JP2011058072A - Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板を処理する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for processing a substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.
磁気抵抗素子メモリ(MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory))等の半導体装置の製造工程の一工程として、例えばCoFeB膜等の磁性薄膜を基板上に形成する基板処理工程が実施されてきた。係る工程を実施する従来の基板処理装置は、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に磁性薄膜を成膜する成膜機構と、前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように対向して配置される磁気部と、前記処理室内のガス雰囲気を排気するガス排気部と、を備えて構成されている。 As a process of manufacturing a semiconductor device such as a magnetoresistive element memory (MRAM), a substrate processing process for forming a magnetic thin film such as a CoFeB film on the substrate has been performed. A conventional substrate processing apparatus for performing such a process includes a processing chamber for processing a substrate, a substrate support for supporting the substrate in the processing chamber, and a magnetic thin film on the processing surface of the substrate supported by the substrate support. A film forming mechanism, a magnetic part disposed so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support, and a gas in the processing chamber And a gas exhaust part for exhausting the atmosphere.
磁性薄膜を前記基板の前記処理面に成膜する際には、磁性薄膜を構成する粒子を前記成膜機構から前記基板の前記処理面に向けて照射する。この際、前記磁気部により前記基板の前記処理面近傍に均一な磁場を形成する。前記成膜機構から前記基板の前記処理面に向けて照射される粒子は、前記処理面近傍に形成された均一な磁場による作用を受ける。その結果、前記磁性薄膜の磁区(磁力を持った結晶集合体)の磁極方向を揃えることができ、磁性薄膜の磁気異方性を揃えることができる(例えば特許文献1,2)。 When forming the magnetic thin film on the processing surface of the substrate, the particles constituting the magnetic thin film are irradiated from the film forming mechanism toward the processing surface of the substrate. At this time, a uniform magnetic field is formed in the vicinity of the processing surface of the substrate by the magnetic unit. Particles irradiated from the film forming mechanism toward the processing surface of the substrate are affected by a uniform magnetic field formed in the vicinity of the processing surface. As a result, the magnetic pole direction of the magnetic domain (crystal aggregate having magnetic force) of the magnetic thin film can be made uniform, and the magnetic anisotropy of the magnetic thin film can be made uniform (for example, Patent Documents 1 and 2).
上述の基板処理工程では、例えば磁気抵抗素子メモリの仕様変更や特性向上のため、前記基板上に成膜する磁性薄膜の種類を変える場合がある。その場合、成膜する磁性薄膜の種類に応じて、処理面近傍に形成する磁場の強度を変更する場合がある。 In the substrate processing step described above, for example, the type of magnetic thin film formed on the substrate may be changed in order to change the specifications or improve the characteristics of the magnetoresistive element memory. In that case, the strength of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface may be changed according to the type of magnetic thin film to be formed.
しかしながら、上述の基板処理装置では、処理面近傍に形成する磁場の強度を変更すると、前記磁場の均一性が低下してしまう場合があった。その結果、前記基板上に成膜する磁性薄膜の磁気異方性を揃えることが困難となってしまう場合があった。 However, in the above-described substrate processing apparatus, if the strength of the magnetic field formed near the processing surface is changed, the uniformity of the magnetic field may be reduced. As a result, it may be difficult to align the magnetic anisotropy of the magnetic thin film formed on the substrate.
本発明は、処理面近傍に形成する磁場の強度を変更しても処理面近傍に均一な磁場を形成することが可能であり、基板上に成膜する磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention can form a uniform magnetic field in the vicinity of the processing surface even if the intensity of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface is changed, and the magnetic anisotropy of the magnetic thin film formed on the substrate is improved. It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method that can be aligned.
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に磁性薄膜を成膜する成膜機構と、前記基板支持部に支持された前記基板の前記処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部と、前記処理室内のガス雰囲気を排気するガス排気部と、を備え、前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されている基板処理装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a substrate support for supporting the substrate in the processing chamber, and a magnetic thin film formed on the processing surface of the substrate supported by the substrate support A film forming mechanism, a pair of magnetic units disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support unit, A gas exhaust part for exhausting a gas atmosphere, wherein the magnetic part is formed by arranging a plurality of magnetic bodies, and an arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching the center part of the substrate sandwiches an outer edge part of the substrate There is provided a substrate processing apparatus which is set to be larger than the arrangement interval of the magnetic bodies.
本発明の他の態様によれば、処理室内に搬入した基板を基板支持部により支持する工程と、前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部であって、前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されるように前記磁気体がそれぞれ複数配置され、前記磁気体間であって少なくとも前記基板の前記処理面近傍に磁場を形成した状態で、ガス排気部から前記処理室内のガス雰囲気を排気しつつ、成膜機構により前記基板の前記処理面に磁性薄膜を成膜する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, the substrate loaded into the processing chamber is supported by the substrate support portion, and the processing surface is sandwiched from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support portion. A pair of magnetic parts arranged opposite to each other, wherein the magnetic part is formed by arranging a plurality of magnetic bodies, and the arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching the central part of the substrate is A plurality of the magnetic bodies are arranged so as to be set larger than the arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching the outer edge portion, and in a state where a magnetic field is formed at least near the processing surface of the substrate between the magnetic bodies, There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including a step of forming a magnetic thin film on the processing surface of the substrate by a film forming mechanism while exhausting a gas atmosphere in the processing chamber from a gas exhaust unit.
本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、処理面近傍に形成する磁場の強度を変更しても処理面近傍に均一な磁場を形成することが可能であり、基板上に成膜する磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることが可能となる。 According to the substrate processing apparatus and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a uniform magnetic field can be formed in the vicinity of the processing surface even if the intensity of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface is changed. It is possible to satisfactorily align the magnetic anisotropy of the magnetic thin film to be formed.
<本発明の第1の実施形態>
(1)基板処理装置の構成
まず、本発明の第1の実施形態にかかる基板処理装置の概要構成例を、図1、図2を用いて説明する。本発明が適用される基板処理装置では、基板としてのウエハ1を搬送するキャリヤとして、FOUP(Front Opening Unified Pod。以下、ポッドという。)が使用される。また、以下の説明において、前後左右は図1を基準とする。すなわち、図1が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
<First Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, a schematic configuration example of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In a substrate processing apparatus to which the present invention is applied, a FOUP (Front Opening Unified Pod, hereinafter referred to as a pod) is used as a carrier for transporting a wafer 1 as a substrate. In the following description, front, rear, left and right are based on FIG. That is, with respect to the paper surface shown in FIG. 1, the front is below the paper surface, the back is above the paper surface, and the left and right are the left and right of the paper surface.
(第1の搬送室)
図1及び図2に示されているように、基板処理装置は、第1の搬送室12を備えている。第1の搬送室12は、真空状態などの大気圧未満の圧力(負圧)に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。第1の搬送室12の筐体11は、平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第1の搬送室12内には、負圧下でウエハ1を移載する第1の基板移載機13が設置されている。第1の基板移載機13は、エレベータ14によって、第1の搬送室12内の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
(First transfer chamber)
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus includes a first transfer chamber 12. The first transfer chamber 12 has a load lock chamber structure that can withstand a pressure (negative pressure) less than atmospheric pressure such as a vacuum state. The casing 11 of the first transfer chamber 12 is formed in a box shape in which the plan view is hexagonal and the upper and lower ends are closed. A first substrate transfer machine 13 for transferring the wafer 1 under a negative pressure is installed in the first transfer chamber 12. The first substrate transfer machine 13 is configured to be lifted and lowered by the elevator 14 while maintaining the airtightness in the first transfer chamber 12.
(予備室)
筐体11の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室15と搬出用の予備室16とが、それぞれゲートバルブ17,18を介して連結されている。予備室15及び予備室16は、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室15には、搬入用の基板置き台19が設置されている。また、予備室16には、搬出用の基板置き台20が設置されている。
(Spare room)
The two side walls located on the front side of the six side walls of the housing 11 are connected to the carry-in spare chamber 15 and the carry-out spare chamber 16 via gate valves 17 and 18, respectively. . The spare chamber 15 and the spare chamber 16 are each configured to have a load lock chamber structure that can withstand negative pressure. Further, a loading substrate table 19 is installed in the preliminary chamber 15. In addition, the spare chamber 16 is provided with a substrate table 20 for carrying out.
(第2の搬送室)
予備室15及び予備室16の前側には、略大気圧下で用いられる第2の搬送室22が、ゲートバルブ23、24を介して連結されている。第2の搬送室22には、ウエハ1を移載する第2の基板移載機25が設置されている。第2の基板移載機25は、第2の搬送室22に設置されたエレベータ26によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ27によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
(Second transfer chamber)
A second transfer chamber 22 used at substantially atmospheric pressure is connected to the front sides of the reserve chamber 15 and the reserve chamber 16 via gate valves 23 and 24. A second substrate transfer machine 25 for transferring the wafer 1 is installed in the second transfer chamber 22. The second substrate transfer machine 25 is configured to be moved up and down by an elevator 26 installed in the second transfer chamber 22 and is configured to be reciprocated in the left-right direction by a linear actuator 27. Yes.
第2の搬送室22の左側には、ノッチ又はオリフラ合わせ装置28が設置されている(図1参照)。また、第2の搬送室22の上部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット29が設置されている(図2参照)。 A notch or orientation flat aligning device 28 is installed on the left side of the second transfer chamber 22 (see FIG. 1). A clean unit 29 for supplying clean air is installed above the second transfer chamber 22 (see FIG. 2).
第2の搬送室22の筐体21の前側には、ウエハ1を第2の搬送室22に対して搬入搬出するウエハ搬入搬出口30と、ポッドオープナ31とが設置されている。ウエハ搬入搬出口30を挟んでポッドオープナ31と反対側、すなわち筐体21の外側にはIOステージ32が設置されている。ポッドオープナ31は、ポッド2のキャップ2aを開閉すると共に、ウエハ搬入搬出口30を閉塞可能なクロージャ31aと、クロージャ31aを駆動する駆動機構31bとを備えている。ポッドオープナ31は、IOステージ32に載置されたポッド2のキャップ2aを開閉することにより、ポッド2に対するウエハ1の出し入れを可能にする。また、ポッド2は図示しない工程内搬送装置(RGV)によって、IOステージ32に対して、搬入(供給)及び搬出(排出)されるようになっている。 On the front side of the housing 21 of the second transfer chamber 22, a wafer loading / unloading port 30 for loading / unloading the wafer 1 into / from the second transfer chamber 22 and a pod opener 31 are installed. An IO stage 32 is installed on the opposite side of the pod opener 31 across the wafer loading / unloading port 30, that is, on the outside of the housing 21. The pod opener 31 includes a closure 31a capable of opening and closing the cap 2a of the pod 2 and closing the wafer loading / unloading port 30, and a drive mechanism 31b for driving the closure 31a. The pod opener 31 opens and closes the cap 2 a of the pod 2 placed on the IO stage 32, thereby enabling the wafer 1 to be taken in and out of the pod 2. The pod 2 is carried in (supplied) and carried out (discharged) with respect to the IO stage 32 by an in-process transfer device (RGV) (not shown).
