KR20170135709A - 자기 저항 소자의 제조 방법 및 자기 저항 소자의 제조 시스템 - Google Patents

자기 저항 소자의 제조 방법 및 자기 저항 소자의 제조 시스템 Download PDF

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Abstract

일 실시형태의 자기 저항 소자의 제조 방법은, 기판 상에, 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 하지막을 형성하는 공정과, 산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 하지막에 대하여 플라즈마 애싱을 실행하는 공정과, 애싱된 하지막 상에 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막을 형성하는 공정과, 수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 다층막에 대하여 플라즈마 에칭을 실행하는 공정을 포함한다.

Description

자기 저항 소자의 제조 방법 및 자기 저항 소자의 제조 시스템{METHOD OF MANUFACTURING MAGNETORESISTIVE DEVICE AND MAGNETORESISTIVE DEVICE MANUFACTURING SYSTEM}
본 개시에 있어서의 실시형태는, 자기 저항 소자의 제조 방법 및 자기 저항 소자의 제조 시스템에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 피가공물에 미세 구조를 형성하기 위하여, 플라즈마 에칭이 이용되고 있다. 플라즈마 에칭에는, 활성종에 의한 반응을 주로 이용하는 에칭과, 이온의 충격을 주로 이용하는 스퍼터 에칭이 있다.
전자 디바이스 중 하나인 자기 랜덤 액세스 메모리(Magnetic Random Access Memory: MRAM)와 같은 자기 저항 소자의 제조에 있어서는, 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막에 대한 플라즈마 에칭이 행해지고 있다. 이 다층막은 난에칭 재료를 포함하고 있으므로, 당해 다층막의 플라즈마 에칭에는, 스퍼터 에칭이 이용되고 있다. 이와 같은 다층막의 스퍼터 에칭에 대해서는, 일본 공개특허공보 2015-18885호에 기재되어 있다. 이 문헌에서는, 수소를 포함하는 에칭 가스를 이용한 스퍼터 에칭에 대하여 설명되어 있다.
상기의 다층막은, 기판 상에 형성된 하지(下地)막 상에 형성되어 있다. 이 하지막은, 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 절연막이다. 이러한 하지막 상에 형성된 다층막에 대하여, 수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 스퍼터 에칭을 행하면, 당해 하지막 상에 있어서 다층막의 박리 및/또는 균열이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 다층막의 박리 및/또는 균열은, 전자 디바이스의 제조 불량의 원인이 되고, 또 전자 디바이스의 수율을 저하시킨다. 따라서, 다층막의 플라즈마 에칭에 있어서, 당해 다층막의 박리 및/또는 균열을 억제하는 것이 필요하다.
일 양태에서는, 자기 저항 소자의 제조 방법이 제공된다. 당해 제조 방법은, 기판 상에, 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 하지막을 형성하는 공정과, 산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 하지막에 대하여 플라즈마 애싱(ashing)을 실행하는 공정과, 애싱된 하지막 상에 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막을 형성하는 공정과, 수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 다층막에 대하여 플라즈마 에칭을 실행하는 공정을 포함한다.
수소 함유 가스의 플라즈마를 이용한 스퍼터 에칭에 의하여 다층막의 박리 및/또는 균열이 발생하는 원인은 이하와 같이 추측된다. 하지막은 탄소를 포함하고 있으므로, 하지막과 다층막의 사이의 계면에는 탄소를 포함하는 유기 불순물이 존재한다. 스퍼터 에칭에 이용되는 수소의 활성종이 유기 불순물과 반응하면, 계면에 있어서 반응 생성물의 기체가 발생한다. 이 기체가 팽창하여 다층막에 큰 응력을 부여한다. 그 결과, 다층막의 박리 및/또는 균열이 발생하는 것이라고 추측된다.
일 양태에 관한 제조 방법에서는, 산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 하지막에 대하여 플라즈마 애싱이 실행되므로, 하지막의 표면을 포함하는 부분에 있어서의 유기 불순물의 양이 감소된다. 따라서, 상술한 기체의 발생이 억제된다. 그러므로, 다층막의 플라즈마 에칭에 있어서, 당해 다층막의 박리 및/또는 균열이 억제된다.
일 실시형태에서는, 하지막은, 실리콘 및 탄소를 함유하는 가스를 이용한 화학 기상 성장법에 의하여 형성된다.
일 실시형태에서는, 실리콘 및 탄소를 함유하는 가스는, 테트라에톡시실레인 또는 메틸실레인을 포함한다.
일 실시형태에서는, 수소 함유 가스는, H2, H2O, 탄화 수소, 알코올, 케톤, 알데하이드, 및 카복실산 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시형태에서는, 금속층은, 루테늄 또는 백금을 포함한다.
다른 양태에서는, 자기 저항 소자의 제조 시스템이 제공된다. 이 제조 시스템은, 감압 가능한 반송 챔버, 및 상기 반송 챔버 내에 마련된, 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖는 반송 모듈과, 기판 상에 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 하지막을 형성하기 위한 제1 처리 모듈과, 산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 하지막에 대한 플라즈마 애싱을 행하기 위한 제2 처리 모듈과, 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막을 형성하기 위한 복수의 제3 처리 모듈과, 수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 다층막에 대하여 플라즈마 에칭을 실행하기 위한 제4 처리 모듈과, 제1 처리 모듈, 제2 처리 모듈, 복수의 제3 처리 모듈, 및 제4 처리 모듈을 제어하는 제어부를 구비하고, 제1 처리 모듈, 제2 처리 모듈, 복수의 제3 처리 모듈, 및 제4 처리 모듈은, 반송 모듈에 접속되어 있으며, 제어부는, 기판 상에 하지막을 형성하고, 하지막에 대하여 플라즈마 애싱을 행하며, 애싱된 하지막 상에 다층막을 형성하고, 다층막의 플라즈마 에칭을 실행하도록 반송 장치, 제1 처리 모듈, 제2 처리 모듈, 복수의 제3 처리 모듈, 및 제4 처리 모듈을 제어하며, 애싱된 하지막을 갖는 피가공물을, 플라즈마 애싱 후에 반송 챔버를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 복수의 제3 처리 모듈 중 다층막 중의 최하층을 형성하기 위한 처리 모듈에 반송하도록 반송 장치를 제어한다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 자기 저항 소자의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 공정 ST1에 있어서 기판 상에 제작되는 하지막을 예시하는 도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 공정 ST2에 있어서의 플라즈마 애싱을 나타내는 도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 공정 ST3에 있어서 제작되는 피가공물을 예시하는 도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 공정 ST4에 있어서의 플라즈마 에칭을 나타내는 도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 공정 ST4의 실행 후의 다층막을 예시하는 도이다.
도 7은, 일 실시형태에 관한 자기 저항 소자의 제조 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8은, 제2 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 예시하는 도이다.
도 9는, 제3 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 스퍼터링 장치를 예시하는 도이다.
도 10은, 스테이지측에서 본 스퍼터링 장치의 셔터를 나타내는 평면도이다.
도 11은, 제4 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 예시하는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 자기 저항 소자의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 나타내는 자기 저항 소자의 제조 방법(MT)은, 공정 ST1~공정 ST4를 포함한다. 제조 방법(MT)은, 공정 ST1로부터 개시된다. 도 2는, 공정 ST1에 있어서 기판 상에 형성되는 하지막을 예시하는 도이다. 공정 ST1에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 기판(SB) 상에 하지막(IS)이 형성된다. 하지막(IS)은 절연막이며, 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함한다. 즉, 하지막(IS)은, 산화 실리콘으로 형성되어 있으며, 탄소를 포함할 수 있다. 하지막(IS)은, 예를 들면 화학 기상 성장(CVD)법에 의하여 형성된다. CVD법에서는, 예를 들면 실리콘 및 탄소를 함유하는 가스가 이용된다. 이 가스는, 테트라에톡시실레인(TEOS) 또는 메틸실레인을 포함할 수 있다.
