)의 회전축(262a)과 일치하도록 설치되어 있다. 또한, 측부 실드판(271)의 하단부에서 기판 스테이지(262)의 외주연에 걸쳐 하부 실드판(272)이 설치되어 있다. 이 하부 실드판(272)은 기판(W)의 표면과 평행하게 형성되고, 그 중심축이 기판 스테이지(262)의 회전축(262a)과 일치하도록 설치되어 있다.
기판 스테이지(262), 하부 실드판(272) 및 측부 실드판(271)과 챔버(261)의 천정면에 의해 둘러싸인 공간은, 기판(W)에 대해 스퍼터 처리를 하는 스퍼터 처리실(270)(스퍼터실)로서 형성되어 있다. 이 스퍼터 처리실(270)은 축대칭인 형상이 되고, 그 대칭축은 기판 스테이지(262)의 회전축(262a)과 일치한다. 이에 의해, 기판(W)의 각 부에 대해 균질한 스퍼터 처리를 하는 것이 가능하게 되고, 막질 분포와 자화 방향의 편차를 저감할 수 있다.
챔버(261)의 천정면 부근의 주연부에는, 기판 스테이지(262)의 회전축(262a)의 방향(기판(W)의 둘레방향)을 따라 등간격으로 복수(예를 들면, 4개)의 스퍼터 캐소드(265)가 배치되어 있다.
각 스퍼터 캐소드(265)는 도시하지 않은 외부 전원(전원)에 접속되고, 음전위로 유지되어 있다. 각 스퍼터 캐소드(265)의 표면에는 타겟(264)이 각각 배치되어 있다. 타겟(264)은 원판형상의 것으로, 상술한 자성층(214)의 성막 재료나 하지막의 성막 재료 등 자성 다층막에 적층될 수 있는 복수 종류의 성막 재료에 의해 구성되어 있다. 또, 각 타겟의 재료는 적절히 변경이 가능하다. 또한, 모든 스퍼터 캐소드에 동일 재료(예를 들면, 자성층의 성막 재료)의 타겟을 배치하는 것과 같은 구성도 가능하다.
또한, 상술한 스퍼터 캐소드(265)는, 기판 스테이지(262)에 놓이는 기판(W)의 법선에 대해 기울어지도록 설치되어 있다. 즉, 스퍼터 캐소드(265)에 장착된 타겟(264)은, 그 표면의 중심점(T)을 지나가는 법선(중심축)(264a)이 기판(W)의 회전축(262a)에 대해, 예를 들면 각도(θ)로 기울어져 있고, 타겟(264)의 법선(264a)과 기판(W)의 표면이 기판(W)의 주연 부분에서 교차하도록 배치되어 있다.
스퍼터 장치(222)의 외방에는, 스퍼터 처리실(270) 내에 스퍼터 가스를 공급하는 스퍼터 가스 공급 수단(가스 공급 수단)(273)이 설치되어 있다. 이 스퍼터 가스 공급 수단(273)은, 스퍼터 처리실(270) 내에 아르곤(Ar) 등의 스퍼터 가스를 공급한다.
스퍼터 가스 공급 수단(273)은, 스퍼터 처리실(270)을 형성하는 측부 실드판(271)의 상부에 접속되고, 스퍼터 처리실(270) 내의 타겟(264)의 근방에 스퍼터 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 또, 스퍼터 가스 공급 수단(273)으로부터는 O2 등의 반응 가스를 공급하는 것도 가능하다. 또한, 챔버(261)의 측면에는 배기구(269)가 설치되어 있다. 이 배기구(269)는 도시하지 않은 배기 펌프(배기 수단)에 접속되어 있다.
(기판 스테이지)
다음에, 상술한 기판 스테이지(262)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 15는 기판 스테이지의 사시도이고, 도 16은 도 15의 C-C'선에 상당하는 단면도이다. 또한, 도 17은 자장 인가 수단으로부터 발생하는 자력선을 설명하는 설명도이다.
도 15, 16에 도시된 바와 같이, 상술한 기판 스테이지(262)는 스테이지 본체(230)와 승강 핀(232)을 구비하고 있다. 스테이지 본체(230)는 SUS 등으로 이루어진 원판형상의 부재로서, 베이스부(233)와 덮개부(234)로 구성되어 있다. 베이스부(233)는, 원판형상을 갖는 저부(235)의 외주연으로부터 원통부(236)가 입설된 바닥이 있는 통형상의 부재로서, 저부(235) 및 원통부(236)에 둘러싸인 영역은 단면에서 보아 오목형상의 수용부(237)로서 구성되어 있다.