(処理炉及びクーリングユニット)
図1に示されているように、筐体11の六枚の側壁のうち後ろ側(背面側)に位置する二枚の側壁には、ウエハ1に所望の処理を行う第1の処理炉33と第2の処理炉34とが、ゲートバルブ35、36を介してそれぞれ隣接して連結されている。第1の処理炉33及び第2の処理炉34は、いずれもホットウォール式の処理炉として構成されている。なお、本実施形態では、第1の処理炉33及び第2の処理炉34は、後述するようにスパッタリング成膜装置として構成されている。
(Processing furnace and cooling unit)
As shown in FIG. 1, a first processing furnace 33 for performing a desired process on the wafer 1 is provided on two side walls located on the rear side (back side) of the six side walls of the housing 11. And the second processing furnace 34 are connected to each other through gate valves 35 and 36, respectively. Each of the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 is configured as a hot wall type processing furnace. In the present embodiment, the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 are configured as a sputtering film forming apparatus as will be described later.
また、筐体11における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、冷却室としての第1のクーリングユニット37と、第2のクーリングユニット38とがそれぞれ連結されている。第1のクーリングユニット37及び第2のクーリングユニット38は、いずれも処理済みのウエハ1を冷却するように構成されている。 A first cooling unit 37 as a cooling chamber and a second cooling unit 38 are connected to the remaining two opposite side walls of the six side walls of the housing 11. . Both the first cooling unit 37 and the second cooling unit 38 are configured to cool the processed wafer 1.
なお、基板処理装置には、第1の搬送室12、第2の搬送室22、予備室15,16、第1の処理炉33、第2の処理炉34、第1のクーリングユニット37、第2のクーリングユニット38の全ての動作を制御する制御部としてのコントローラ240が設けられている。 The substrate processing apparatus includes a first transfer chamber 12, a second transfer chamber 22, spare chambers 15 and 16, a first processing furnace 33, a second processing furnace 34, a first cooling unit 37, A controller 240 is provided as a control unit that controls all the operations of the second cooling unit 38.
(2)処理炉の構成
続いて、スパッタリング成膜装置として構成された第1の処理炉33及び第2の処理炉34の構成について、図3、図4及び図5を用いて説明する。なお、第1の処理炉33及び第2の処理炉34の構成はほぼ同一であるため、以下の説明では、第1の処理炉33を例に挙げて説明することとする。
(2) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 configured as a sputtering film forming apparatus will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. Since the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 have substantially the same configuration, the following description will be given by taking the first processing furnace 33 as an example.
図3は、本実施形態に係る第1の処理炉33を筐体11側から見た断面図である。図4は、本実施形態に係る第1の処理炉33を図3のA方向(下側)からみた断面図である。図5は、本実施形態に係る第1の処理炉33を図3のB方向(側方)からみた断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the first processing furnace 33 according to the present embodiment as viewed from the housing 11 side. 4 is a cross-sectional view of the first processing furnace 33 according to the present embodiment as viewed from the direction A (lower side) of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the first processing furnace 33 according to the present embodiment as viewed from the direction B (side) of FIG.
図3、図4及び図5に示すように、第1の処理炉33は、ウエハ1を処理する処理室してのスパッタリング成膜室42と、スパッタリング成膜室42内でウエハ1を支持する基板支持部50と、基板支持部50に支持されたウエハ1の処理面に磁性薄膜を成膜する後述の成膜機構と、基板支持部50に支持されたウエハ1の処理面に対して処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される後述する一対の磁気部と、スパッタリング成膜室42内のガス雰囲気を排気する後述のガス排気部と、を主に備えて構成されている。 As shown in FIGS. 3, 4, and 5, the first processing furnace 33 supports the wafer 1 in the sputtering film forming chamber 42 as a processing chamber for processing the wafer 1 and the sputtering film forming chamber 42. A substrate support unit 50, a film forming mechanism for forming a magnetic thin film on the processing surface of the wafer 1 supported by the substrate support unit 50, and a processing surface of the wafer 1 supported by the substrate support unit 50 are processed. A pair of magnetic parts, which will be described later, are arranged so as to face each other so that the surface is sandwiched from the side, and a gas exhaust part, which will be described later, that exhausts the gas atmosphere in the sputtering film forming chamber 42. Yes.
(スパッタリング成膜室)
処理室としてのスパッタリング成膜室42は、真空容器41内に形成されている。真空容器41は、直方体の筐体形状に構成されている。真空容器41は、筐体11における背面壁に隣接して連結されている。真空容器41の筐体11に隣接した側壁(以下、正面壁とする。)には、スパッタリング成膜室42内にウエハ1を搬入搬出する搬入搬出口43が開設されている。搬入搬出口43は、ゲートバルブ35(図1及び図2参照)によって開閉されるように構成されている。スパッタリング成膜室42内外へのウエハ1の搬送は、上述したように図1に示した第1の基板移載機13によって行われる。そして、ゲートバルブ35を開放することより、第1の搬送室12とスパッタリング成膜室42との間で、ウエハ1を搬送可能となっている。また、ゲートバルブ35を閉めることにより、スパッタリング成膜室42内を気密に保ち、スパッタリング成膜室42内を真空排気することが可能となっている。
(Sputtering deposition chamber)
A sputtering film forming chamber 42 as a processing chamber is formed in the vacuum container 41. The vacuum vessel 41 is configured in a rectangular parallelepiped housing shape. The vacuum vessel 41 is connected adjacent to the back wall of the housing 11. A loading / unloading port 43 for loading / unloading the wafer 1 into / from the sputtering film forming chamber 42 is provided on a side wall (hereinafter referred to as a front wall) adjacent to the housing 11 of the vacuum container 41. The carry-in / out port 43 is configured to be opened and closed by a gate valve 35 (see FIGS. 1 and 2). The wafer 1 is transferred into and out of the sputtering film forming chamber 42 by the first substrate transfer machine 13 shown in FIG. 1 as described above. The wafer 1 can be transferred between the first transfer chamber 12 and the sputtering film forming chamber 42 by opening the gate valve 35. Further, by closing the gate valve 35, the inside of the sputtering film forming chamber 42 can be kept airtight, and the inside of the sputtering film forming chamber 42 can be evacuated.
真空容器41の側壁上部(図3の左側上部)には、回転機構44が設置されている。
回転機構44は、サーボモータ等によって構成されている。回転機構44の回転軸45は、スパッタリング成膜室42内に左右方向に延在するように水平に挿入されて回転自在に支持されている。回転軸45の端部にはターゲット保持機構46が配置されている。図6(a)は、本実施形態に係るターゲット保持機構46の平面図(図3の下側から見た図)であり、図6(b)はターゲット保持機構46の断面図である。図6に示すように、ターゲット保持機構46は例えば八角錐台状に形成されている。八角錐台状に形成されたターゲット保持機構46の各側面(8枚の側面)には、スパッタリングターゲットとしての第1ターゲット47A〜第8ターゲット47Hがそれぞれ保持されるように構成されている。回転機構44によりターゲット保持機構46を回転させることにより、後述するスパッタ用イオン供給部80から供給されるイオンガス(スパッタリングガス)を、第1ターゲット47A〜第8ターゲット47Hのうちいずれか選択された1つのターゲットに照射させることが可能なように構成されている。なお、ターゲット保持機構46は、八角錐台状に形成される場合に限らず、他の多角錐台状に構成されていてもよく、また表裏にそれぞれターゲットを保持する板部材として構成されていてもよい。
A rotation mechanism 44 is installed on the upper portion of the side wall of the vacuum vessel 41 (the upper left portion in FIG. 3).
The rotation mechanism 44 is configured by a servo motor or the like. The rotating shaft 45 of the rotating mechanism 44 is inserted horizontally into the sputtering film forming chamber 42 so as to extend in the left-right direction and is rotatably supported. A target holding mechanism 46 is disposed at the end of the rotating shaft 45. 6A is a plan view of the target holding mechanism 46 according to this embodiment (viewed from the lower side of FIG. 3), and FIG. 6B is a cross-sectional view of the target holding mechanism 46. FIG. As shown in FIG. 6, the target holding mechanism 46 is formed in, for example, an octagonal frustum shape. Each side surface (eight side surfaces) of the target holding mechanism 46 formed in an octagonal frustum shape is configured to hold the first target 47A to the eighth target 47H as sputtering targets, respectively. By rotating the target holding mechanism 46 by the rotation mechanism 44, an ion gas (sputtering gas) supplied from a sputtering ion supply unit 80 to be described later is selected from the first target 47A to the eighth target 47H. It is configured to be able to irradiate one target. The target holding mechanism 46 is not limited to being formed in an octagonal frustum shape, and may be configured in other polygonal frustum shapes, and is configured as a plate member that holds the target on the front and back sides. Also good.