계속되는 공정 ST2에서는, 산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 하지막(IS)에 대하여 플라즈마 애싱이 실행된다. 도 3은, 공정 ST2에 있어서의 플라즈마 애싱을 나타내는 도이다. 도 3에 있어서, 원형의 도형은, 산소의 활성종을 나타내고 있다. 공정 ST2에서는, 산소 함유 가스의 플라즈마(PLA)가 생성되고, 당해 플라즈마(PLA)로부터의 산소의 활성종이 하지막(IS)에 조사된다. 이로써, 하지막(IS)의 표면을 포함하는 부분에 있어서의 탄소의 양이 감소된다.
계속되는 공정 ST3에서는, 애싱된 하지막(IS) 상에 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막(ML)이 형성된다. 또, 공정 ST3에서는, 다층막(ML) 상에 마스크(MK)가 형성된다. 다층막(ML) 및 마스크(MK)는, 예를 들면 스퍼터링에 의하여 형성된다.
도 4는, 공정 ST3에 있어서 제작되는 피가공물(워크피스(Workpiece))을 예시하는 도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 공정 ST3에 있어서 제작되는 제3 피가공물(W3)은, 다층막(ML) 및 마스크(MK)를 포함한다. 다층막(ML)은, 복수의 층을 갖고 있다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 다층막(ML)은, 제1 층(L1)~제15 층(L15)의 15개의 층을 갖고 있다.
제1 층(L1)은, 최하층, 즉, 하지막(IS)의 가장 근처에 마련된 층이며, Ta로 형성되어 있다. 제2 층(L2)은, 제1 층(L1) 상에 마련되어 있으며, Ru로 형성되어 있다. 제3 층(L3)은, 제2 층(L2) 상에 마련되어 있으며, Ta로 형성되어 있다. 제4 층(L4)은, 제3 층(L3) 상에 마련되어 있으며, Pt로 형성되어 있다. 제5 층(L5)은, 제4 층(L4) 상에 마련되어 있으며, Pt 및 Co로 형성되어 있다. 제6 층(L6)은, 제5 층(L5) 상에 마련되어 있으며, Co로 형성되어 있다. 제7 층(L7)은, 제6 층(L6) 상에 마련되어 있으며, Ru로 형성되어 있다. 제8 층(L8)은, 제7 층(L7) 상에 마련되어 있으며, Pt 및 Co로 형성되어 있다. 제9 층(L9)은, 제8 층(L8) 상에 마련되어 있으며, Co로 형성되어 있다. 제10 층(L10)은, 제9 층(L9) 상에 마련되어 있으며, Ta로 형성되어 있다. 제11 층(L11)은, 제10 층(L10) 상에 마련되어 있으며, CoFeB로 형성되어 있다. 제12 층(L12)은, 제11 층(L11) 상에 마련되어 있으며, MgO로 형성되어 있다. 제13 층(L13)은, 제12 층(L12) 상에 마련되어 있으며, CoFeB로 형성되어 있다. 제14 층(L14)은 제13 층(L13) 상에 마련되어 있으며, Ta로 형성되어 있다. 제15 층(L15)은, 제14 층(L14) 상에 마련되어 있으며, Ru로 형성되어 있다. 제5 층(L5) 및 제8 층(L8)은, Pt 박막과 Co 박막이 교대로 적층된 구조를 갖고 있다. 구체적으로, 제5 층(L5)은, 6층의 Pt 박막과 6층의 Co 박막이 교대로 적층된 구조를 갖고 있으며, 제8 층(L8)은, 2층의 Pt 박막과 2층의 Co 박막이 교대로 적층된 구조를 갖고 있다. 상기 구조에서는, 제1 층(L1), 제2 층(L2), 제3 층(L3), 제4 층(L4), 제7 층(L7), 제10 층(L10), 제14 층(L14) 및 제15 층(L15)이 금속층이며, 제5 층(L5), 제6 층(L6), 제8 층(L8), 제9 층(L9), 제11 층(L11) 및 제13 층(L13)이 자성층이다.
다층막(ML)의 제1 층(L1)과 제2 층(L2)은, 하부 전극을 구성하고 있다. 제3 층(L3)과 제4 층(L4)은, 그들 위에 막을 성장시키기 위한 시드층이다. 제5 층(L5)과 제6 층(L6)은, 반강자성층을 구성하고 있다. 제7 층(L7)은, 반강자성층과 상층인 자화(磁化) 고정층의 사이의 스페이서로서 이용된다. 제8 층(L8), 제9 층(L9), 제10 층(L10), 및 제11 층(L11)은 자화 고정층을 구성하고 있다. 제12 층(L12)은 터널 배리어층이며, 제13 층(L13)은 자화 자유층이다. 제14 층(L14)과 제15 층(L15)은, 상부 전극을 구성하고 있다. 또, 상기의 자화 고정층, 터널 배리어층, 및 자화 자유층은, 자기 터널 접합(MTJ)을 구성하고 있다.
다층막(ML)의 각층의 두께를 예시한다. 제1 층(L1)의 두께는 5nm, 제2 층(L2)의 두께는 5nm, 제3 층(L3)의 두께는 10nm, 제4 층(L4)의 두께는 5nm, 제5 층(L5)의 두께는 4.8nm, 제6 층(L6)의 두께는 0.5nm, 제7 층(L7)의 두께는 0.9nm, 제8 층(L8)의 두께는 1.6nm, 제9 층(L9)의 두께는 0.5nm, 제10 층(L10)의 두께는 0.4nm, 제11 층(L11)의 두께는 1.2nm, 제12 층(L12)의 두께는 1.3nm, 제13 층(L13)의 두께는 1.6nm, 제14 층(L14)의 두께는 5nm, 제15 층(L15)의 두께는 5nm이다.
마스크(MK)는, 금속 함유막으로 제작된 마스크이다. 금속 함유막은, 예를 들면 Ta 또는 TiN 등으로 구성된다. 마스크(MK)의 패턴은, 플라즈마 에칭에 의하여 형성될 수 있다.
도 1을 다시 참조한다. 공정 ST4에서는, 수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 다층막(ML)에 대하여 플라즈마 에칭이 실행된다. 수소 함유 가스는, H2, H2O, 탄화 수소, 알코올, 케톤, 알데하이드, 및 카복실산 중 적어도 하나를 포함한다. 도 5는, 공정 ST4에 있어서의 플라즈마 에칭을 나타내는 도이다. 도 5에 있어서, 원형의 도형은, 다층막(ML)을 에칭하는 이온을 나타내고 있다. 공정 ST4에서는, 수소 함유 가스의 플라즈마(PLE)가 생성되고, 당해 플라즈마(PLE)로부터의 이온이 다층막(ML)에 충돌하도록 하여 다층막(ML)으로 인입된다. 이로써, 다층막(ML)의 스퍼터 에칭이 행해진다. 도 6은, 공정 ST4의 실행 후의 다층막을 예시하는 도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 공정 ST4의 플라즈마 에칭에서는, 하지막(IS)이 노출될 때까지 다층막(ML)이 에칭된다. 이 공정 ST4의 플라즈마 에칭에 의하여, 마스크(MK)의 패턴이 다층막(ML)에 전사된다.