수용부(237) 내에는 제1 자장 인가 수단(238)이 수용되어 있다. 이 제1 자장 인가 수단(238)은 영구자석 등으로 이루어지고, 수용부(237)의 내경과 동등한 외경을 갖는 원판형상으로 형성되어 있다. 제1 자장 인가 수단(238)은, 그 중심축이 기판 스테이지(262)의 회전축(262a)과 일치하고, 즉 제1 자장 인가 수단(238)의 중심축과 기판(W)의 중심(O)이 일치하도록 배치되어 있다. 제1 자장 인가 수단(238)은, 스테이지 본체(230) 상에 놓인 기판(W)의 이면측으로부터 기판(W)의 표면에 대해 대략 수직인 자장을 인가하기 위한 것으로, 그 내부의 자화 방향이 기판(W)의 두께 방향(법선 방향)에 일치한다.
따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 자장 인가 수단(238)으로부터 연장되는 자력선(B)은 제1 자장 인가 수단(238)의 N극(예를 들면, 상면측)에서 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, 기판(W)의 외주를 돌아 들어가 S극(예를 들면, 하면측)으로 향하여 발생한다. 이 때, 제1 자장 인가 수단(238)으로부터 발생하는 자력선(B)은 기판(W)의 표면에 대해 수직(법선 방향)인 자장 성분을 가지고, 기판(W)의 표면에 대해 수직으로 인가된다.
또한, 도 15, 16에 도시된 바와 같이, 제1 자장 인가 수단(238)의 외경은 기판(W)의 외경(예를 들면, 300mm)보다도 크게 형성되어 있다. 이에 의해, 기판(W)의 표면에 대해 균일한 자장을 인가시키는 것이 가능하다. 또, 제1 자장 인가 수단의 외경은 기판의 외경 이상이면 적절히 설계 변경이 가능하다. 또한, 제1 자장 인가수단은 일체의 영구자석인 것이 바람직하지만, 복수의 영구자석을 이용하여 기판의 외경 이상의 영구자석을 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 중심에 원판형상의 영구자석을 배치하고, 그 주위를 둘러싸도록 복수의 고리형상의 영구자석을 배치하는 것과 같은 구성도 가능하다. 이 경우, 각 영구자석 간의 간격은 1mm이하인 것이 바람직하다.
제1 자장 인가 수단(238)의 상면에는 제1 자성체(239)가 배치되어 있다. 이 제1 자성체(239)는, 니켈 도금이 실시된 Fe나 자성 스테인레스(SUS430) 등으로 구성되어 있다. 제1 자성체(239)는 제1 자장 인가 수단(238)과 동등한 외경을 가지고, 제1 자장 인가 수단(238)보다도 얇게 형성되어 있다.
제1 자성체(239)의 상면에는, 제1 자성체(239)를 덮도록 덮개부(234)가 설치되어 있다.
이 덮개부(234)는, 외경이 베이스부(233)에서의 원통부(236)의 내경과 동등하게 형성된 원판형상의 부재이고, 두께(S)가 예를 들면 5mm정도로 형성되어 있다. 수용부(237) 내에서의 제1 자성체(239)의 상면에 덮개부(234)가 배치됨으로써, 수용부(237)의 개구가 폐색되어 있다. 덮개부(234)의 상면은 평탄면으로서 형성되어 있고, 기판(W)이 놓이는 기판 안착면(234a)으로서 구성되어 있다. 또, 스테이지 본체(230)의 외주 부분에 있어서, 덮개부(234)의 상면 위치로부터 원통부(236)의 단면이 돌출되어 있다.
스테이지 본체(230)의 회전축(262a)과 외주 사이에는, 스테이지 본체(230)의 둘레방향을 따라 복수(예를 들면, 3개)의 관통공(240)이 등간격으로 형성되어 있다. 이 관통공(240)은, 예를 들면 내경(D)이 10mm정도인 환공(丸孔)으로, 제1 자장 인가 수단(238) 및 제1 자성체(239)를 포함하는 스테이지 본체(230)의 두께 방향(축방향)으로 관통하고 있다.