第1ターゲット47A〜第8ターゲット47Hの材料は、互いに異なる金属や酸化マグネシウム(MgO)等の絶縁材等とすることができ、ウエハ1上に成膜する薄膜の種類に応じて適宜変更される。例えば、基板としてのウエハ1上にCoFeB(コバルト、鉄、ボロン)からなる磁性薄膜を成膜する場合には、ターゲットの材料としてCoFeB合金を用いることができる。また、ウエハ1上にPtFeP(プラチナ、鉄、りん)からなる磁性薄膜を成膜する場合には、ターゲットの材料としてPtFeP合金を用いることができる。また、磁性薄膜の種類によっては、ターゲットの材料として、上述の三元系の合金にさらにCuやNi等を混合した四元又は五元系合金を用いても良い。また、スパッタリングターゲットの材料として、Fe、Cu及びNi等の単体を用いてもよい。また、スパッタリングターゲットを、例えばCoやPt等からなる部材上にFeP合金チップ、FeCu合金チップ、FeNi合金チップ、FeCuP合金チップ、FeNiP合金チップ等の合金チップのうち少なくとも1種のチップを所定の組成割合となるようにして載せた複合ターゲットとして構成してもよい。 The materials of the first target 47A to the eighth target 47H can be different metals, insulating materials such as magnesium oxide (MgO), and the like, and are appropriately changed according to the type of thin film formed on the wafer 1. . For example, when a magnetic thin film made of CoFeB (cobalt, iron, boron) is formed on a wafer 1 as a substrate, a CoFeB alloy can be used as a target material. When a magnetic thin film made of PtFeP (platinum, iron, phosphorus) is formed on the wafer 1, a PtFeP alloy can be used as a target material. Depending on the type of the magnetic thin film, a quaternary or quaternary alloy obtained by further mixing Cu, Ni or the like with the above ternary alloy may be used as a target material. Moreover, you may use single-piece | units, such as Fe, Cu, and Ni, as a material of a sputtering target. In addition, a sputtering target is formed on a member made of, for example, Co or Pt, and at least one chip of an alloy chip such as an FeP alloy chip, an FeCu alloy chip, an FeNi alloy chip, an FeCuP alloy chip, and an FeNiP alloy chip has a predetermined composition. You may comprise as a composite target mounted so that it may become a ratio.
(基板支持部)
スパッタリング成膜室42の下部には、基板支持部50が設けられている。基板支持部50の上面(保持面)には、磁性薄膜が成膜される基板として、Siからなるウエハ1が水平姿勢で載置されるように構成されている。なお、磁性薄膜が成膜される基板としては、Siウエハ基板の他に例えば、石英ガラス基板、結晶化ガラス基板、酸化マグネシウム(MgO)基板等を用いてもよい。基板支持部50上に載置されたウエハ1の上面(磁性薄膜が成膜される処理面)は、ターゲット保持機構46の第1ターゲット47A〜第8ターゲット47Hのうち、いずれか選択された1つのターゲットに対向するように配置されている。
(Substrate support part)
A substrate support 50 is provided below the sputtering film forming chamber 42. On the upper surface (holding surface) of the substrate support 50, a wafer 1 made of Si is placed in a horizontal position as a substrate on which a magnetic thin film is formed. In addition to the Si wafer substrate, for example, a quartz glass substrate, a crystallized glass substrate, a magnesium oxide (MgO) substrate, or the like may be used as the substrate on which the magnetic thin film is formed. The upper surface of the wafer 1 placed on the substrate support unit 50 (the processing surface on which the magnetic thin film is formed) is one selected from the first target 47A to the eighth target 47H of the target holding mechanism 46. It is arranged to face one target.
基板支持部50は、回転機構51によって回転可能に構成されている。回転機構51は、チルト機構52によって、水平姿勢(ウエハ1の処理面がターゲット保持機構46側に向く姿勢)とされるか、或いは垂直姿勢(ウエハ1の処理面が後述するミリング用イオン供給部60側に向く姿勢)とされるように構成されている。なお、図3〜図5は、回転機構51が水平姿勢となっている様子を示している。回転機構51及びチルト機構52は、例えばサーボモータ等によって構成されている。なお、本実施形態では、基板支持部50に一対の磁気部を設けて、ウエハ1の処理面近傍に均一な磁場を形成するようにしている。磁気部の詳細構成は、後述する。 The substrate support unit 50 is configured to be rotatable by a rotation mechanism 51. The rotation mechanism 51 is placed in a horizontal posture (a posture in which the processing surface of the wafer 1 faces the target holding mechanism 46) by the tilt mechanism 52, or a vertical posture (a milling ion supply unit in which the processing surface of the wafer 1 is described later). 60). 3 to 5 show a state where the rotation mechanism 51 is in a horizontal posture. The rotation mechanism 51 and the tilt mechanism 52 are configured by, for example, a servo motor. In the present embodiment, a pair of magnetic units are provided on the substrate support unit 50 so as to form a uniform magnetic field near the processing surface of the wafer 1. The detailed configuration of the magnetic unit will be described later.
(ミリング用イオン供給部)
真空容器41の側壁下部(図3の右側下部)には、ミリング用イオン供給部60が設置
されている。ミリング用イオン供給部60は、対向したウエハ1にイオンを照射することによってウエハ1の表面の自然酸化膜又は汚染物質を除去(イオンミリング)するように構成されている。
(Ion supply for milling)
A milling ion supply unit 60 is installed in the lower portion of the side wall of the vacuum vessel 41 (lower right portion in FIG. 3). The milling ion supply unit 60 is configured to remove a natural oxide film or contaminants on the surface of the wafer 1 (ion milling) by irradiating the opposite wafer 1 with ions.
図3〜図5に示すように、ミリング用イオン供給部60は、イオン源室62を備えている。イオン源室62は、筐体61内に形成されている。筐体61は、一端(真空容器41との接続側とは反対側)が閉塞した円筒形状に形成されている。真空容器41の側壁下部(筐体61との接続部)には、イオン照射口63が開設されている。イオン照射口63には、ミリング用イオン供給部60の筐体61の開口が整合されている。筐体61の閉塞壁には、ミリング用イオン源としてのArガスをイオン源室62内に導入(供給)するガス導入管64が接続されている。ミリング用イオン供給部60の筐体61外周には、磁石65が設置されている。磁石65は、筐体61内にプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を生成するように構成されている。 As shown in FIGS. 3 to 5, the milling ion supply unit 60 includes an ion source chamber 62. The ion source chamber 62 is formed in the housing 61. The casing 61 is formed in a cylindrical shape with one end (the side opposite to the side connected to the vacuum vessel 41) closed. An ion irradiation port 63 is provided in the lower portion of the side wall of the vacuum vessel 41 (connection portion with the housing 61). The opening of the casing 61 of the milling ion supply unit 60 is aligned with the ion irradiation port 63. A gas introduction pipe 64 for introducing (supplying) Ar gas as an ion source for milling into the ion source chamber 62 is connected to the closed wall of the casing 61. A magnet 65 is installed on the outer periphery of the casing 61 of the ion supply unit 60 for milling. The magnet 65 is configured to generate a cusp magnetic field that confines plasma in the housing 61.
筐体61内の閉塞壁(イオン照射口63の反対側の端部)には、フィラメント66が設置されている。フィラメント66には、フィラメント66に電力を供給するフィラメント電源(直流電源)67が接続されている。フィラメント電源67の陰極は、イオン源室62内にプラズマを形成するアーク電源(直流電源)68の陰極に接続されている。筐体61のイオン照射口63側の端部には、接地電極70と、減速電極72と、加速電極75とが、イオン照射口63側から順に設置されている。接地電極70はアースに接続されている。減速電極72は減速電源(直流電源)71の陰極に接続されている。減速電源71の陽極はアースに接続されている。加速電極75は、抵抗73を介して加速電源(直流電源)74の陽極に接続されている。また、筐体61及びアーク電源68の陽極も加速電源74の陽極に接続されている。加速電源74の陰極はアースに接続されている。 A filament 66 is installed on the blocking wall in the casing 61 (the end opposite to the ion irradiation port 63). A filament power supply (DC power supply) 67 that supplies power to the filament 66 is connected to the filament 66. The cathode of the filament power supply 67 is connected to the cathode of an arc power supply (DC power supply) 68 that forms plasma in the ion source chamber 62. A ground electrode 70, a deceleration electrode 72, and an acceleration electrode 75 are installed in this order from the ion irradiation port 63 side at the end of the housing 61 on the ion irradiation port 63 side. The ground electrode 70 is connected to the ground. The deceleration electrode 72 is connected to the cathode of a deceleration power source (DC power source) 71. The anode of the deceleration power supply 71 is connected to the ground. The acceleration electrode 75 is connected to the anode of an acceleration power source (DC power source) 74 through a resistor 73. The casing 61 and the anode of the arc power supply 68 are also connected to the anode of the acceleration power supply 74. The cathode of the acceleration power source 74 is connected to ground.
接地電極70、減速電極72及び加速電極75は、円形の平板形状に形成されている。なお、図7は、加速電極75を代表して示している。接地電極70、減速電極72及び加速電極75(以下各電極とも呼ぶ)には、それぞれ、円形の小孔として形成されたイオンビームを透過させる透過口76が多数個形成されている。各電極における透過口76群の開口率(開口面積/全体面積)は、全体的に均一になるように設定されている。例えば、口径の等しい透過口76が全面にわたって均一に分布されている。ミリング用イオン供給部60のイオン照射口63の手前には、イオン照射口63を開閉するシャッタ機構77が設置されている。なお、フィラメント電源67、アーク電源68、減速電源71、加速電源74及びシャッタ機構77は、コントローラ240によって制御されるようになっている。 The ground electrode 70, the deceleration electrode 72, and the acceleration electrode 75 are formed in a circular flat plate shape. FIG. 7 shows the acceleration electrode 75 as a representative. Each of the ground electrode 70, the deceleration electrode 72, and the acceleration electrode 75 (hereinafter also referred to as each electrode) is formed with a large number of transmission apertures 76 that transmit ion beams formed as circular small holes. The aperture ratio (opening area / overall area) of the transmission port 76 group in each electrode is set to be uniform as a whole. For example, the transmission ports 76 having the same diameter are uniformly distributed over the entire surface. A shutter mechanism 77 that opens and closes the ion irradiation port 63 is installed in front of the ion irradiation port 63 of the ion supply unit 60 for milling. The filament power supply 67, the arc power supply 68, the deceleration power supply 71, the acceleration power supply 74, and the shutter mechanism 77 are controlled by the controller 240.
(スパッタ用イオン供給部)
真空容器41の側壁上部(図3の左側上部)には、スパッタ用イオン供給部80が設置されている。スパッタ用イオン供給部80は、第1ターゲット47A〜第8ターゲット47Hのうち、いずれか選択された1つのターゲットにイオンガス(スパッタリングイオン)を照射することにより、選択されたターゲットから粒子を叩き出してウエハ1の処理面に供給し、ウエハ1の処理面に薄膜を成膜するように構成されている。
(Sputtering ion supply unit)
A sputtering ion supply unit 80 is installed on the upper side wall of the vacuum vessel 41 (upper left side in FIG. 3). The ion supply unit for sputtering 80 knocks out particles from the selected target by irradiating one selected target among the first target 47A to the eighth target 47H with ion gas (sputtering ions). Are supplied to the processing surface of the wafer 1 and a thin film is formed on the processing surface of the wafer 1.