상술한 바와 같이, 하지막(IS)은 탄소를 포함하고 있으므로, 공정 ST2에 있어서의 플라즈마 애싱을 행하지 않고, 하지막(IS) 상에 다층막(ML)을 형성하면, 하지막(IS)과 다층막(ML)의 사이의 계면에는 탄소를 포함하는 유기 불순물이 남겨진다. 공정 ST4에 있어서의 스퍼터 에칭에 이용되는 수소의 활성종이 유기 불순물과 반응하면, 계면에 있어서 반응 생성물의 기체가 발생한다. 이 기체가 팽창하여 다층막에 큰 응력을 부여한다. 그 결과, 다층막의 박리 및/또는 균열이 발생할 수 있다. 제조 방법(MT)에서는, 하지막(IS)에 대하여 공정 ST2의 플라즈마 애싱이 실행되므로, 하지막(IS)의 표면을 포함하는 부분에 있어서의 유기 불순물의 양이 감소된다. 따라서, 상술한 기체의 발생이 억제된다. 그러므로, 다층막(ML)의 플라즈마 에칭에 있어서, 당해 다층막(ML)의 박리 및/또는 균열이 억제된다.
이하, 도 7을 참조하여, 제조 방법(MT)의 실시에 이용하는 것이 가능한 제조 시스템에 대하여 설명한다. 도 7은, 일 실시형태에 관한 자기 저항 소자의 제조 시스템을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 7에 나타내는 제조 시스템(100)은, 로더 모듈(102), 로드록 모듈(104 및 106), 반송 모듈(108), 복수의 처리 모듈(110a~110h)과, 제어부(112)를 구비하고 있다. 또한, 복수의 처리 모듈(110a~110h)의 개수는, 도 7에 나타내는 제조 시스템(100)에 있어서는 8개이지만, 임의의 개수여도 된다.
로더 모듈(102)은, 대기압 환경하에 있어서 피가공물을 반송하는 장치이다. 로더 모듈(102)에는, 복수의 받침대(114)가 장착되어 있다. 복수의 받침대(114)의 각각의 위에는, 복수의 피가공물을 그 안에 수용 가능한 용기(116)가 각각 탑재된다. 또한, 용기(116)는, FOUP(Front Opening Unified Pod)일 수 있다.
로더 모듈(102)은, 그 내부의 반송 챔버(102c)에 반송 장치(102t)를 갖고 있다. 반송 장치(102t)는, 피가공물을 지지하여 당해 피가공물을 반송하기 위한 로봇 암을 포함할 수 있다. 이 로더 모듈(102)에는, 로드록 모듈(104) 및 로드록 모듈(106)이 접속되어 있다. 반송 장치(102t)는, 용기(116)와 로드록 모듈(104)의 사이, 또는 용기(116)와 로드록 모듈(106)의 사이에 있어서 피가공물을 반송한다.
로드록 모듈(104) 및 로드록 모듈(106)은 각각, 예비 감압을 위한 챔버(104c) 및 챔버(106c)를 제공하고 있다. 로드록 모듈(104) 및 로드록 모듈(106)에는, 반송 모듈(108)이 접속되어 있다. 반송 모듈(108)은, 감압 가능한 반송 챔버(108c)를 제공하고 있으며, 당해 반송 챔버(108c)는, 그 내부에 반송 장치(108t)를 갖고 있다. 반송 장치(108t)는, 피가공물을 지지하여 당해 피가공물을 반송하기 위한 로봇 암을 포함할 수 있다. 이 반송 모듈(108)에는, 복수의 처리 모듈(110a~110h)이 접속되어 있다. 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)는, 로드록 모듈(104) 및 로드록 모듈(106) 중 어느 하나와 복수의 처리 모듈(110a~110h) 중 어느 하나의 사이, 및 복수의 처리 모듈(110a~110h) 중 임의의 2개의 처리 모듈 사이에서, 피가공물을 반송한다.
복수의 처리 모듈(110a~110h)은, 제1 처리 모듈(110a), 제2 처리 모듈(110b), 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g), 및 제4 처리 모듈(110h)을 포함하고 있다. 제1 처리 모듈(110a)은, 기판(SB) 상에 하지막(IS)을 형성하기 위한 모듈일 수 있다. 제1 처리 모듈(110a)은, 예를 들면 CVD 장치일 수 있다. 제2 처리 모듈(110b)은, 하지막(IS)에 대한 플라즈마 애싱을 행하기 위한 모듈일 수 있다. 제2 처리 모듈(110b)은, 플라즈마 애싱용의 플라즈마 처리 장치일 수 있다. 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g)은, 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막(ML)을 형성하기 위한 모듈일 수 있다. 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g)은, 상술한 마스크를 형성하기 위한 모듈도 포함할 수 있다.
복수의 제3 처리 모듈(110c~110g)의 각각은, 스퍼터링 장치일 수 있다. 각 스퍼터링 장치는, 1 이상의 타깃 물질의 성막을 행하도록 구성되어 있다. 제조 시스템(100)이 도 4에 나타낸 다층막(ML)을 성막하도록 구성되어 있는 경우에는, 복수의 스퍼터링 장치의 각각은, Ta 타깃, Ru 타깃, Pt 타깃, Co 타깃, CoFeB 타깃, 및 산화 마그네슘(MgO) 타깃 중 대응하는 1개 이상의 타깃을 갖고 있다. 일례에 있어서는, 복수의 스퍼터링 장치의 각각은, 4개의 타깃을 갖고, 당해 4개의 타깃 중 선택된 타깃의 구성 물질의 스퍼터링을 행하는 스퍼터링 장치일 수 있다.
또한, 복수의 스퍼터링 장치 중 1개는, MgO 타깃이 아닌, Mg 타깃을 갖고 있어도 된다. 이 경우에는, 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g) 중 1개는, Mg막을 산화시키기 위한 산화 처리 장치일 수 있다. 산화 처리 장치는, 산소 분위기하에 있어서 Mg막을 가열하는 장치여도 되고, 혹은 산소 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치여도 된다. 이 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치, 또는 마이크로파와 같은 표면파에 의하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치 등의 임의의 플라즈마 처리 장치일 수 있다.
제4 처리 모듈(110h)은, 다층막(ML)의 플라즈마 에칭을 실행하기 위한 모듈일 수 있다. 제4 처리 모듈(110h)은, 플라즈마 에칭용의 플라즈마 처리 장치일 수 있다.
제어부(112)는, 반송 모듈(108), 제1 처리 모듈(110a), 제2 처리 모듈(110b), 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g), 및 제4 처리 모듈(110h)을 제어하도록 구성되어 있다. 또, 제어부(112)는, 로더 모듈(102)을 더 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(112)는, 예를 들면 프로세서, 및 메모리와 같은 기억 장치를 갖는 컴퓨터 장치일 수 있다. 기억 장치에는, 제조 시스템(100)의 각부를 제어하기 위한 프로그램 및 제조 시스템(100)에 있어서 상술한 제조 방법(MT)을 실시하기 위한 레시피 데이터가 기억되어 있다. 프로세서는, 기억 장치에 기억되어 있는 프로그램 및 레시피 데이터에 따라 동작하여, 제조 시스템(100)의 각부를 제어하기 위한 제어 신호를 당해 각부에 출력한다.