각 관통공(240)에는, 스테이지 본체(230)의 두께 방향으로 상하이동 가능한 복수(예를 들면, 3개)의 승강 핀(232(232a~232c))이 삽입 통과되어 있다. 각 승강 핀(232a~232c)은, 스테이지 본체(230)의 하방에 설치된 승강판(241)으로부터 입설된 원주형상의 것으로, 외경(E)이 예를 들면 8mm정도로 형성되어 있다. 승강판(241)을 상하이동시킴으로써, 각 승강 핀(232a~232c)이 동시에 상하이동한다. 각 승강 핀(232a~232c)은 그 상단면에서 기판(W)의 이면을 지지하게 되어 있고, 각 승강 핀(232a~232c)을 상승시켜 스테이지 본체(230)의 상면으로부터 돌출시킴으로써, 챔버(261) 내에 반입되는 기판(W)의 수취, 챔버(261) 내로부터 반출되는 기판(W)의 건네줌이 행해진다.
여기서, 각 승강 핀(232)의 선단 부분에는 제2 자장 인가 수단(242)이 내장되어 있다. 이 제2 자장 인가 수단(242)은 영구자석 등으로 이루어진 원주형상의 것으로, 두께가 상술한 제1 자장 인가 수단(238)의 두께와 동등하게 형성됨과 동시에, 그 내부의 자화 방향이 제1 자장 인가 수단(238)의 내부의 자화 방향과 일치한다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선(B)도, 제1 자장 인가 수단(238)과 같이 그 N극(예를 들면, 상면측)에서 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, 기판(W)의 외주를 돌아 들어가 S극(예를 들면, 하면측)으로 향하도록 발생한다.
도 15, 16에 도시된 바와 같이, 제2 자장 인가 수단(242)의 상면에는, 상술한 제1 자성체(239)와 같은 재질로 이루어진 제2 자성체(243)가 배치되어 있다. 이 제2 자성체(243)는 제2 자장 인가 수단(242)과 동등한 외경을 가지고, 두께가 제1 자성체(239)의 두께와 동등하게 형성되어 있다.
승강 핀(232)은, 기판(W)이 스테이지 본체(230)의 기판 안착면(234a) 상에 놓였을 때에, 선단 부분이 관통공(240) 내에 개재하도록 배치 가능하게 되어 있다. 즉, 기판(W)의 이면과의 사이에 간극을 두고 승강 핀(232)의 선단면이 배치 가능하게 되어 있다. 이 때, 승강 핀(232)에 내장된 제2 자장 인가 수단(242)의 상단면과 스테이지 본체(230)에 수용된 제1 자장 인가 수단(238) 각각의 상단면이 동일 평면 상에 위치하도록 배치 가능하게 되어 있다. 또, 승강 핀(232)은, 상술한 기판 스테이지(262)의 회전 기구에 의해 기판 스테이지(262)와 함께 회전할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 스퍼터 장치(222)의 기판 스테이지(262)는, 상술한 제1 자장 인가 수단(238)에 덧붙여, 스테이지 본체(230)의 관통공(240) 내에 제1 자장 인가 수단(238)의 내부의 자화 방향과 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단(242)이 개재되어 있다. 즉, 기판(W)의 이면측의 대략 전면에 걸쳐 기판(W)의 두께 방향을 자화 방향으로 하는 자장 인가 수단(238, 242)이 배치되도록 구성되어 있다.
또한, 각 승강 핀(232a~232c)에는, 그 승강판(241)측에서 서포트 부재(244)에 의해 서로 연결되어 있다. 이 서포트 부재(244)는, 각 승강 핀(232a~232c)의 축방향에 직교하여 연장 설치된 막대형상의 부재이다. 서포트 부재(244)는, 예를 들면 그 일단이 복수의 승강 핀(232a~232c) 중에서 1개의 승강 핀(232a)의 둘레면에 연결되고, 타단이 승강 핀(232a)에 인접하는 승강 핀(232b)의 둘레면에 연결되어 있으며, 그 양단에서 2개의 승강 핀(232a, 232b) 사이가 걸쳐져 있다. 따라서, 각 승강 핀(232a~232c)은 3개의 서포트 부재(244)에 의해 각각이 연결되어 있어, 각 승강 핀(232a~232c)의 직경방향으로의 무너짐 등이 방지되어 있다. 또, 서포트 부재는 막대형상 부재에 한정되지 않는다.
(성막 방법)
다음에, 본 실시형태의 스퍼터 장치에 의한 성막 방법에 대해 설명한다. 또, 이하의 설명에서는 상술한 자성 다층막 중에서 주로 스퍼터 장치(222)에서 행하는 자성층(214)의 성막 방법에 대해 설명한다.