図3〜図5に示すように、スパッタ用イオン供給部80は、イオン源室82を備えている。イオン源室82は、筐体81内に形成されている。筐体81は、一端(真空容器41との接続側とは反対側)が閉塞した円筒形状に形成されている。真空容器41の側壁上部(筐体81との接続部)には、イオン照射口83が開設されている。イオン照射口83には、スパッタ用イオン供給部80の筐体81の開口が整合されている。筐体81の閉塞壁には、スパッタ用イオン源としてのArガスをイオン源室82内に導入するガス導入管84が接続されている。スパッタ用イオン供給部80の筐体81外周には、磁石85が設置
されている。磁石85は、筐体81内にプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を生成するように構成されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the sputtering ion supply unit 80 includes an ion source chamber 82. The ion source chamber 82 is formed in the housing 81. The casing 81 is formed in a cylindrical shape whose one end (the side opposite to the side connected to the vacuum vessel 41) is closed. An ion irradiation port 83 is provided in the upper portion of the side wall of the vacuum vessel 41 (connection portion with the housing 81). The opening of the casing 81 of the ion supply unit 80 for sputtering is aligned with the ion irradiation port 83. A gas introduction tube 84 for introducing Ar gas as an ion source for sputtering into the ion source chamber 82 is connected to the closed wall of the casing 81. A magnet 85 is installed on the outer periphery of the casing 81 of the ion supply unit 80 for sputtering. The magnet 85 is configured to generate a cusp magnetic field that confines plasma in the housing 81.
筐体81内の閉塞壁(イオン照射口83と反対側の端部)には、フィラメント86が設置されている。フィラメント86には、フィラメント86に電力を供給するフィラメント電源(直流電源)87が接続されている。フィラメント電源87の陰極は、イオン源室82内にプラズマを形成するアーク電源(直流電源)88の陰極に接続されている。筐体81のイオン照射口83側の端部には、接地電極90と、減速電極92と、加速電極95とが、イオン照射口83側から順に設置されている。接地電極90はアースに接続されている。減速電極92は、減速電源(直流電源)91の陰極に接続されている。減速電源91の陽極はアースに接続されている。加速電極95は、抵抗93を介して加速電源(直流電源)94の陽極に接続されている。また、筐体81及びアーク電源88の陽極も加速電源94の陽極に接続されている。加速電源94の陰極はアースに接続されている。 A filament 86 is installed on the closed wall in the casing 81 (the end opposite to the ion irradiation port 83). A filament power source (DC power source) 87 that supplies power to the filament 86 is connected to the filament 86. The cathode of the filament power supply 87 is connected to the cathode of an arc power supply (DC power supply) 88 that forms plasma in the ion source chamber 82. A ground electrode 90, a deceleration electrode 92, and an acceleration electrode 95 are installed in this order from the ion irradiation port 83 side at the end of the housing 81 on the ion irradiation port 83 side. The ground electrode 90 is connected to the ground. The deceleration electrode 92 is connected to the cathode of a deceleration power source (DC power source) 91. The anode of the deceleration power supply 91 is connected to the ground. The acceleration electrode 95 is connected to the anode of an acceleration power source (DC power source) 94 through a resistor 93. The casing 81 and the anode of the arc power supply 88 are also connected to the anode of the acceleration power supply 94. The cathode of the acceleration power supply 94 is connected to the ground.
接地電極90、減速電極92及び加速電極95は、ミリング用イオン供給部60の場合と同様に、円形の平板形状に形成されている。なお、図7は、加速電極95を代表して示している。接地電極90、減速電極92及び加速電極95(以下各電極とも呼ぶ)には、それぞれ、円形の小孔として形成されたイオンビームを透過させる透過口96が多数個形成されている。各電極における透過口96群の開口率(開口面積/全体面積)は、全体的に均一になるように設定されている。例えば、口径の等しい透過口96が全面にわたって均一に分布されている。なお、フィラメント電源87、アーク電源88、減速電源91及び加速電源94は、コントローラ240によって制御されるようになっている。 The ground electrode 90, the deceleration electrode 92, and the acceleration electrode 95 are formed in a circular flat plate shape as in the case of the milling ion supply unit 60. FIG. 7 shows the acceleration electrode 95 as a representative. Each of the ground electrode 90, the deceleration electrode 92, and the acceleration electrode 95 (hereinafter also referred to as each electrode) is formed with a large number of transmission apertures 96 that transmit ion beams formed as circular small holes. The aperture ratio (opening area / overall area) of the transmission port 96 group in each electrode is set to be uniform as a whole. For example, the transmission ports 96 having the same diameter are uniformly distributed over the entire surface. The filament power supply 87, the arc power supply 88, the deceleration power supply 91, and the acceleration power supply 94 are controlled by the controller 240.
主に、スパッタ用イオン供給部80、ターゲット保持機構46により、本実施形態に係る成膜機構が構成されている。 The film forming mechanism according to this embodiment is mainly configured by the sputtering ion supply unit 80 and the target holding mechanism 46.
(ガス排気部)
真空容器41の側壁下部(図3の左側下部)には、排気口53が形成されている。排気口53には、配管54が接続されている。配管54には、排気ポンプ55が接続されている。排気口53は、イオン照射口63から供給されたイオンが直接照射しない位置に配置されている。すなわち、排気口53は、ミリング用イオン供給部60からのイオンが直接照射されないように、イオン照射口63と対向しない位置にずらされて配置されている。このように排気口53をスパッタ用イオン供給部80の下方に設置することにより、スパッタ用イオン供給部80の下方に形成されるデッドスペースを有効に活用することができるようにしている。また、排気口53をイオン照射口63とは対向しない位置に設置することにより、イオンの直接照射による配管54内壁や排気ポンプ55の劣化を抑制することができる。主に、排気口53、配管54及び排気ポンプ55により、本実施形態に係るガス排気部が構成されている。
(Gas exhaust part)
An exhaust port 53 is formed in the lower portion of the side wall of the vacuum vessel 41 (lower left portion in FIG. 3). A pipe 54 is connected to the exhaust port 53. An exhaust pump 55 is connected to the pipe 54. The exhaust port 53 is disposed at a position where the ions supplied from the ion irradiation port 63 are not directly irradiated. That is, the exhaust port 53 is shifted and disposed at a position not facing the ion irradiation port 63 so that the ions from the milling ion supply unit 60 are not directly irradiated. Thus, by setting the exhaust port 53 below the sputtering ion supply unit 80, the dead space formed below the sputtering ion supply unit 80 can be used effectively. Further, by installing the exhaust port 53 at a position that does not face the ion irradiation port 63, deterioration of the inner wall of the pipe 54 and the exhaust pump 55 due to direct ion irradiation can be suppressed. The gas exhaust part according to the present embodiment is mainly configured by the exhaust port 53, the pipe 54, and the exhaust pump 55.
(磁気部)
次に、本実施形態に係る磁気部の詳細構成について図10、図11及び図12を用いて説明する。図10は、本実施形態に係る磁気部100及びウエハ1の平面図である。図11は、本実施形態に係る磁気部100及びウエハ1の断面図である。図12は、本実施形態に係る磁気部100を構成している小片磁石101の配列の説明図である。図10、図11に示すように、基板支持部50は、回転機構51に連結される連結ベース8と、連結ベース8上に設けられウエハ1を保持する基板保持部4と、連結ベース8の外周を囲うように環状に設けられる磁気ヨーク3と、を備えている。基板保持部4は、位置決め機構としてウエハ1の周方向の位置決めを行う例えば真空チャックや静電チャック等のチャック機構として構成されている。磁気ヨーク3には磁気部100が取り付けられるように構成されている。磁気ヨーク3に取り付けられた磁気部100は、基板支持部50に支持され
たウエハ1の処理面に対して処理面を側方から挟むように互いに対向して配置されるように構成されている。磁気部100は、真空封止可能に構成された磁石ケース100aと、磁石ケース100aに設けられた複数の磁気体としての小片磁石101と、を備えている。
(Magnetic part)
Next, a detailed configuration of the magnetic unit according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10, 11, and 12. FIG. 10 is a plan view of the magnetic unit 100 and the wafer 1 according to this embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of the magnetic unit 100 and the wafer 1 according to the present embodiment. FIG. 12 is an explanatory diagram of the arrangement of the small magnets 101 constituting the magnetic unit 100 according to the present embodiment. As shown in FIGS. 10 and 11, the substrate support portion 50 includes a connection base 8 connected to the rotation mechanism 51, a substrate holding portion 4 provided on the connection base 8 and holding the wafer 1, and the connection base 8. And a magnetic yoke 3 provided in an annular shape so as to surround the outer periphery. The substrate holding unit 4 is configured as a chuck mechanism such as a vacuum chuck or an electrostatic chuck that positions the wafer 1 in the circumferential direction as a positioning mechanism. A magnetic unit 100 is configured to be attached to the magnetic yoke 3. The magnetic units 100 attached to the magnetic yoke 3 are configured to be opposed to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the wafer 1 supported by the substrate support unit 50. . The magnetic unit 100 includes a magnet case 100a configured to be vacuum-sealable, and small piece magnets 101 as a plurality of magnetic bodies provided in the magnet case 100a.
一対の磁石ケース100aは、互いに平行に配置されている。磁石ケース100aは、ウエハ1の外縁部から所定の距離を空けて配置されている。磁石ケース100aは、ウエハ1の接線に対して平行方向に設置されるようになっている。磁石ケース100aは、長手状に形成されている。磁気ケース100aは、ウエハ1の直径よりも長手方向に長く延在している。磁石ケース100aは、真空封止可能な箱体により構成されている。磁気ケース100aは、複数の小片磁石101を収納可能に構成されており、開閉自在な蓋体(図示しない)を閉じることにより気密に封止可能となっている。 The pair of magnet cases 100a are arranged in parallel to each other. The magnet case 100 a is arranged at a predetermined distance from the outer edge of the wafer 1. The magnet case 100 a is installed in a direction parallel to the tangent line of the wafer 1. The magnet case 100a is formed in a longitudinal shape. The magnetic case 100 a extends longer in the longitudinal direction than the diameter of the wafer 1. The magnet case 100a is configured by a vacuum sealable box. The magnetic case 100a is configured to accommodate a plurality of small magnets 101, and can be hermetically sealed by closing an openable / closable lid (not shown).