제조 방법(MT)의 실시에 있어서, 제어부(112)는, 기판(SB)을 용기(116)로부터 로드록 모듈(104) 또는 로드록 모듈(106) 중 어느 하나에 반송하도록, 로더 모듈(102)의 반송 장치(102t)를 제어한다. 이어서, 제어부(112)는, 로드록 모듈(104) 또는 로드록 모듈(106) 중 어느 하나에 반입된 기판(SB)을 제1 처리 모듈(110a)에 반송하도록, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)를 제어한다. 그리고, 제어부(112)는, 기판(SB) 상에 하지막(IS)을 형성하도록, 제1 처리 모듈(110a)을 제어한다. 이로써, 도 2에 나타내는 제1 피가공물(W1)이 제작된다.
이어서, 제어부(112)는, 제2 처리 모듈(110b)에 제1 피가공물(W1)을 반송하도록, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)를 제어한다. 제1 피가공물(W1)은, 하지막(IS)의 형성 후에 반송 챔버(108c)를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 제1 처리 모듈(110a)로부터 제2 처리 모듈(110b)에 반송된다. 그리고, 제어부(112)는, 하지막(IS)에 대하여 플라즈마 애싱을 행하도록, 제2 처리 모듈(110b)의 플라즈마 애싱 장치를 제어한다. 이로써 제2 피가공물이 제작된다.
이어서, 제어부(112)는, 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g) 중, 제3 처리 모듈(110c)에, 제2 피가공물을 반송하도록, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)를 제어한다. 제3 처리 모듈(110c)은, 다층막(ML)에 있어서의 최하층인 제1 층(L1)을 형성하기 위한 타깃을 갖는다. 제2 피가공물은, 상술한 플라즈마 애싱 후에 반송 챔버(108c)를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 제2 처리 모듈(110b)로부터 제3 처리 모듈(110c)에 반송된다.
이어서, 제어부(112)는, 제2 층(L2)~제15 층(L15)의 각층 및 마스크(MK)를 순차 형성하기 위하여, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t), 및 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g) 중 당해 각층의 형성에 있어서 동작해야 할 몇 개의 제3 처리 모듈을 제어한다. 이로써, 제3 피가공물(W3)이 제작된다. 제어부(112)는, 반송 챔버(108c)를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 임의의 2개의 제3 처리 모듈 사이에서 피가공물을 반송하도록, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)를 제어한다. 또한, 제3 처리 모듈이, 다층막(ML) 및 마스크(MK) 중의 연속하는 2개의 층의 성막용의 2 이상의 타깃을 갖고 있는 경우에는, 이들 2개의 층의 성막 동안에 피가공물을 반송하는 것은 불필요하다.
이어서, 제어부(112)는, 제4 처리 모듈(110h)에 제3 피가공물(W3)을 반송하도록, 반송 모듈(108)의 반송 장치(108t)를 제어한다. 제3 피가공물(W3)은, 반송 챔버(108c)를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 이전의 처리에 이용된 제3 처리 모듈로부터 제4 처리 모듈(110h)에 반송된다. 그리고, 제어부(112)는, 마스크(MK)의 패턴을 형성하기 위한 플라즈마 에칭을 실행하도록, 제4 처리 모듈(110h)을 제어한다. 또한, 제어부(112)는, 다층막(ML)의 플라즈마 에칭을 실행하도록, 제4 처리 모듈(110h)을 제어한다.
이하, 제조 시스템(100)의 제2 처리 모듈(110b)로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치의 예에 대하여 설명한다. 도 8은, 제2 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 예시하는 도이다. 도 8에 나타내는 플라즈마 처리 장치(200)는, 마이크로파에 의하여 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(200)는, 챔버 본체(212)를 구비하고 있다.
챔버 본체(212)는, 그 내부 공간을 챔버(212c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(212)는, 측벽(212s), 바닥부(212b), 및 천장부(212t)를 포함하고 있으며, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 챔버 본체(212)의 중심 축선은, 연직 방향으로 뻗는 축선(Z2)과 대략 일치하고 있다. 바닥부(212b)는, 측벽(212s)의 하단측에 마련되어 있다. 바닥부(212b)에는, 배기 구멍(212h)이 마련되어 있다. 측벽(212s)의 상단부는 개구하고 있다. 측벽(212s)의 상단부 개구는, 유전체창(218)에 의하여 폐쇄되어 있다. 유전체창(218)은, 측벽(212s)의 상단부와 천장부(212t)의 사이에 협지되어 있다. 이 유전체창(218)과 측벽(212s)의 상단부의 사이에는 밀봉 부재(226)가 개재되어 있어도 된다. 밀봉 부재(226)는, 예를 들면 O링일 수 있다.
플라즈마 처리 장치(200)는, 스테이지(220)를 더 구비하고 있다. 스테이지(220)는, 유전체창(218)의 하방에 마련되어 있다. 스테이지(220)는, 하부 전극(220a) 및 정전 척(220b)을 포함하고 있다.
하부 전극(220a)은, 지지부(246)에 의하여 지지되어 있다. 지지부(246)는, 절연성의 재료로 구성되어 있다. 지지부(246)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 바닥부(212b)로부터 상방으로 뻗어 있다. 또, 지지부(246)의 외주에는, 도전성의 지지부(248)가 마련되어 있다. 지지부(248)는, 챔버 본체(212)의 바닥부(212b)로부터 지지부(246)의 외주를 따라 상방으로 뻗어 있다. 이 지지부(248)와 측벽(212s)의 사이에는, 환 형상의 배기로(250)가 형성되어 있다.
배기로(250)의 상부에는, 배플판(252)이 마련되어 있다. 배플판(252)에는, 판두께 방향으로 뻗는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배기로(250)는, 배기 구멍(212h)을 제공하는 배기관(254)에 접속되어 있으며, 당해 배기관(254)에는, 압력 조정기(256a)를 통하여 배기 장치(256b)가 접속되어 있다. 배기 장치(256b)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 압력 조정기(256a)는, 배기 장치(256b)의 배기량을 조정하여, 챔버(212c)의 압력을 조정한다. 이들 압력 조정기(256a) 및 배기 장치(256b)에 의하여, 챔버(212c)를 원하는 진공도로 감압할 수 있다. 또, 배기 장치(256b)에 의하여, 스테이지(220)의 외주로부터 배기로(250)를 통하여 가스를 배기할 수 있다.
하부 전극(220a)은, 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 하부 전극(220a)에는, 매칭 유닛(260) 및 급전봉(262)을 통하여, RF 바이어스용의 고주파 전원(258)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(258)은, 고주파를 발생시킨다. 이 고주파의 주파수는, 이온의 인입에 적합한 주파수이며, 예를 들면 13.65MHz일 수 있다. 매칭 유닛(260)은, 고주파 전원(258)측의 임피던스와, 하부 전극(220a), 플라즈마, 챔버 본체(212)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다.
정전 척(220b)은, 하부 전극(220a) 상에 마련되어 있다. 정전 척(220b)은, 유전체막 내에 전극을 내장하고 있다. 이 전극에는, 직류 전원(264)이 스위치(266)를 통하여 접속되어 있다. 직류 전원(264)으로부터의 직류 전압이 정전 척(220b)의 전극에 인가되면, 정전 척(220b)은, 쿨롱력을 발생시켜, 당해 쿨롱력에 의하여 피가공물(W)을 당해 정전 척(220b)에 끌어당겨, 피가공물(W)을 지지한다. 이 정전 척(220b)의 주위에는, 포커스 링(F2)이 배치되어 있다.