우선, 도 15, 16에 도시된 바와 같이, 제1 스퍼터 장치(221) 내에서 반강자성층 등이 성막된 기판(W)을 스퍼터 장치(222) 내로 반송한다. 구체적으로, 우선 승강 핀(232)을 상승시켜 스테이지 본체(230)의 상면으로부터 승강 핀(232)을 돌출시킨다. 상승시킨 승강 핀(232)에 의해 제1 스퍼터 장치(221)로부터 반송된 기판(W)을 받는다.
다음에, 승강 핀(232)의 선단면에서 기판(W)의 이면을 지지한 상태로, 승강 핀(232)을 하강시켜 스테이지 본체(230)의 기판 안착면(234a) 상에 기판(W)을 올려놓는다. 이 때, 승강 핀(232)에 내장된 제2 자장 인가 수단(242)과 스테이지 본체(230)에 내장된 제1 자장 인가 수단(238)의 상단면이 동일 평면이 되는 위치에서 승강 핀(232)의 하강을 정지시키는 것이 바람직하다. 그런데, 승강 핀(232)을 하강시킬 때, 예를 들면 제1 자장 인가 수단(238)의 상면측의 자극과 제2 자장 인가 수단(242)의 하면측의 자극이 다르기 때문에, 각 자장 인가 수단(238, 242) 간에 흡인력이 발생하여 승강 핀(232)이 무너질 우려가 있다. 그래서, 각 승강 핀(232a~232c)을 각각 서포트 부재(244)에 의해 연결함으로써, 각 자장 인가 수단(238, 242) 간에 흡인력이 발생한 경우에서도 각 승강 핀(232a~232c)의 무너짐을 방지할 수 있다.
이에 의해, 승강 핀(232)의 이동이 방해되는 경우도 없다.
기판 안착면(234a) 상에 기판(W)을 올려놓은 후, 회전 기구에 의해 승강 핀(232)과 함께 기판 스테이지(262)를 소정 회전수로 회전시킨다. 다음에, 스퍼터 처리실(270) 안을 진공 펌프에 의해 진공상태로 한 후, 스퍼터 가스 공급 수단(273)으로부터 스퍼터 처리실(270) 내로 아르곤 등의 스퍼터 가스를 도입한다. 스퍼터 캐소드(265)에 접속된 외부 전원으로부터 타겟(264)에 전압을 인가한다. 그러면, 스퍼터 처리실(270) 내에서 플라즈마에 의해 여기된 스퍼터 가스의 이온이 타겟(264)에 충돌하여 타겟(264)으로부터 성막 재료의 입자가 튀어나와 기판(W)에 부착된다. 이상에 의해, 기판(W)의 표면에 자성층(214)이 성막된다(도 12 참조). 그 때, 타겟(264) 근방에 고밀도 플라즈마를 생성함으로써 성막 속도를 고속화시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 자성층(214)의 성막 공정에 있어서, 기판(W)의 주위에 설치된 제1 자장 인가 수단(238) 및 제2 자장 인가 수단(242)에 의해 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장을 발생시키면서 성막을 행한다.
제1 자장 인가 수단(238)에 의해 자장을 인가하면, 제1 자장 인가 수단(238)으로부터 연장되는 자력선(B)은 기판(W)의 표면에 대해 수직으로 입사한다. 구체적으로, 제1 자장 인가 수단(238)으로부터 연장되는 자력선(B)은 N극(상면측)으로부터 발생하여 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, 제1 자장 인가 수단(238)의 S극(하면측)에 입사한다. 타겟(264)으로부터 튀어나온 자성층(214)의 성막 재료의 입자는, 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장을 받으면서 기판(W)의 표면에 퇴적된다. 이 때, 제1 자장 인가 수단(238)의 상면에 제1 자성체(239)를 배치함으로써, 제1 자성체(239)의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 제1 자장 인가 수단(238)으로부터 연장되는 자력선(B)의 기판(W)의 표면에 대한 수직성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있다. 또, 각 자장 인가 수단(238, 242)에 의해 인가하는 자장은, 기판(W)의 표면의 각 부에서 50(Oe) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 성막 재료에 따라서는, 자성층(214)의 면 내에서의 자화 방향의 수직성을 향상시키기 위해 어닐 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
자성층(214)이 성막된 후, 제3 스퍼터 장치(223)로 기판(W)을 반송한다. 구체적으로, 승강 핀(232)의 선단면에서 기판(W)을 지지한 상태로 기판(W)의 건네줌 위치까지 승강 핀(232)을 상승시켜 기판(W)을 건네준다. 여기서, 승강 핀(232)을 상승시킬 때, 상술한 승강 핀(232)을 하강시킬 때와 같이, 예를 들면 제1 자장 인가 수단(238)의 상단측의 자극과 제2 자장 인가 수단(242)의 하단측의 자극이 다르기 때문에, 각 자장 인가 수단(238, 242) 간에 흡인력이 발생하여 승강 핀(232)이 무너질 우려가 있다. 그래서, 각 승강 핀(232a~232c)을 각각 서포트 부재(244)에 의해 연결함으로써, 각 자장 인가 수단(238, 242) 간에 흡인력이 발생한 경우에서도 각 승강 핀(232a~232c)의 무너짐을 방지할 수 있다. 이에 의해, 승강 핀(232)의 이동이 방해되는 경우도 없다.