複数の小片磁石101は、磁石ケース100aの長手方向に沿って配置されている。すなわち、複数の小片磁石101は、ウエハ1の接線に対して平行方向に配置されている。複数の小片磁石101は、同一形状、同一サイズに形成されている。隣接する小片磁石101同士の間には、非磁気体としてのスペーサ102が設けられている。スペーサ102と小片磁石101とは、交互に配列されるようになっている。ウエハ1の中心部を挟む小片磁石101の配列間隔は、ウエハ1の外縁部を挟む小片磁石101の配列間隔よりも大きく設定されている。すなわち、小片磁石101は、ウエハ1の中心部側からウエハ1の外縁部側に向って隣接する間隔が小さくなるように配置されている。そして、ウエハ1の中心部を挟むスペーサ102の配列間隔は、ウエハ1の外縁部を挟むスペーサ102の配列間隔よりも小さくなるように設定されている。
複数の小片磁石101は、ウエハ1の直径よりも長手方向に長く配列されている。ウエハ1の直径範囲内に配置される小片磁石101の単位長さ当たりの配置数は、ウエハ1の直径範囲外に配置される小片磁石101の単位長さ当たりの配置数よりも少なくなるようになっている。
例えば、小片磁石101の間隔を、ウエハ1の外縁部からウエハ1の中心部に向かって順にL1,L2,L3,L4,L5,L6とした場合、L1<L2<L3<L4<L5<L6を満たすように各小片磁石101がそれぞれ配置される(図12参照)。
The plurality of small magnets 101 are arranged along the longitudinal direction of the magnet case 100a. That is, the plurality of small piece magnets 101 are arranged in a direction parallel to the tangent to the wafer 1. The plurality of small piece magnets 101 are formed in the same shape and the same size. A spacer 102 as a non-magnetic material is provided between the adjacent small magnets 101. The spacers 102 and the small magnets 101 are arranged alternately. The arrangement interval of the small magnets 101 that sandwich the center portion of the wafer 1 is set larger than the arrangement interval of the small magnets 101 that sandwich the outer edge portion of the wafer 1. In other words, the small piece magnets 101 are arranged so that the interval between adjacent ones from the center side of the wafer 1 toward the outer edge side of the wafer 1 becomes small. The arrangement interval of the spacers 102 that sandwich the center portion of the wafer 1 is set to be smaller than the arrangement interval of the spacers 102 that sandwich the outer edge portion of the wafer 1.
The plurality of small magnets 101 are arranged longer in the longitudinal direction than the diameter of the wafer 1. The number of small magnets 101 arranged within the diameter range of the wafer 1 per unit length is smaller than the number of small magnets 101 arranged outside the diameter range of the wafer 1 per unit length. It has become.
For example, when the interval between the small magnets 101 is L1, L2, L3, L4, L5, and L6 in order from the outer edge of the wafer 1 toward the center of the wafer 1, L1 <L2 <L3 <L4 <L5 <L6. Each small magnet 101 is arranged so as to satisfy (see FIG. 12).
これにより、ウエハ1の直径範囲外に配置される小片磁石101の形成する磁場の磁束密度は、ウエハ1の直径範囲内に配置される小片磁石101の形成する磁場の磁束密度よりも少なくなるようになっている。また、小片磁石101は、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場の磁力線の傾斜角度(水平方向の傾斜角度)が3%以内に収まるように配置されている。従って、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線が、ウエハ1の中心部付近から外縁部に至るまで互いに平行となり、これによりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になる。また、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線が、ウエハ1の処理面に対して平行となり、これによりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になる。これにより、ウエハ1に成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃え、磁性薄膜を用いる磁気抵抗素子メモリ等のデバイス性能を向上させることができる。 Thereby, the magnetic flux density of the magnetic field formed by the small magnets 101 arranged outside the diameter range of the wafer 1 is made smaller than the magnetic flux density of the magnetic field formed by the small magnets 101 arranged within the diameter range of the wafer 1. It has become. The small magnet 101 is arranged so that the inclination angle (horizontal inclination angle) of the magnetic field lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 is within 3%. Therefore, the magnetic field lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 are parallel to each other from the vicinity of the center portion of the wafer 1 to the outer edge portion, thereby making the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 uniform. . Further, the magnetic field lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 are parallel to the processing surface of the wafer 1, so that the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 becomes uniform. Thereby, the magnetic anisotropy of the magnetic thin film formed on the wafer 1 can be satisfactorily aligned, and the device performance of a magnetoresistive element memory using the magnetic thin film can be improved.
なお、スペーサ102を用いることで、磁気部100の組み立て性が向上し、小片磁石101のそれぞれの配置の微調整が容易となる。また、小片磁石101の個数は、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場の強度により変更可能である。
スペーサ102の形状、磁石形状、磁石特性の組合せを変更することで、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場領域の変更も可能となる。小片磁石101に用いられる磁石としては、例えば、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石等の希土類系磁石、フェライト磁石、鉄・クロム・コバルト磁石、プラチナ磁石、アルニコ(Al、Ni、Co)磁石などである。なお、磁石は、永久磁石に限らず、例えば、コイルを用いた電磁石でもよい。
また、磁気ヨーク3は、例えば、保磁力が小さく透磁率が大きい鉄(Fe)、ケイ素鋼等の軟磁性材料により構成されている。また、スペーサ102は、例えば非磁性のSUS、石英(SiO2)、アルミナ(Al2O3)等により構成されている。なお、スペーサ102の代わりに隔壁を磁石ケース100aに設けてもよい。
In addition, by using the spacer 102, the assemblability of the magnetic unit 100 is improved, and fine adjustment of the arrangement of the small magnets 101 is facilitated. Further, the number of small magnets 101 can be changed according to the strength of the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1.
By changing the combination of the spacer 102 shape, magnet shape, and magnet characteristics, the magnetic field region formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 can be changed. Examples of the magnet used for the small piece magnet 101 include rare earth magnets such as neodymium magnets and samarium cobalt magnets, ferrite magnets, iron / chromium / cobalt magnets, platinum magnets, and alnico (Al, Ni, Co) magnets. The magnet is not limited to a permanent magnet, and may be an electromagnet using a coil, for example.
The magnetic yoke 3 is made of a soft magnetic material such as iron (Fe) or silicon steel having a small coercive force and a large magnetic permeability. The spacer 102 is made of, for example, nonmagnetic SUS, quartz (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), or the like. A partition wall may be provided in the magnet case 100a instead of the spacer 102.
上述のように小片磁石101及びスペーサ102が収納された磁石ケース100aは、磁気ヨーク3の左右それぞれに取り付けられる。そして、磁気ヨーク3は、連結ベース8により基板保持部4と回転機構51とに連結される。これにより、磁気部100は、基板支持部50にウエハ1を載置保持した際に、ウエハ1の処理面に対して処理面を側方から挟むように互いに対向して配置されるようになっている。そして、ウエハ1の処理面に磁性薄膜を成膜する際に、回転機構51により磁気部100をウエハ1と一体的に回転させることが可能となっている。これにより、ウエハ1の処理面近傍での均一な磁場の形成を保持しつつ、成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることが可能となり、磁性薄膜の面内膜厚均一性を向上することが可能となる。 As described above, the magnet case 100 a in which the small piece magnet 101 and the spacer 102 are housed is attached to each of the left and right sides of the magnetic yoke 3. The magnetic yoke 3 is connected to the substrate holder 4 and the rotation mechanism 51 by the connection base 8. As a result, when the wafer 1 is placed and held on the substrate support unit 50, the magnetic units 100 are arranged to face each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the wafer 1. ing. When the magnetic thin film is formed on the processing surface of the wafer 1, the magnetic unit 100 can be rotated integrally with the wafer 1 by the rotation mechanism 51. Accordingly, it is possible to satisfactorily align the magnetic anisotropy of the magnetic thin film to be formed while maintaining the formation of a uniform magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1, and the in-plane film thickness uniformity of the magnetic thin film Can be improved.
(3)基板処理装置の動作
まず、基板処理装置におけるウエハ1の処理の一連の流れを、図1及び図2に即して説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ240により全体的に制御される。
(3) Operation of Substrate Processing Apparatus First, a series of processes for processing the wafer 1 in the substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is entirely controlled by the controller 240.
未処理のウエハ1を例えば25枚収納したポッド2を工程内搬送装置(図示しない)によって基板処理装置へ搬送する。図1及び図2に示すように、ポッド2は、工程内搬送装置から受け渡されてIOステージ32上に載置される。ポッド2のキャップ2aをポッドオープナ31によって取り外し、ポッド2のウエハ出し入れ口を開放する。 A pod 2 containing, for example, 25 unprocessed wafers 1 is transferred to a substrate processing apparatus by an in-process transfer apparatus (not shown). As shown in FIGS. 1 and 2, the pod 2 is delivered from the in-process transfer device and placed on the IO stage 32. The cap 2a of the pod 2 is removed by the pod opener 31, and the wafer loading / unloading port of the pod 2 is opened.
ポッドオープナ31によりポッド2を開放すると、第2の基板移載機25がポッド2内からウエハ1をピックアップして予備室15内に搬入し、ウエハ置き台19上にウエハ1を移載する。この移載作業中には、予備室15の第1の搬送室12側のゲートバルブ17を閉じており、第1の搬送室12内の負圧を維持している。ポッド2に収納された所定枚数、例えば25枚のウエハ1のウエハ置き台19上への移載を完了すると、ゲートバルブ23を閉じ、予備室15内を排気装置(図示せず)によって負圧に排気する。 When the pod 2 is opened by the pod opener 31, the second substrate transfer machine 25 picks up the wafer 1 from the pod 2 and loads it into the preliminary chamber 15, and transfers the wafer 1 onto the wafer table 19. During the transfer operation, the gate valve 17 on the first transfer chamber 12 side of the preliminary chamber 15 is closed, and the negative pressure in the first transfer chamber 12 is maintained. When the transfer of a predetermined number of, for example, 25 wafers 1 stored in the pod 2 onto the wafer table 19 is completed, the gate valve 23 is closed and the inside of the preliminary chamber 15 is negatively pressured by an exhaust device (not shown). Exhaust.