하부 전극(220a)의 내부에는, 유로(220g)가 형성되어 있다. 유로(220g)에는, 칠러 유닛으로부터 관(270)을 통하여 냉매가 공급되도록 되어 있다. 유로(220g)에 공급된 냉매는, 관(272)을 통하여 칠러 유닛에 회수되도록 되어 있다. 또, 스테이지(220)에는, 히터(HT)가 내장되어 있다. 플라즈마 처리 장치(200)에서는, 히터(HT)의 발열량 및 냉매의 온도가 조정됨으로써, 피가공물(W)의 온도가 조정되도록 되어 있다. 또, 플라즈마 처리 장치(200)에서는, 전열 가스 공급부로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 관(274)을 통하여 정전 척(220b)의 상면과 피가공물(W)의 이면의 사이에 공급되도록 되어 있다.
플라즈마 처리 장치(200)는, 안테나(214), 동축 도파관(216), 유전체창(218), 마이크로파 발생기(228), 튜너(230), 도파관(232), 및 모드 변환기(234)를 더 구비하고 있다. 마이크로파 발생기(228)는, 예를 들면 2.45GHz의 주파수를 갖는 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생기(228)는, 튜너(230), 도파관(232), 및 모드 변환기(234)를 통하여, 동축 도파관(216)의 상부에 접속되어 있다. 동축 도파관(216)은, 외측 도체(216a) 및 내측 도체(216b)를 포함하고 있다. 외측 도체(216a)는, 원통 형상을 갖고 있으며, 그 중심 축선은 축선(Z2)과 대략 일치하고 있다. 외측 도체(216a)의 하단은, 도전성의 표면을 갖는 냉각 재킷(236)의 상부에 접속되어 있다. 내측 도체(216b)는, 외측 도체(216a)의 내측에 마련되어 있다. 내측 도체(216b)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 그 중심 축선은 축선(Z2)과 대략 일치하고 있다. 내측 도체(216b)의 하단은, 안테나(214)의 슬롯판(240)에 접속되어 있다.
안테나(214)는, 천장부(212t)에 형성된 개구 내에 배치되어 있다. 이 안테나(214)는, 유전체판(238) 및 슬롯판(240)을 포함하고 있다. 유전체판(238)은, 마이크로파의 파장을 단축시키는 것이며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 유전체판(238)은, 예를 들면 석영 또는 알루미나로 형성된다. 유전체판(238)은, 슬롯판(240)과 냉각 재킷(236)의 하면의 사이에 협지되어 있다.
슬롯판(240)은, 금속제이며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 슬롯판(240)에는, 복수의 슬롯쌍이 형성되어 있다. 복수의 슬롯쌍의 각각은, 2개의 슬롯 구멍을 포함하고 있다. 2개의 슬롯 구멍은, 슬롯판(240)을 판두께 방향으로 관통하고 있으며, 서로 교차하는 방향으로 뻗는 긴 구멍 형상을 갖고 있다. 복수의 슬롯쌍은, 축선(Z2)을 중심으로 하는 1 이상의 동심원을 따라 배열되어 있다.
플라즈마 처리 장치(200)에서는, 마이크로파 발생기(228)에 의하여 발생된 마이크로파가, 동축 도파관(216)을 통과하고, 유전체판(238)에 전파되어, 슬롯판(240)의 슬롯 구멍으로부터 유전체창(218)에 부여된다. 유전체창(218)은, 대략 원반 형상을 갖고 있으며, 예를 들면 석영 또는 알루미나로 형성되어 있다. 유전체창(218)은, 슬롯판(240)의 바로 밑에 마련되어 있다. 유전체창(218)은, 안테나(214)로부터 받은 마이크로파를 투과하여, 당해 마이크로파를 챔버(212c) 내에 도입한다. 이로써, 유전체창(218)의 바로 밑에 전계가 발생한다.
플라즈마 처리 장치(200)는, 도입부(224) 및 가스 공급계(280)를 더 구비하고 있다. 도입부(224)는, 환 형상 관(224a) 및 관(224b)을 포함하고 있다. 환 형상 관(224a)은, 축선(Z2)에 대하여 둘레 방향으로 환 형상으로 뻗도록, 챔버(212c) 내에 마련되어 있다. 이 환 형상 관(224a)에는, 축선(Z2)을 향하여 개구된 복수의 가스 분사 구멍(224h)이 형성되어 있다. 이 환 형상 관(224a)에는 관(224b)이 접속되어 있으며, 당해 관(224b)은 챔버 본체(212)의 외부까지 뻗어 있다.
가스 공급계(280)는, 가스 소스군(282), 유량 제어기군(284), 및 밸브군(286)을 포함하고 있다. 가스 소스군(282)은, 산소 함유 가스의 1 이상의 가스 소스를 포함하고 있다. 예를 들면, 가스 소스군(282)은, 산소 가스(O2 가스)의 소스 및 희가스(예를 들면, Ar 가스)의 소스를 포함할 수 있다. 유량 제어기군(284)은, 매스 플로 컨트롤러와 같은 1 이상의 유량 제어기를 포함하고 있다. 밸브군(286)은, 1 이상의 밸브를 포함하고 있다. 가스 소스군(282)의 1 이상의 가스 소스는 각각, 유량 제어기군(284)의 대응하는 유량 제어기 및 밸브군(286)의 대응하는 밸브를 통하여 관(224b)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(200)에서는, 가스 소스군(282)으로부터의 산소 함유 가스가 챔버(212c)에 공급된다. 또, 압력 조정기(256a) 및 배기 장치(256b)에 의하여 챔버(212c)가 감압된다. 또한, 유전체창(218)으로부터 챔버(212c)에 도입된 마이크로파에 의하여 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의하여 산소 함유 가스가 여기된다. 이로써, 산소 함유 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 플라즈마로부터의 산소의 활성종에 의하여, 피가공물(W)이 처리된다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(200)는, 산소의 활성종에 의하여 피가공물(W)의 처리를 행할 수 있다.
이하, 제조 시스템(100)의 복수의 제3 처리 모듈(110c~110g)로서 이용하는 것이 가능한 스퍼터링 장치에 대하여 설명한다. 도 9는, 제3 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 스퍼터링 장치를 예시하는 도이다. 도 10은, 스테이지측에서 본 스퍼터링 장치의 셔터를 나타내는 평면도이다.
도 9에 나타내는 스퍼터링 장치(300)는, 챔버 본체(312)를 구비하고 있다. 챔버 본체(312)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있으며, 접지 전위에 접속되어 있다. 챔버 본체(312)는, 그 내부 공간을 챔버(312c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(312)의 바닥부에는, 챔버(312c)를 감압하기 위한 배기 장치(314)가 접속되어 있다. 배기 장치(314)는, 예를 들면 크라이오(cryo) 펌프 및 드라이 펌프를 포함할 수 있다. 또, 챔버 본체(312)의 측벽에는, 피가공물(W)의 반송용의 개구가 형성되어 있다. 이 개구의 개폐를 위하여, 게이트 밸브(GV)가, 챔버 본체(312)의 측벽을 따라 마련되어 있다.
챔버 본체(312) 내에는, 스테이지(316)가 마련되어 있다. 스테이지(316)는, 베이스부(316a) 및 정전 척(316b)을 포함할 수 있다. 베이스부(316a)는, 예를 들면 알루미늄으로 구성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다.