그런데, 상술한 종래기술에 있어서는, 도 18에 도시된 바와 같이, 스테이지 본체(301)에 승강 핀(302)을 설치하는 관계로 스테이지 본체(301) 및 자장 인가 수단(303)에 승강 핀(302)을 삽입 통과시키는 관통공(304)을 형성해야 한다. 따라서, 관통공(304) 내에는, 자장 인가 수단(303)이 존재하지 않는 공간이 관통공(304)의 외경분만큼 형성된다.
이 경우, 자장 인가 수단(303)의 외주 부분의 영역에서는, 자장 인가 수단(303)으로부터 발생하는 자력선(B')이 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나가 기판(W)의 표면에 대해 대략 수직인 자장이 인가된다. 한편, 관통공(304)의 근방 영역에서는, 자장 인가 수단(303)으로부터 연장되는 자력선(B')이 만곡하여 연장된다. 관통공(304)에 의해 가까운 영역에서는, 자장 인가 수단(303)으로부터 발생하는 자력선(B')이 관통공(304)을 통과하여 자장 인가 수단(303)의 이면측으로 돌아 들어간다. 즉, 기판(W) 상에서의 관통공(304)의 근방 영역에서는, 기판(W)의 표면에 인가되는 자장 방향으로 편차가 생긴다. 또, 관통공(304)과의 중앙 영역에서는 관통공(304)의 주위 영역과 반대의 자장이 인가될 우려가 있는 문제가 있다. 그 결과, 자성층(214, 216)(도 12 참조)에서 자화 방향의 면 내에서의 편차가 생겨 MR비의 저하, 면 내에서의 편차를 일으키는 원인이 된다.
그래서, 본 실시형태에서는, 스테이지 본체(230)에 수용된 제1 자장 인가 수단(238) 이외에, 제1 자장 인가 수단(238)의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단(242)이 승강 핀(232)의 내부에 내장되어 있다. 즉, 제1 자장 인가 수단(238)의 관통공(240) 내에 제1 자장 인가 수단(238)의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단(242)이 개재하게 된다. 제1 자장 인가 수단(238)과 함께 제2 자장 인가 수단(242)에 의해 기판(W)의 표면에 대해 자장을 인가하면, 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선(B)은 기판(W)의 표면에 대해 수직으로 입사한다. 구체적으로, 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선(B)은 제1 자장 인가 수단(238)과 같이, N극(상면측)으로부터 발생하여 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나간 후, 제2 자장 인가 수단(242)의 S극(하면측)에 입사한다.
제1 자장 인가 수단(238)으로부터 연장되는 자력선(B) 중에서 관통공(240)의 근방 영역으로부터 연장되는 자력선(B)은, 관통공(240) 내에 개재하는 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선과 서로 반발함으로써 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나가게 된다. 또한, 기판(W) 상에서의 관통공(240)의 중앙 영역에서도, 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선(B)이 기판(W)의 표면을 대략 수직으로 지나가게 된다. 이 때, 제2 자장 인가 수단(242)의 상면에 제2 자성체(243)를 배치함으로써, 상술한 제1 자성체(239)와 같이 제2 자성체(243)의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 제2 자장 인가 수단(242)으로부터 연장되는 자력선(B)의 기판(W)의 표면에 대한 수직성을 향상시킬 수 있다. 즉, 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 기판(W) 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있기 때문에, 자성층(214)의 성막 과정에 있어서 자성층(214)의 자화 방향이 기판(W)의 표면에 대해 수직이 되도록 성막을 행할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 승강 핀(232)에 스테이지 본체(230)에 설치된 제1 자장 인가 수단(238)의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단(242)을 설치함으로써, 스테이지 본체(230)에 형성된 관통공(240) 내에 제1 자장 인가 수단(238)의 내부와 동일한 자화 방향을 갖는 제2 자장 인가 수단(242)이 개재하게 된다. 이에 의해, 관통공(240) 내에서 자장 인가 수단(238, 242)이 존재하지 않는 공간을 축소시킬 수 있다. 따라서, 기판(W) 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있다.