予備室15内が予め設定した圧力値になると、ゲートバルブ17を開き、予備室15と第1の搬送室12とを連通させる。続いて、第1の搬送室12の第1の基板移載機13が、ウエハ置き台19上からウエハ1をピックアップして第1の搬送室12内に搬入する。ゲートバルブ17を閉じた後、ゲートバルブ35を開き、第1の搬送室12と第1の処理炉33とを連通させる。
続いて、第1の基板移載機13が第1の搬送室12内から第1の処理炉33内にウエハ1を搬入し、第1の処理炉33内の支持具上に移載する。ゲートバルブ35を閉じた後、後述するように、磁性薄膜形成工程を含む基板処理工程を第1の処理炉33において実施する。
When the pressure in the preliminary chamber 15 reaches a preset pressure value, the gate valve 17 is opened to connect the preliminary chamber 15 and the first transfer chamber 12. Subsequently, the first substrate transfer device 13 in the first transfer chamber 12 picks up the wafer 1 from the wafer table 19 and loads it into the first transfer chamber 12. After closing the gate valve 17, the gate valve 35 is opened to allow the first transfer chamber 12 and the first processing furnace 33 to communicate with each other.
Subsequently, the first substrate transfer machine 13 carries the wafer 1 from the first transfer chamber 12 into the first processing furnace 33 and transfers it onto the support in the first processing furnace 33. After the gate valve 35 is closed, a substrate processing step including a magnetic thin film forming step is performed in the first processing furnace 33 as will be described later.
第1の処理炉33において基板処理工程が完了すると、ゲートバルブ35を開き、第1の基板移載機13によって、第1の処理炉33内から第1の搬送室12内に処理済みのウエハ1を搬出する。第1の処理炉33内からウエハ1を搬出した後、ゲートバルブ35を閉じる。 When the substrate processing step is completed in the first processing furnace 33, the gate valve 35 is opened, and the first substrate transfer machine 13 has processed the wafer into the first transfer chamber 12 from the first processing furnace 33. Unload 1 After unloading the wafer 1 from the first processing furnace 33, the gate valve 35 is closed.
第1の基板移載機13によって第1の処理炉33内から搬出したウエハ1を、第1のクーリングユニット37内へ搬入し、処理済みのウエハ1を冷却する。 The wafer 1 unloaded from the first processing furnace 33 by the first substrate transfer machine 13 is loaded into the first cooling unit 37, and the processed wafer 1 is cooled.
処理済みのウエハ1を冷却している間、予備室15内のウエハ置き台19上に予め準備していたウエハ1を、第1の基板移載機13によって第1の処理炉33内に搬入する。第1の処理炉33のゲートバルブ35を閉じた後、後述するように、磁性薄膜形成工程を含む基板処理工程を第1の処理炉33において実施する。 While the processed wafer 1 is cooled, the wafer 1 prepared in advance on the wafer table 19 in the preliminary chamber 15 is carried into the first processing furnace 33 by the first substrate transfer device 13. To do. After the gate valve 35 of the first processing furnace 33 is closed, a substrate processing process including a magnetic thin film forming process is performed in the first processing furnace 33 as described later.
第1のクーリングユニット37において予め設定した冷却時間が経過したら、第1の基板移載機13によって、第1のクーリングユニット37内から第1の搬送室12内に冷却済みのウエハ1を搬出する。 When a preset cooling time has elapsed in the first cooling unit 37, the cooled wafer 1 is unloaded from the first cooling unit 37 into the first transfer chamber 12 by the first substrate transfer device 13. .
第1のクーリングユニット37内から第1の搬送室12内に冷却済みのウエハ1を搬出した後、ゲートバルブ18を開く。そして、第1のクーリングユニット37から搬出したウエハ1を予備室16内へ搬送し、ウエハ置き台20上に移載した後、ゲートバルブ18によって予備室16を閉じる。 After the cooled wafer 1 is carried out from the first cooling unit 37 into the first transfer chamber 12, the gate valve 18 is opened. Then, the wafer 1 unloaded from the first cooling unit 37 is transferred into the preliminary chamber 16 and transferred onto the wafer table 20, and then the preliminary chamber 16 is closed by the gate valve 18.
以上の作動を繰り返すことにより、予備室15内に搬入した所定枚数、例えば、25枚のウエハ1を順次処理していく。 By repeating the above operation, a predetermined number of, for example, 25 wafers 1 loaded into the preliminary chamber 15 are sequentially processed.
予備室15内に搬入した全てのウエハ1に対する処理を終了し、全ての処理済みウエハ1を予備室16内に収納して、ゲートバルブ18によって予備室16を閉じる。そして、予備室16内に不活性ガスを供給して略大気圧にする。予備室16内を略大気圧にしたら、ゲートバルブ24を開き、IOステージ32に載置した空のポッド2のキャップ2aをポッドオープナ31によって開く。続いて、第2の搬送室22内の第2の基板移載機25が、ウエハ置き台20上からウエハ1をピックアップして第2の搬送室22内に搬出し、第2の搬送室22におけるウエハ搬入搬出口30を通してポッド2内に収納していく。 The processing for all the wafers 1 loaded into the spare chamber 15 is finished, all the processed wafers 1 are stored in the spare chamber 16, and the spare chamber 16 is closed by the gate valve 18. Then, an inert gas is supplied into the preliminary chamber 16 to make it approximately atmospheric pressure. When the inside of the preliminary chamber 16 is brought to substantially atmospheric pressure, the gate valve 24 is opened, and the cap 2 a of the empty pod 2 placed on the IO stage 32 is opened by the pod opener 31. Subsequently, the second substrate transfer machine 25 in the second transfer chamber 22 picks up the wafer 1 from the wafer table 20 and carries it out into the second transfer chamber 22. Are stored in the pod 2 through the wafer loading / unloading port 30.
25枚の処理済みウエハ1のポッド2内への収納を完了すると、ポッドオープナ31によってポッド2のキャップ2aを閉じる。そして、閉じたポッド2を、IOステージ32上から次の工程へと工程内搬送装置によって搬送する。 When the storage of the 25 processed wafers 1 into the pod 2 is completed, the cap 2a of the pod 2 is closed by the pod opener 31. Then, the closed pod 2 is transferred from the IO stage 32 to the next process by the in-process transfer apparatus.
以上の動作は、第1の処理炉33及び第1のクーリングユニット37を使用する場合を例にして説明したが、第2の処理炉34及び第2のクーリングユニット38を使用する場合についても同様の動作を実施する。なお、上述の連続処理装置では、一方の予備室15を搬入用、他方の予備室16を搬出用としたが、一方の予備室16を搬入用、他方の予備室15を搬出用としてもよい。第1の処理炉33と第2の処理炉34とは、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第1の処理炉33と第2の処理炉34とで別の処理を行う場合、例えば、第1の処理炉33でウエハ1に所定の基板処理を行った後に、続けて、第2の処理炉34で別の基板処理を行ってもよい。また、第1の処理炉33でウエハ1に所定の基板処理を行った後に、第2の処理炉34で別の基板処理を行わない場合においては、第1のクーリングユニット37又は第2のクーリングユニット38を経由するようにしてもよい。また、第1の処理炉33と第2の処理炉34とでの処理で熱処理しない等、必要に応じ、第1のクーリングユニット37又は第2のクーリングユニット38を経由しないようにしてもよい。 The above operation has been described by taking the case where the first processing furnace 33 and the first cooling unit 37 are used as an example, but the same applies to the case where the second processing furnace 34 and the second cooling unit 38 are used. Perform the operation. In the above-described continuous processing apparatus, one spare chamber 15 is used for carrying in and the other spare chamber 16 is used for carrying out. However, one spare chamber 16 may be used for carrying in, and the other spare chamber 15 may be used for carrying out. . The first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 may perform the same process, or may perform different processes. In the case where different processing is performed in the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34, for example, after the predetermined substrate processing is performed on the wafer 1 in the first processing furnace 33, the second processing is continued. Another substrate processing may be performed in the furnace 34. In the case where another substrate processing is not performed in the second processing furnace 34 after a predetermined substrate processing is performed on the wafer 1 in the first processing furnace 33, the first cooling unit 37 or the second cooling is performed. You may make it go through the unit 38. Further, it may be possible not to pass through the first cooling unit 37 or the second cooling unit 38 as necessary, for example, by performing no heat treatment in the processing in the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34.
(4)基板処理工程
次に、磁気抵抗素子メモリ等の半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程を、主に図3〜図5を参照しながら説明する。基板処理工程は、上記構成に係る基板処理装置により実施される。
(4) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step that is performed as one step of manufacturing a semiconductor device such as a magnetoresistive element memory will be described mainly with reference to FIGS. The substrate processing step is performed by the substrate processing apparatus according to the above configuration.
(ウエハを支持する工程)
まず、予め所定の圧力に減圧したスパッタリング成膜室42内に搬入搬出口43からウ
エハ1を搬入し、水平姿勢の基板支持部50の基板保持部4の上に受け渡す。このとき、基板支持部50の基板保持部4は、ウエハ1をチャックして位置決め保持する(図11参照)。
(Process for supporting wafer)
First, the wafer 1 is loaded from the loading / unloading port 43 into the sputtering film forming chamber 42 that has been previously depressurized to a predetermined pressure, and transferred onto the substrate holding unit 4 of the substrate support unit 50 in a horizontal posture. At this time, the substrate holding part 4 of the substrate support part 50 chucks and positions the wafer 1 (see FIG. 11).
続いて、搬入搬出口43をゲートバルブ35(図1及び図2参照)によって閉じた後、スパッタリング成膜室42内を排気ポンプ55によって真空引きし、スパッタリング成膜室42内の圧力を例えば0.1〜0.01Paに減圧する。 Subsequently, after the loading / unloading port 43 is closed by the gate valve 35 (see FIGS. 1 and 2), the inside of the sputtering film forming chamber 42 is evacuated by the exhaust pump 55, and the pressure in the sputtering film forming chamber 42 is reduced to, for example, 0. Reduce the pressure to 1 to 0.01 Pa.