베이스부(316a) 상에는, 정전 척(316b)이 마련되어 있다. 정전 척(316b)은, 유전체막 내에 내장된 전극을 갖는다. 정전 척(316b)의 전극에는, 직류 전원(SDC)이 접속되어 있다. 정전 척(316b) 상에 재치된 피가공물(W)은, 정전 척(316b)이 발생시키는 쿨롱력에 의하여, 당해 정전 척(316b)에 끌어당겨져 지지된다.
스테이지(316)는, 스테이지 구동 기구(318)에 접속되어 있다. 스테이지 구동 기구(318)는, 지축(支軸)(318a) 및 구동 장치(318b)를 포함하고 있다. 지축(318a)은, 대략 기둥 형상의 부재이다. 지축(318a)의 중심 축선은, 연직 방향을 따라 뻗는 축선(AX1)과 대략 일치하고 있다. 이 축선(AX1)은, 스테이지(316)의 중심을 연직 방향으로 통과하는 축선이다. 지축(318a)은, 스테이지(316)의 바로 밑으로부터 챔버 본체(312)의 바닥부를 통과하여 챔버 본체(312)의 외부까지 뻗어 있다. 이 지축(318a)과 챔버 본체(312)의 바닥부의 사이에는, 밀봉 부재(SL1)가 마련되어 있다. 밀봉 부재(SL1)는, 지축(318a)이 회전 및 상하 이동 가능하도록, 챔버 본체(312)의 바닥부와 지축(318a)의 사이의 공간을 밀봉한다. 이와 같은 밀봉 부재(SL1)는, 예를 들면 자성 유체 시일일 수 있다.
지축(318a)의 상단에는, 스테이지(316)가 결합되어 있으며, 당해 지축(318a)의 하단에는 구동 장치(318b)가 접속되어 있다. 구동 장치(318b)는, 지축(318a)을 회전 및 상하 이동시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이 동력에 의하여 지축(318a)이 회전함에 따라 스테이지(316)는 축선(AX1) 중심으로 회전하고, 지축(318a)이 상하 이동함에 따라 스테이지(316)는 상하 이동한다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 스테이지(316)의 상방에는, 4개의 타깃(캐소드 타깃)(320)이 마련되어 있다. 이들 타깃(320)은, 축선(AX1)을 중심으로 하는 원호를 따라 배열되어 있다.
타깃(320)은, 금속제의 홀더(322a)에 의하여 지지되어 있다. 홀더(322a)는, 절연 부재(322b)를 통하여 챔버 본체(312)의 천장부에 지지되어 있다. 타깃(320)에는, 홀더(322a)를 통하여 전원(324)이 접속되어 있다. 전원(324)은, 부(負)의 직류 전압을 타깃(320)에 인가한다. 또한, 전원(324)은, 복수의 타깃(320)에 선택적으로 전압을 인가하는 단일의 전원이어도 된다. 혹은, 전원(324)은, 복수의 타깃(320)에 각각 접속된 복수의 전원이어도 된다. 또, 전원(324)은, 고주파 전원이어도 된다.
스퍼터링 장치(300)에서는, 마그넷(캐소드 마그넷)(326)이, 홀더(322a)를 통하여 대응하는 타깃(320)과 대향하도록, 챔버 본체(312)의 외부에 마련되어 있다.
또, 스퍼터링 장치(300)는, 챔버(312c)에 가스를 공급하는 가스 공급부(330)를 구비하고 있다. 가스 공급부(330)는, 가스 소스(330a), 매스 플로 컨트롤러와 같은 유량 제어기(330b), 및 가스 도입부(330c)를 포함하고 있다. 가스 소스(330a)는, 챔버(312c)에 있어서 여기되는 가스의 소스이며, 희가스(예를 들면 Ar 가스)의 소스이다. 가스 소스(330a)는, 유량 제어기(330b)를 통하여 가스 도입부(330c)에 접속되어 있다. 가스 도입부(330c)는, 가스 소스(330a)로부터의 가스를 챔버(312c)에 도입하는 가스 라인이다.
이 가스 공급부(330)로부터 챔버(312c)에 가스가 공급되어, 전원(324)에 의하여 타깃(320)에 전압이 인가되면, 챔버(312c)에 공급된 가스가 여기된다. 또, 마그넷(326)에 의하여 대응하는 타깃(320)의 근방에 자계가 발생한다. 이로써, 타깃(320)의 근방에 플라즈마가 집중된다. 그리고, 타깃(320)에 플라즈마 중의 정이온이 충돌함으로써, 타깃(320)으로부터 당해 타깃(320)의 구성 물질이 방출된다. 이로써, 피가공물(W) 상에 막이 형성된다.
또, 타깃(320)과 스테이지(316)의 사이에는, 셔터(SH1) 및 셔터(SH2)가 마련되어 있다. 셔터(SH1)는, 타깃(320)의 표면에 대치하도록 뻗어 있다. 셔터(SH1)는, 예를 들면 축선(AX1)을 중심 축선으로 하는 원뿔면을 따르는 형상을 갖고 있다. 셔터(SH2)는, 셔터(SH1)와 스테이지(316)의 사이에 개재하고 있다. 셔터(SH2)는, 예를 들면 축선(AX1)을 중심 축선으로 하는 원뿔면을 따르는 형상을 갖고, 셔터(SH1)를 따라, 또한 셔터(SH1)로부터 이간하여 마련되어 있다.
셔터(SH1)에는, 개구(AP1)가 형성되어 있다. 셔터(SH1)의 중앙 부분에는, 회전축(RS1)이 결합하고 있다. 또, 셔터(SH2)에는, 개구(AP2)가 형성되어 있다. 셔터(SH2)의 중앙 부분에는, 회전축(RS2)이 결합하고 있다. 회전축(RS1)의 중심 축선 및 회전축(RS2)의 중심 축선은 축선(AX1)과 대략 일치하고 있다. 즉, 회전축(RS1) 및 회전축(RS2)은 동축에 마련되어 있다. 회전축(RS1) 및 회전축(RS2)은, 챔버 본체(312)의 외부까지 뻗어, 구동 장치(RD)에 접속되어 있다. 구동 장치(RD)는, 회전축(RS1) 및 회전축(RS2)을 축선(AX1) 중심으로 서로 독립적으로 회전시키도록 구성되어 있다. 회전축(RS1)의 회전에 따라 셔터(SH1)는 축선(AX1) 중심으로 회전하고, 회전축(RS2)의 회전에 따라 셔터(SH2)는 축선(AX1) 중심으로 회전한다. 셔터(SH1) 및 셔터(SH2)의 회전에 의하여, 개구(AP1), 개구(AP2), 및 타깃(320)의 상대적인 위치가 변화한다. 이로써, 타깃(320)은, 셔터(SH1)의 개구(AP1) 및 셔터(SH2)의 개구(AP2)를 통하여 스테이지(316)에 대하여 노출되거나(도 10의 (a)를 참조), 혹은 셔터(SH1) 및 셔터(SH2)에 의하여 스테이지(316)에 대하여 차폐된다(도 10의 (b)를 참조).
도 10의 (a)에 나타내는 상태에서는, 피가공물(W) 상에 막을 형성할 수 있다. 한편, 도 10의 (b)에 나타내는 상태에서는, 타깃(320)으로부터 방출되는 물질은 셔터(SH1) 및 셔터(SH2)에 의하여 차폐되어, 피가공물(W) 상에 퇴적되지 않는다.