또한, 각 자장 인가 수단(238, 242)의 상면에 각각 자성체(39, 43)를 배치함으로써, 자성체(239, 243)의 내부에서는 그 중심축을 따라 자력선이 배치되기 때문에, 기판(W)의 표면에 인가되는 자장의 수직성을 향상시킬 수 있다.
또, 성막 공정시에 제1 자장 인가 수단(238)과 제2 자장 인가 수단(242) 각각의 상단면을 동일 평면 상에 배치 가능하게 됨으로써, 기판(W)의 표면에 인가되는 자장의 수직성을 향상시킬 수 있다.
즉, 기판(W)의 표면에 대한 수직인 자장 성분을 증가시킬 수 있기 때문에, 자성층(214, 216)(도 12 참조)의 성막 공정에 있어서 자성층(214)의 자화 방향의 면 내에서의 편차를 보다 저감할 수 있다.
여기서, 도 12에 도시된 바와 같이, 종래의 수직 자화 방식의 터널 접합 소자(210)에 있어서는 상술한 바와 같은 원하는 MR비를 얻을 수 없는 것이 실정이다. 이 원인으로서, 예를 들면 자성층(214, 216)에서 자화 방향의 면 내에서의 편차를 충분히 제어할 수 없는 것을 들 수 있다. 종래는 수직 자화막을 형성할 때에 자화 방향으로 자장을 인가하지 않고 자성층(214, 216)이 수직 자화하는 성질만을 이용하여 제조하였기 때문에, 성막된 자성층(214, 216)의 자화 방향의 면 내에서의 편차가 생기는 문제가 있다. 그 결과, 자성층(214, 216)의 성막 공정에 있어서, 자성층(214, 216)에서 면 내에서 자화 방향의 편차가 생겨 MR비의 저하, 면 내에서의 편차를 일으키는 원인이 된다.
이에 대해, 본 실시형태의 스퍼터 장치(222)에 따르면, 기판(W) 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가할 수 있기 때문에, 기판(W)의 표면에 대해 수직인 자장 성분을 갖는 자장을 정밀도 높게 인가하면서 스퍼터 성막을 행할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 자성층(214, 216)의 성막 과정에 있어서 기판(W)상 전면에서 자성층(214, 216)의 자화 방향을 기판(W)의 표면에 대해 수직인 방향으로 갖추면서 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 자성층(214, 216)의 자화 방향의 수직성을 향상시킬 수 있기 때문에, 자성층(214, 216)의 자화 방향의 면 내에서의 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 자성층(214, 216)의 자화 방향의 면 내 일양성을 향상시킨 자성 다층막을 성막할 수 있기 때문에, 기판(W)상 전면에 걸쳐 고MR의 터널 접합 소자를 제공할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 상술한 각 실시형태에서는, 각 자장 인가 수단으로서 영구자석을 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 영구자석 대신에 전자석을 이용하는 것과 같은 구성도 채용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 자성 다층막 중에서 터널 접합 소자에서의 자성층을 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 자성층에 한정되지 않고 여러가지의 성막 재료에 대해 채용할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 본 발명의 기판 스테이지를 스퍼터 장치에 채용하는 경우에 대해 설명하였지만, 스퍼터 장치 이외에 기판 스테이지를 채용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 기판 스테이지에 놓인 기판의 표면에 대해 수직으로 자장을 인가시키는 자장 측정기 등에 채용하는 것이 가능하다.
본 발명의 기판 스테이지, 이를 구비한 스퍼터 장치 및 성막 방법에 따르면, 예를 들어 스퍼터링법에 의한 자성층의 성막시에, 기판 표면의 전면에 대해 수직인 자장을 인가함으로써 자성층의 자화 방향의 편차를 억제하여 고MR비를 얻을 수 있다.