(イオンミリング工程)
続いて、ミリング用イオン供給部60にてArガスをプラズマ化し、Arのイオンビーム78を発生させる。具体的には、ガス導入管64からミリング用イオン供給部60のイオン源室62内にArガスを所定の流量、例えば10sccmで供給する。そして、フィラメント電源67をONにし、フィラメント66から熱電子を放出させる。そして、アーク電源68をONにし、イオン源室62内で電子を移動させてAr原子に衝突させ、イオン源室62内に供給されたArガスをプラズマ化させる。そして、減速電源71及び加速電源74をONとし、加速電極75をプラス電位、減速電極72をマイナス電位とする。その結果、加速電極75、減速電極72及び接地電極70の電位差から生じる電界により、Arイオンを透過口76群からスパッタリング室内42に向けて引き出してイオンビーム78を発生させる。このとき、イオン照射口63をシャッタ機構77によって閉じておく。なお、減速電極72と接地電極70との間の電位差は、スパッタリング室42内にある電子がイオン源室62内に入り込むのを阻止する役目を果たす。
(Ion milling process)
Subsequently, Ar gas is converted into plasma by the milling ion supply unit 60 to generate an Ar ion beam 78. Specifically, Ar gas is supplied from the gas introduction pipe 64 into the ion source chamber 62 of the milling ion supply unit 60 at a predetermined flow rate, for example, 10 sccm. Then, the filament power supply 67 is turned on, and thermoelectrons are emitted from the filament 66. Then, the arc power source 68 is turned on, electrons are moved in the ion source chamber 62 to collide with Ar atoms, and the Ar gas supplied into the ion source chamber 62 is turned into plasma. Then, the deceleration power supply 71 and the acceleration power supply 74 are turned on, the acceleration electrode 75 is set to a positive potential, and the deceleration electrode 72 is set to a negative potential. As a result, an ion beam 78 is generated by extracting Ar ions from the group of transmission openings 76 toward the sputtering chamber 42 by an electric field generated by the potential difference between the acceleration electrode 75, the deceleration electrode 72 and the ground electrode 70. At this time, the ion irradiation port 63 is closed by the shutter mechanism 77. The potential difference between the deceleration electrode 72 and the ground electrode 70 serves to prevent electrons in the sputtering chamber 42 from entering the ion source chamber 62.
そして、図8に示すように、基板支持部50をチルト機構52によって垂直姿勢(ウエハ1の処理面がミリング用イオン供給部60側に向く姿勢)にする。続いて、基板支持部50を回転機構51によって回転させつつ、イオン照射口63をシャッタ機構77によって開く。そして、ミリング用イオン供給部60からイオンビーム78をウエハ1に照射し、ウエハ1をイオンミリング加工するイオンミリング工程を実施する。イオンミリング加工とは、イオンビームを対象物(ウエハ)に照射することにより、対象物を削る加工方法をいう。このイオンミリング加工により、ウエハ1の表面の酸化膜や汚染物質を除去する。所定時間(例えば60〜120秒)が経過したら、ミリング用イオン供給部60によるイオンビーム78の照射を停止し、イオンミリング工程を終了する。 Then, as shown in FIG. 8, the substrate support unit 50 is brought into a vertical posture (a posture in which the processing surface of the wafer 1 faces toward the milling ion supply unit 60) by the tilt mechanism 52. Subsequently, the ion irradiation port 63 is opened by the shutter mechanism 77 while the substrate support unit 50 is rotated by the rotation mechanism 51. Then, an ion milling process is performed in which the wafer 1 is irradiated with the ion beam 78 from the milling ion supply unit 60 and the wafer 1 is ion milled. Ion milling refers to a processing method for cutting an object by irradiating the object (wafer) with an ion beam. The oxide film and contaminants on the surface of the wafer 1 are removed by this ion milling process. When a predetermined time (for example, 60 to 120 seconds) elapses, irradiation of the ion beam 78 by the milling ion supply unit 60 is stopped, and the ion milling process is ended.
(磁性薄膜を成膜する工程)
続いて、回転機構51による基板支持部50の回転を継続させつつ、図9に示すように、基板支持部50をチルト機構52によって水平姿勢(ウエハ1の処理面がターゲット保持機構46側に向く姿勢)にする。
(Process to form a magnetic thin film)
Subsequently, as shown in FIG. 9, while the rotation of the substrate support unit 50 by the rotation mechanism 51 is continued, the substrate support unit 50 is horizontally positioned by the tilt mechanism 52 (the processing surface of the wafer 1 faces the target holding mechanism 46 side). Posture).
また、ターゲット保持機構46を回転機構44によって所定の角度だけ回転させ、第1ターゲット47A〜47Hのうち、予め選択した所望のターゲットをウエハ1の処理面に対向させる。本工程では、例えばCoFeB合金からなるターゲットをウエハ1の処理面に対向させる。 Further, the target holding mechanism 46 is rotated by a predetermined angle by the rotation mechanism 44, and a desired target selected in advance among the first targets 47 </ b> A to 47 </ b> H is made to face the processing surface of the wafer 1. In this step, for example, a target made of a CoFeB alloy is made to face the processing surface of the wafer 1.
ガス導入管84からスパッタ用イオン供給部80のイオン源室82内にArガスを所定の流量(例えば2〜20sccm)で供給する。そして、イオンミリング工程の場合と同様にスパッタ用イオン供給部80にてArガスをプラズマ化し、Arのイオンビーム97を発生させる。次いで、スパッタ用イオン供給部80からターゲットに、Arのイオンビーム97を照射する。すると、CoFeB合金を構成する分子等の粒子98が前記ターゲットから飛び出す。そして、飛び出した粒子98をウエハ1の処理面に照射して吸着(堆積)させ、ウエハ1の処理面にCoFeBの磁性薄膜を成膜する。 Ar gas is supplied from the gas introduction tube 84 into the ion source chamber 82 of the ion supply unit 80 for sputtering at a predetermined flow rate (for example, 2 to 20 sccm). Then, similarly to the case of the ion milling process, Ar gas is converted into plasma by the ion supply unit 80 for sputtering, and an Ar ion beam 97 is generated. Next, the target is irradiated with an Ar ion beam 97 from the sputtering ion supply unit 80. Then, particles 98 such as molecules constituting the CoFeB alloy jump out of the target. Then, the ejected particles 98 are irradiated onto the processing surface of the wafer 1 to be adsorbed (deposited), and a CoFeB magnetic thin film is formed on the processing surface of the wafer 1.
ここで、本実施形態では、磁気部100により、ウエハ1の全面にわたって均一な磁場をウエハ1の処理面近傍に形成させるようにしている。すなわち、磁気部100によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線がウエハ1の中心部付近から外縁部に至るまで互いに平行となり、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になるようにしている。また、磁気部100によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線がウエハ1の処理面に対して平行となり、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になるようにしている。このため、CoFeB合金を構成する分子等の粒子98は、磁気部100が形成している均一な磁場による作用を受け、磁極方向が揃いつつウエハ1の処理面に堆積する。 Here, in the present embodiment, the magnetic unit 100 forms a uniform magnetic field over the entire surface of the wafer 1 in the vicinity of the processing surface of the wafer 1. That is, the magnetic force lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 by the magnetic unit 100 are parallel to each other from the vicinity of the center of the wafer 1 to the outer edge, and the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 is uniform. It is trying to become. In addition, the magnetic field lines formed near the processing surface of the wafer 1 by the magnetic unit 100 are parallel to the processing surface of the wafer 1 so that the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 is uniform. . For this reason, the particles 98 such as molecules constituting the CoFeB alloy are subjected to the action of the uniform magnetic field formed by the magnetic unit 100 and are deposited on the processing surface of the wafer 1 with the magnetic pole directions aligned.
このとき、粒子98がウエハ1の処理面に向かって飛ぶ力(粒子98の流れる力)の方が、粒子98がウエハ1の処理面近傍に形成されている磁場から受ける力(ローレンツ力)より大きくなるようにする。このようにすることで、粒子98のウエハ1の処理面への到達が妨げられることはなく、ウエハ1の処理面への成膜量の磁場による影響を抑制できる。所定時間(例えば30〜180秒)が経過し、ウエハ1の処理面に所望の膜厚の磁性薄膜を形成したら、スパッタ用イオン供給部80によるイオンビーム97の供給を停止し、磁性薄膜形成工程を終了する。 At this time, the force at which the particles 98 fly toward the processing surface of the wafer 1 (the force through which the particles 98 flow) is greater than the force (Lorentz force) that the particles 98 receive from the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1. Make it bigger. By doing so, the particles 98 are not hindered from reaching the processing surface of the wafer 1, and the influence of the film formation amount on the processing surface of the wafer 1 due to the magnetic field can be suppressed. When a predetermined time (for example, 30 to 180 seconds) elapses and a magnetic thin film having a desired film thickness is formed on the processing surface of the wafer 1, the supply of the ion beam 97 by the sputtering ion supply unit 80 is stopped, and the magnetic thin film forming step Exit.
(絶縁薄膜を成膜する工程)
続いて、絶縁薄膜としてMgO薄膜を成膜する。ターゲット保持機構46を回転機構44によって所定の角度だけ回転させ、ターゲット材をMgO合金に切り換えてMgO合金をウエハ1の処理面に対向させる。
そして、上述の磁性薄膜形成工程と同様にスパッタ用イオン供給部80を作動させてウエハ1の処理面に成膜したCoFeB薄膜上にMgO薄膜を成膜する。所定時間(例えば300〜500秒)経過してウエハ1の処理面に所望の膜厚の絶縁薄膜を形成したら、スパッタ用イオン供給部80によるイオンビーム97の供給を停止し絶縁薄膜を成膜する工程を終了する。
(Process for forming an insulating thin film)
Subsequently, an MgO thin film is formed as an insulating thin film. The target holding mechanism 46 is rotated by a predetermined angle by the rotation mechanism 44, the target material is switched to the MgO alloy, and the MgO alloy is opposed to the processing surface of the wafer 1.
Then, similarly to the magnetic thin film forming step described above, the sputtering ion supply unit 80 is operated to form a MgO thin film on the CoFeB thin film formed on the processing surface of the wafer 1. When an insulating thin film having a desired thickness is formed on the processing surface of the wafer 1 after a predetermined time (for example, 300 to 500 seconds) has elapsed, the supply of the ion beam 97 by the sputtering ion supply unit 80 is stopped to form the insulating thin film. The process ends.
その後、再び磁性薄膜であるCoFeB薄膜を成膜する場合には、ターゲット保持機構46を回転機構44によって回転させ、ターゲット材をCoFeB合金に切り換えて上述したようにスパッタ用イオン供給部80を作動してウエハ1の処理面(MgO薄膜)上にCoFeB薄膜を形成する。これにより、磁気抵抗素子メモリに用いられるCoFeB/MgO/CoFeBの三層構造を形成することができる。 Thereafter, when a CoFeB thin film, which is a magnetic thin film, is formed again, the target holding mechanism 46 is rotated by the rotation mechanism 44, the target material is switched to a CoFeB alloy, and the sputtering ion supply unit 80 is operated as described above. Then, a CoFeB thin film is formed on the processing surface (MgO thin film) of the wafer 1. Thereby, a three-layer structure of CoFeB / MgO / CoFeB used for the magnetoresistive element memory can be formed.