이하, 제조 시스템(100)의 제4 처리 모듈(110h)로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 11은, 제4 처리 모듈로서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 예시하는 도이다. 도 11에 나타내는 플라즈마 처리 장치(400)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(400)는, 챔버 본체(412)를 구비하고 있다. 챔버 본체(412)는, 그 내부 공간을 챔버(412c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(412)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 이 챔버 본체(412)의 내벽면에는, 양극 산화 처리가 실시되어 있어도 된다. 이 챔버 본체(412)는 접지되어 있다.
챔버 본체(412)의 바닥부 상에는, 대략 원통 형상을 갖는 지지부(414)가 마련되어 있다. 지지부(414)는, 예를 들면 절연 재료로 구성되어 있다. 지지부(414)는, 챔버(412c)에 있어서, 챔버 본체(412)의 바닥부로부터 상방으로 뻗어 있다. 또, 챔버(412c) 내에는, 스테이지(PD)가 마련되어 있다. 스테이지(PD)는, 지지부(414)에 의하여 지지되어 있다.
스테이지(PD)는, 그 상면에 있어서 피가공물(W)을 지지한다. 스테이지(PD)는, 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 갖고 있다. 하부 전극(LE)은, 제1 플레이트(418a) 및 제2 플레이트(418b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(418a) 및 제2 플레이트(418b)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 금속으로 구성되어 있으며, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제2 플레이트(418b)는, 제1 플레이트(418a) 상에 마련되어 있으며, 제1 플레이트(418a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 플레이트(418b) 상에는, 정전 척(ESC)이 마련되어 있다. 정전 척(ESC)은, 유전체막 내에 전극을 내장하고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는, 직류 전원(422)이 스위치(423)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(ESC)은, 직류 전원(422)으로부터의 직류 전압에 의하여 발생한 쿨롱력에 의하여 피가공물(W)을 당해 정전 척(ESC)에 끌어당겨, 피가공물(W)을 지지한다.
제2 플레이트(418b)의 주연부(周緣部) 상에는, 피가공물(W)의 에지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은, 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은, 에칭 대상의 막의 재료에 따라 적절히 선택되는 재료로 구성되어 있으며, 예를 들면 석영으로 구성될 수 있다.
제2 플레이트(418b)의 내부에는, 유로(424)가 마련되어 있다. 유로(424)에는, 챔버 본체(412)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 관(426a)을 통하여 냉매가 공급된다. 유로(424)에 공급된 냉매는, 관(426b)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이와 같이, 유로(424)와 칠러 유닛의 사이에서는 냉매가 순환된다. 이 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(ESC)에 의하여 지지되는 피가공물(W)의 온도가 제어된다.
또, 플라즈마 처리 장치(400)에는, 가스 공급 라인(428)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(428)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(ESC)의 상면과 피가공물(W)의 이면의 사이에 공급한다.
또, 플라즈마 처리 장치(400)는, 상부 전극(430)을 구비하고 있다. 상부 전극(430)은, 스테이지(PD)의 상방에 있어서, 당해 스테이지(PD)와 대면하도록 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(430)은, 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(430)은, 절연 차폐 부재(432)를 통하여, 챔버 본체(412)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(430)은, 천장판(434) 및 지지체(436)를 포함할 수 있다. 천장판(434)은 챔버(412c)에 면(面)하고 있다. 이 천장판(434)에는 복수의 가스 분출 구멍(434a)이 마련되어 있다. 천장판(434)은, 예를 들면 실리콘, SiC로 형성될 수 있다. 혹은, 천장판(434)은, 알루미늄제의 모재의 표면에 세라믹스의 피막을 마련한 구조를 가질 수 있다.
지지체(436)는, 천장판(434)을 탈착 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 구성될 수 있다. 지지체(436)의 내부에는, 가스 확산실(436a)이 마련되어 있다. 이 가스 확산실(436a)로부터는, 가스 분출 구멍(434a)에 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(436b)이 하방으로 뻗어 있다. 또, 지지체(436)에는, 가스 확산실(436a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(436c)가 형성되어 있으며, 이 가스 도입구(436c)에는, 가스 공급관(438)이 접속되어 있다.
가스 공급관(438)에는, 밸브군(442) 및 유량 제어기군(444)을 통하여, 가스 소스군(440)이 접속되어 있다. 가스 소스군(440)은, 수소 함유 가스의 1 이상의 가스 소스를 포함하고 있다. 가스 소스군(440)은, 수소 함유 가스의 소스에 더하여, 희가스의 소스를 포함하고 있어도 된다.
밸브군(442)은 복수의 밸브를 포함하고 있으며, 유량 제어기군(444)은 매스 플로 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(440)의 1 이상의 가스 소스는 각각, 밸브군(442)의 대응 밸브 및 유량 제어기군(444)의 대응 유량 제어기를 통하여, 가스 공급관(438)에 접속되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(400)에서는, 챔버 본체(412)의 내벽을 따라 실드(446)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 실드(446)는, 지지부(414)의 외주에도 마련되어 있다. 실드(446)는, 챔버 본체(412)에 에칭 부생물이 부착되는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
챔버 본체(412)의 바닥부측, 또한 지지부(414)와 챔버 본체(412)의 측벽의 사이에는, 배플판(448)이 마련되어 있다. 배플판(448)에는, 판두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플판(448)은, 예를 들면 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플판(448)의 하방, 또한 챔버 본체(412)에는, 배기구(412e)가 마련되어 있다. 배기구(412e)에는, 배기관(452)을 통하여 배기 장치(450)가 접속되어 있다. 배기 장치(450)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(412c)의 압력을 원하는 진공도로 감압할 수 있다. 또, 챔버 본체(412)의 측벽에는 피가공물(W)의 반입출구(412g)가 마련되어 있으며, 이 반입출구(412g)는 게이트 밸브(454)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(400)는, 제1 고주파 전원(462) 및 제2 고주파 전원(464)을 더 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(462)은, 플라즈마 생성을 위한 제1 고주파를 발생시키는 전원이며, 예를 들면 27~100MHz의 주파수의 제1 고주파를 발생시킨다. 제1 고주파 전원(462)은, 정합기(466)를 통하여 상부 전극(430)에 접속되어 있다. 정합기(466)은, 제1 고주파 전원(462)의 출력 임피던스와 부하측의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다. 또한, 제1 고주파 전원(462)은, 정합기(466)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어도 된다.
제2 고주파 전원(464)은, 피가공물(W)에 활성종을 인입하기 위한, 즉 바이어스용의 제2 고주파를 발생시키는 전원이며, 예를 들면 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수의 제2 고주파를 발생시킨다. 제2 고주파 전원(464)은, 정합기(468)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(468)는, 제2 고주파 전원(464)의 출력 임피던스와 부하측의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
플라즈마 처리 장치(400)에서는, 가스 소스군(440)으로부터의 수소 함유 가스가 챔버(412c) 내에 공급된다. 또, 챔버(412c)의 압력이 감압된다. 또, 제1 고주파 전원(462)으로부터의 고주파에 의하여 발생하는 전계에 의하여 챔버(412c) 내에 있어서 수소 함유 가스가 여기된다. 이로써 플라즈마가 생성된다. 또한, 제2 고주파 전원(464)으로부터의 고주파에 의하여 발생하는 바이어스에 의하여, 플라즈마 중의 이온이 피가공물(W)에 대하여 인입된다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(400)에서는, 피가공물(W)의 스퍼터 에칭을 실행하는 것이 가능하다.