W 기판 23 스퍼터 장치
62 테이블 64 타겟
65, 100, 105 영구자석(자장 인가 수단)
101 자성체(제1 자성체) 103 요크(제2 자성체)
73 스퍼터 가스 공급 수단(가스 공급 수단)
222 스퍼터 장치 238 제1 자장 인가 수단
239 제1 자성체(자성체) 240 관통공
242 제2 자장 인가 수단 243 제2 자성체(자성체)
244 서포트 부재 262 기판 스테이지
265 스퍼터 캐소드 273 스퍼터 가스 공급 수단(가스 공급 수단)

Claims (16)

  1. 진공 용기 내에 배치되고, 기판이 놓이는 기판 안착면을 갖는 기판 스테이지로서,
    상기 기판에 대해 자장을 인가하는 제1 자장 인가 수단을 구비하고,
    상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 기판의 두께 방향이 일치하는 기판 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판 안착면에 놓인 기판의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있는 기판 스테이지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단의 중앙이 상기 기판 안착면의 법선 방향에 있어서 상기 기판의 표면과 같은 높이로 배치 가능한 기판 스테이지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 안착면에 놓인 기판의 이면측에 상기 기판의 외경 이상의 크기를 갖는 상기 제1 자장 인가 수단이 설치된 기판 스테이지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단과 상기 기판 사이에 위치하는 제1 자성체를 더 구비한 기판 스테이지.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 기판의 주위를 둘러싸도록 배치된 제2 자성체를 더 구비한 기판 스테이지.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 기판 안착면에 대해 상기 기판을 승강하는 승강 핀; 상기 승강 핀에 설치된 제2 자장 인가 수단;을 더 구비하고,
    상기 제1 자장 인가 수단은 관통공을 가지고, 상기 승강 핀은 상기 관통공의 내부에 슬라이드 가능하게 삽입 통과되며,
    상기 제2 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향이 일치한 기판 스테이지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 안착면 상에 상기 기판이 놓인 상태에 있어서, 상기 제1 자장 인가 수단의 상단면과 상기 제2 자장 인가 수단의 상단면이 동일 평면 상에 배치 가능한 기판 스테이지.
  9. 제7항에 있어서,
    복수의 상기 승강 핀;
    상기 각 승강 핀을 서로 연결하는 서포트 부재;를 구비하고,
    상기 제1 자장 인가 수단은 복수의 상기 관통공을 가지며,
    상기 각 관통공에는 상기 각 승강 핀이 각각 배치되어 있는 기판 스테이지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단 및 상기 기판 사이와 상기 제2 자장 인가 수단 및 상기 기판 사이에 위치하는 자성체를 더 구비하는 기판 스테이지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 기판 스테이지;
    상기 기판 안착면에 놓인 기판의 법선에 대해 기울어지도록 배치된 스퍼터 캐소드;
    상기 기판 스테이지 및 상기 스퍼터 캐소드가 배치된 스퍼터실;
    상기 스퍼터실 내의 진공 배기를 행하는 진공 배기 수단;
    상기 스퍼터실 내에 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급 수단;
    상기 스퍼터 캐소드에 전압을 인가하는 전원;을 구비한 스퍼터 장치.
  12. 진공 용기 내에 배치되고, 기판이 놓이는 기판 안착면을 갖는 기판 스테이지에 놓인 기판에 대해, 제1 자장 인가 수단에 의해 이 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 기판의 두께 방향이 일치하도록 자장을 인가하면서, 상기 기판의 표면에 스퍼터 처리를 행하는 성막 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 설치된 성막 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단이 상기 기판의 이면측에 설치되고, 또한 상기 기판의 외경 이상의 크기를 갖는 성막 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 자장 인가 수단에 설치된 관통공의 내부에 슬라이드 가능하게 삽입 통과되어, 상기 기판 안착면에 대해 상기 기판을 승강하는 승강 핀에 설치된 제2 자장 인가 수단에 의해 상기 기판에 대해 자장을 인가하고, 상기 제1 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향과 상기 제2 자장 인가 수단의 내부의 자화 방향을 일치시키면서, 상기 제1 자장 인가 수단의 상단면과 상기 제2 자장 인가 수단의 상단면을 동일 평면 상에 배치하여 상기 기판 상에 스퍼터 처리를 행하는 성막 방법.