이하, 제조 방법(MT)의 평가를 위하여 행한 실험에 대하여 설명한다. 실험에서는, 상술한 제조 시스템(100)을 이용하여 기판(SB) 상에 하지막(IS)을 형성하고, 이어서 하지막(IS)에 대한 플라즈마 애싱을 행하며, 이어서 하지막(IS) 상에 다층막(ML) 및 마스크(MK)를 형성하고, 이어서 다층막(ML)의 플라즈마 에칭을 행했다. 또한, 플라즈마 애싱(공정 ST2) 및 플라즈마 에칭(공정 ST4) 각각의 조건을 이하에 나타낸다. 또한, 공정 ST4에서는, Ru로 형성되는 제15 층(L15)의 플라즈마 에칭, Ta로 형성되는 제14 층(L14)의 플라즈마 에칭 및 제13 층(L13)부터 제1 층(L1)까지의 다층 플라즈마 에칭을 순차적으로 행했다. 제13 층(L13)부터 제1 층(L1)까지의 다층 플라즈마 에칭에서는, 5초간의 제1 가스를 이용한 플라즈마 에칭과 5초간의 제2 가스를 이용한 플라즈마 에칭을 교대로 반복하여 행했다. 제1 가스를 이용한 플라즈마 에칭의 반복 횟수 및 제2 가스를 이용한 플라즈마 에칭의 반복 횟수는 각각 25회였다.
＜공정 ST2의 조건＞
·챔버(212c)의 압력: 150mTorr(20Pa)
·O2 가스 유량: 280sccm
·Ar 가스 유량: 360sccm
·마이크로파 출력: 3500W
·스테이지 온도: 300℃
·처리 시간: 300초
＜공정 ST4의 조건＞
1. Ru로 형성되는 제15 층(L15)의 플라즈마 에칭
·챔버(412c)의 압력: 10~30mTorr(1.333~4Pa)
·H2 가스 유량: 100sccm
·N2 가스: 50sccm
·Ne 가스: 50sccm~250sccm
·처리 시간: 100초
·제1 고주파의 전력: 200W
·제2 고주파의 전력: 0W~800W
2. Ta로 형성되는 제14 층(L14)의 플라즈마 에칭
·챔버(412c)의 압력: 10~30mTorr(1.333~4Pa)
·Kr 가스 유량: 200sccm
·처리 시간: 25초
·제1 고주파의 전력: 200W
·제2 고주파의 전력: 0W~800W
3. 제13 층(L13)부터 제1 층(L1)까지의 다층 플라즈마 에칭
·챔버(412c)의 압력: 10mTorr(1.333Pa)
·제1 가스
CH4 가스 유량: 30sccm
Kr 가스: 170sccm
·제2 가스
H2 가스 유량: 100sccm
N2 가스: 50sccm
Ne 가스: 50sccm~250sccm
·제1 고주파의 전력: 200W
·제2 고주파의 전력: 800W
또, 비교를 위하여 비교 실험을 행했다. 비교 실험은, 공정 ST2를 생략한 점을 제외하고 상술한 실험과 동일한 처리를 행했다.
그리고, 실험에 의하여 제작한 샘플 및 비교 실험에 의하여 제작한 샘플을 광학 현미경으로 관찰했다. 그 결과, 공정 ST2를 포함하는 처리를 행한 실험에서는, 다층막(ML)의 박리 및 아킹(arching)은 관찰되지 않았다. 한편, 비교 실험에서는 다층막(ML)의 박리 및 아킹이 관찰되었다. 따라서, 제조 방법(MT)의 유용성이 확인되었다.
이상, 실시형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 양태를 구성 가능하다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 자기 저항 소자는, MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 구조를 갖는 소자이며, 자기 저항 메모리에 이용되는 소자이다. 그러나, 제조 방법(MT)에 의하여 제조되는 자기 저항 소자는, MTJ 구조를 갖는 자기 저항 소자에 한정되는 것은 아니며, 스핀 밸브 구조를 갖는 자기 저항 소자여도 된다. 또, 제조 방법(MT)에 의하여 제조되는 자기 저항 소자는, 자기 저항 메모리에 이용되는 소자에 한정되는 것은 아니며, 자기 헤드에 이용되는 소자여도 된다.
또, 제2 처리 모듈(110b)에는, 마이크로파를 이용하여 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치 대신에, 용량 결합형, 유도 결합형과 같은 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치가 이용되어도 된다. 또, 제4 처리 모듈(110h)에는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 대신에, 마이크로파와 같은 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치와 같은 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치가 이용되어도 된다.
또한, 제조 시스템(100)에서는, 제4 처리 모듈(110h)이 반송 모듈(108)에 접속되어 있지만, 제4 처리 모듈(110h)은, 반송 모듈(108)로부터 분리되어 있어도 된다.

Claims (6)

  1. 자기 저항 소자의 제조 방법으로서,
    기판 상에, 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 하지막을 형성하는 공정과,
    산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 하지막에 대하여 플라즈마 애싱(ashing)을 실행하는 공정과,
    애싱된 상기 하지막 상에 금속층 및 자성층을 포함하는 다층막을 형성하는 공정과,
    수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 다층막에 대하여 플라즈마 에칭을 실행하는 공정을 포함하는 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하지막은, 실리콘 및 탄소를 함유하는 가스를 이용한 화학 기상 성장법에 의하여 형성되는, 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실리콘 및 탄소를 함유하는 가스는, 테트라에톡시실레인 또는 메틸실레인을 포함하는, 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는, H2, H2O, 탄화 수소, 알코올, 케톤, 알데하이드, 및 카복실산 중 적어도 하나를 포함하는, 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은, 루테늄 또는 백금을 포함하는, 제조 방법.
  6. 자기 저항 소자의 제조 시스템으로서,
    감압 가능한 반송 챔버, 및 상기 반송 챔버 내에 마련된, 기판을 반송하기 위한 반송 장치를 갖는 반송 모듈과,
    상기 기판 상에 실리콘, 산소, 및 탄소를 포함하는 하지막을 형성하기 위한 제1 처리 모듈과,
    산소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 하지막에 대한 플라즈마 애싱(ashing)을 행하기 위한 제2 처리 모듈과,
    금속층 및 자성층을 포함하는 다층막을 형성하기 위한 복수의 제3 처리 모듈과,
    수소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 다층막에 대하여 플라즈마 에칭을 실행하기 위한 제4 처리 모듈과,
    상기 제1 처리 모듈, 상기 제2 처리 모듈, 상기 복수의 제3 처리 모듈, 및 상기 제4 처리 모듈을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제1 처리 모듈, 상기 제2 처리 모듈, 상기 복수의 제3 처리 모듈, 및 상기 제4 처리 모듈은, 상기 반송 모듈에 접속되어 있으며,
    상기 제어부는, 상기 기판 상에 상기 하지막을 형성하고, 상기 하지막에 대하여 상기 플라즈마 애싱을 행하며, 애싱된 상기 하지막 상에 상기 다층막을 형성하고, 상기 다층막의 플라즈마 에칭을 실행하도록 상기 반송 장치, 상기 제1 처리 모듈, 상기 제2 처리 모듈, 상기 복수의 제3 처리 모듈, 및 상기 제4 처리 모듈을 제어하며, 애싱된 상기 하지막을 갖는 피가공물을, 상기 플라즈마 애싱 후에 상기 반송 챔버를 포함하는 감압된 공간만을 통하여, 상기 복수의 제3 처리 모듈 중 상기 다층막 중의 최하층을 형성하기 위한 처리 모듈에 반송하도록 상기 반송 장치를 제어하는, 제조 시스템.
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