  16. 제12항 내지 제15항에 기재된 성막 방법을 사용하여 터널 접합 소자를 형성하기 위한 수직 자화막을 형성하는 성막 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150008494A (ko) * 2012-06-20 2015-01-22 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 아크식 증발원

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101332274B1 (ko) * 2008-09-30 2013-11-22 캐논 아네르바 가부시키가이샤 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법
EP2453228A1 (de) * 2010-11-10 2012-05-16 F. Hoffmann-La Roche AG Sauerstoffsensor mit mikroporöser Elektrolytschicht und teiloffener Deckmembran
GB201102447D0 (en) * 2011-02-11 2011-03-30 Spp Process Technology Systems Uk Ltd Composite shielding
JP5693340B2 (ja) * 2011-04-11 2015-04-01 キヤノン株式会社 光学素子成形用型の製造方法および光学素子成形用型
US10060021B2 (en) 2011-09-22 2018-08-28 Shibaura Institute Of Technology Thin-film formation method, thin-film formation device, object to be processed having coating film formed thereof, die and tool
TWI618272B (zh) * 2013-08-19 2018-03-11 應用材料股份有限公司 用於金屬導電性強化的磁場導引式晶體方向系統
JP6523666B2 (ja) 2014-12-02 2019-06-05 東芝メモリ株式会社 磁気記憶素子および磁気メモリ
TWI767971B (zh) * 2017-01-03 2022-06-21 日商東京威力科創股份有限公司 工作件磁化系統及其操作方法
GB201706284D0 (en) * 2017-04-20 2017-06-07 Spts Technologies Ltd A method and apparatus for controlling stress variation in a material layer formed via pulsed DC physical vapour deposition
CN115981101B (zh) * 2023-03-17 2023-06-16 湖北江城芯片中试服务有限公司 半导体结构的制造方法及半导体结构

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4422896A (en) * 1982-01-26 1983-12-27 Materials Research Corporation Magnetically enhanced plasma process and apparatus
US4581118A (en) * 1983-01-26 1986-04-08 Materials Research Corporation Shaped field magnetron electrode
JPS61158032A (ja) * 1984-12-28 1986-07-17 Fujitsu Ltd 垂直磁気記録媒体の製造方法
JPS62188775A (ja) * 1986-01-14 1987-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 対向タ−ゲツト式スパツタ装置
US5630916A (en) * 1993-03-02 1997-05-20 Cvc Products, Inc. Magnetic orienting device for thin film deposition and method of use
JP3211458B2 (ja) 1993-03-10 2001-09-25 株式会社日立製作所 磁性膜形成装置
US5589039A (en) * 1995-07-28 1996-12-31 Sony Corporation In-plane parallel bias magnetic field generator for sputter coating magnetic materials onto substrates
JP3388955B2 (ja) * 1995-09-04 2003-03-24 株式会社東芝 磁気記録媒体の製造方法
JP4355036B2 (ja) * 1997-03-18 2009-10-28 キヤノンアネルバ株式会社 イオン化スパッタリング装置
US6210539B1 (en) * 1997-05-14 2001-04-03 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for producing a uniform density plasma above a substrate
JPH111770A (ja) * 1997-06-06 1999-01-06 Anelva Corp スパッタリング装置及びスパッタリング方法
US5902461A (en) * 1997-09-03 1999-05-11 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for enhancing uniformity of a metal film formed on a substrate with the aid of an inductively coupled plasma
US7294242B1 (en) * 1998-08-24 2007-11-13 Applied Materials, Inc. Collimated and long throw magnetron sputtering of nickel/iron films for magnetic recording head applications
JP3766762B2 (ja) 1999-03-30 2006-04-19 株式会社神戸製鋼所 マグネトロンスパッタリング方法および装置
US6143140A (en) * 1999-08-16 2000-11-07 Applied Materials, Inc. Method and apparatus to improve the side wall and bottom coverage in IMP process by using magnetic field
TWI229138B (en) * 2001-06-12 2005-03-11 Unaxis Balzers Ag Magnetron-sputtering source
US6743340B2 (en) * 2002-02-05 2004-06-01 Applied Materials, Inc. Sputtering of aligned magnetic materials and magnetic dipole ring used therefor
JP2004124171A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置及び方法
US7403089B2 (en) * 2003-12-23 2008-07-22 Aviza Technology Limited Magnet assemblies
JP4494047B2 (ja) * 2004-03-12 2010-06-30 キヤノンアネルバ株式会社 多元スパッタ成膜装置の二重シャッタ制御方法
US7556718B2 (en) * 2004-06-22 2009-07-07 Tokyo Electron Limited Highly ionized PVD with moving magnetic field envelope for uniform coverage of feature structure and wafer
WO2006077837A1 (ja) * 2005-01-19 2006-07-27 Ulvac, Inc. スパッタ装置および成膜方法
JP4959240B2 (ja) 2006-06-28 2012-06-20 ライオン株式会社 ブラシの製造方法及び製造装置
JP2008027719A (ja) 2006-07-20 2008-02-07 Katsutoshi Tabuse マイクロ波照射部材
US8092605B2 (en) * 2006-11-28 2012-01-10 Applied Materials, Inc. Magnetic confinement of a plasma

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150008494A (ko) * 2012-06-20 2015-01-22 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 아크식 증발원

Also Published As

Publication number Publication date
CN101910455B (zh) 2013-04-17
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