(ウエハの搬出工程)
ウエハ1の処理面にCoFeB薄膜とMgO薄膜とを順に成膜したら、搬出して基板処理工程を終了する。その後、ゲートバルブ35(図1及び図2参照)によって搬入搬出口43を開放し、基板支持部50に保持した処理後のウエハ1を搬入搬出口43から搬出する。
(Wafer unloading process)
When the CoFeB thin film and the MgO thin film are sequentially formed on the processing surface of the wafer 1, the substrate processing step is completed by unloading. Thereafter, the loading / unloading port 43 is opened by the gate valve 35 (see FIGS. 1 and 2), and the processed wafer 1 held on the substrate support unit 50 is unloaded from the loading / unloading port 43.
(5)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(5) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
(a)本実施形態によれば、ウエハ1の処理面に対して処理面を側方から挟むように互いに対向して一式の磁気部100が配置されている。磁気部100は、磁石ケース100aに複数の磁気体として複数の小片磁石101をそれぞれ配列している。そしてウエハ1の中心部を挟む小片磁石101の配列間隔が、ウエハ1の外縁部を挟む小片磁石101の配列間隔よりも大きく設定されている。 (A) According to the present embodiment, the set of magnetic units 100 are arranged opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the wafer 1. The magnetic part 100 has a plurality of small magnets 101 arranged as a plurality of magnetic bodies in a magnet case 100a. The arrangement interval of the small magnets 101 sandwiching the center portion of the wafer 1 is set larger than the arrangement interval of the small magnets 101 sandwiching the outer edge portion of the wafer 1.
これにより、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線がウエハ1の中心部付近
から外縁部に至るまで互いに平行となり、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になる。また、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線がウエハ1の処理面に対して平行となり、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場が均一になる。これにより、ウエハ1に成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃え、磁性薄膜を用いる磁気抵抗素子メモリ等のデバイス性能を向上させることができる。
Thereby, the magnetic field lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 are parallel to each other from the vicinity of the center portion of the wafer 1 to the outer edge portion, and the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 becomes uniform. Further, the magnetic field lines of the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 are parallel to the processing surface of the wafer 1, and the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 becomes uniform. Thereby, the magnetic anisotropy of the magnetic thin film formed on the wafer 1 can be satisfactorily aligned, and the device performance of a magnetoresistive element memory using the magnetic thin film can be improved.
なお、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場と、磁性薄膜の磁気異方性との関係について、以下に説明する。図18(a)はウエハ1の処理面近傍に外部磁場を形成することなく成膜した磁性薄膜内の各磁区320の磁極方向321を例示する概略図であり、図18(b)はウエハ1の処理面近傍に均一な外部磁場を形成しつつ成膜した磁性薄膜内の各磁区320の磁極方向321を例示する概略図である。図18(a)に示すように、ウエハ1の処理面近傍に外部磁場を形成することなく成膜した磁性薄膜の場合には、各磁区320の磁極方向321は不規則となる。一方、図18(b)に示すように、ウエハ1の処理面近傍に均一な外部磁場を形成しつつ成膜した磁性薄膜の場合には、外部磁場の作用を受け、各磁区320の磁極方向321が外部磁場と一様に揃う。このように磁性薄膜形成中にウエハ1の処理面近傍に均一な磁場を形成することで、磁性薄膜内の各磁区の磁極方向の状態を一様に揃え、磁気抵抗素子メモリのデバイス特性の向上が可能となる。 The relationship between the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 and the magnetic anisotropy of the magnetic thin film will be described below. FIG. 18A is a schematic view illustrating the magnetic pole direction 321 of each magnetic domain 320 in the magnetic thin film formed without forming an external magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1, and FIG. It is the schematic which illustrates the magnetic pole direction 321 of each magnetic domain 320 in the magnetic thin film formed into a film, forming a uniform external magnetic field in the vicinity of this processing surface. As shown in FIG. 18A, in the case of a magnetic thin film formed without forming an external magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1, the magnetic pole direction 321 of each magnetic domain 320 is irregular. On the other hand, as shown in FIG. 18B, in the case of a magnetic thin film formed while forming a uniform external magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1, the magnetic field direction of each magnetic domain 320 is affected by the external magnetic field. 321 is evenly aligned with the external magnetic field. Thus, by forming a uniform magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 during the magnetic thin film formation, the state of the magnetic pole direction of each magnetic domain in the magnetic thin film is made uniform, and the device characteristics of the magnetoresistive element memory are improved. Is possible.
また、以下に、本実施形態に係る磁気部100を用いた場合のウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の強度分布の解析例を、図13〜図15に示す。 In addition, FIGS. 13 to 15 show analysis examples of the intensity distribution of the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 when the magnetic unit 100 according to the present embodiment is used.
図13は、本実施形態に係る磁気部100によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の平面方向における強度分布の解析例である。図14は、本実施形態に係る磁気部100によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の垂直方向における強度分布の解析例である。図15は、本実施形態に係る磁気部100によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場偏向角のウエハ1中心からの距離依存性を示すグラフ図である。なお、図13〜図15に示す解析モデルは、簡素化のため実機の半領域で解析を実施している。 FIG. 13 is an analysis example of the intensity distribution in the planar direction of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 by the magnetic unit 100 according to the present embodiment. FIG. 14 is an analysis example of the intensity distribution in the vertical direction of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 by the magnetic unit 100 according to the present embodiment. FIG. 15 is a graph showing the distance dependence from the center of the wafer 1 of the magnetic field deflection angle formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 by the magnetic unit 100 according to this embodiment. Note that the analysis models shown in FIGS. 13 to 15 are analyzed in a half region of the actual machine for simplification.
図13によれば、本実施形態の磁気部100を用いた場合、ウエハ1の処理面を上方から見ると、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線が、ウエハ1の中心部付近から外縁部に至るまで互いに平行となり、ウエハ1の処理面全面にわたり磁場が均一になっていることが分かる。また、図14によれば、本実施形態の磁気部100を用いた場合、ウエハ1の処理面を側方から見ると、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線が、ウエハ1の処理面に対して平行となり、ウエハ1の処理面全面にわたり磁場が均一になっていることが分かる。また、図15によれば、本実施形態の磁気部100を用いた場合、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線301の傾きは±約2度以下であり、目標である磁力線301の傾きの±3度を下回っていることが分かる。なお、図13〜図15のいずれにおいても、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の強度は、例えば50〜100[Oe]であった。従って、本実施形態の磁気部100を用いた場合、磁性薄膜の形成に必要な磁場条件を満足する均一な磁場の形成が可能であることが分かる。 According to FIG. 13, when the magnetic unit 100 of the present embodiment is used, when the processing surface of the wafer 1 is viewed from above, the magnetic field lines formed near the processing surface of the wafer 1 are near the center of the wafer 1. It can be seen that the magnetic field is uniform over the entire processing surface of the wafer 1 in parallel with each other from the outer edge to the outer edge. Further, according to FIG. 14, when the magnetic unit 100 of this embodiment is used, when the processing surface of the wafer 1 is viewed from the side, the magnetic field lines of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 It can be seen that the magnetic field is uniform over the entire processing surface of the wafer 1 in parallel to the processing surface. Further, according to FIG. 15, when the magnetic unit 100 of the present embodiment is used, the gradient of the magnetic force lines 301 of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 is ± about 2 degrees or less, and the target magnetic force lines 301. It can be seen that the inclination is less than ± 3 degrees. 13 to 15, the intensity of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 is, for example, 50 to 100 [Oe]. Therefore, it can be seen that when the magnetic unit 100 of this embodiment is used, it is possible to form a uniform magnetic field that satisfies the magnetic field conditions necessary for forming the magnetic thin film.
なお、参考までに、長尺な磁石401として形成された従来の磁気部400を用いた場合のウエハ1の処理面近傍に形成される磁場について説明する。図16は、長尺な磁石401として形成された従来の磁気部400及びウエハ1を示す平面図である。図17は、長尺な磁石として形成された従来の磁気部400によりウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の平面方向における強度分布の解析例である。なお、図16、図17に示す解析モデルも同様に、簡素化のため実機の半領域で解析を実施している。図17に示すように、磁気部400として従来の長尺な磁石401を用いた場合、磁石401両端の磁極周辺(N極、S極)の磁束密度に引きずられ、ウエハ1外縁部の磁力線301bがウエハ1中心部の磁力線301bに対して斜めに形成されている。このため、ウエハ1中心部の磁力線
301aとウエハ1外縁部での磁力線301bとは互いに平行にならず、不均一な磁場となっていることが分かる。
For reference, the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 when using the conventional magnetic unit 400 formed as a long magnet 401 will be described. FIG. 16 is a plan view showing a conventional magnetic part 400 and wafer 1 formed as a long magnet 401. FIG. 17 is an analysis example of the intensity distribution in the plane direction of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 by the conventional magnetic unit 400 formed as a long magnet. Note that the analysis models shown in FIGS. 16 and 17 are similarly analyzed in a half region of the actual machine for simplification. As shown in FIG. 17, when a conventional long magnet 401 is used as the magnetic part 400, it is dragged by the magnetic flux density around the magnetic poles at both ends of the magnet 401 (N pole, S pole), and the magnetic field lines 301 b at the outer edge of the wafer 1. Is formed obliquely with respect to the magnetic field lines 301b at the center of the wafer 1. For this reason, it can be seen that the magnetic field lines 301a at the center of the wafer 1 and the magnetic field lines 301b at the outer edge of the wafer 1 are not parallel to each other and are non-uniform magnetic fields.
(b)磁気抵抗素子メモリの仕様変更や特性向上等のため、成膜する磁性薄膜の種類を、例えばCoFeB薄膜からPtFeP薄膜等に変更する場合がある。かかる場合、成膜する磁性薄膜の種類に応じてウエハ1の処理面近傍に形成する磁場の強度変更が必要となる場合がある。本実施形態においては、基板支持部50から磁気部100を取り外し、磁石ケース100a内に配置する小片磁石101の磁力強度や個数等を変更することで、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場の強度を容易に変更することが可能である。そして、磁石ケース100a内に配置する小片磁石101及びスペーサ102の配列を調整することで、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場を均一に保つことが可能である。これにより、ウエハ1に成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃え、磁性薄膜を用いる磁気抵抗素子メモリ等のデバイス性能を向上させることができる。なお、成膜する磁性薄膜の種類に応じて小片磁石101及びスペーサ102の配列を予め調整した磁気部100を用意しておくことで、磁気部100を迅速に交換することが可能となる。 (B) In order to change specifications or improve characteristics of the magnetoresistive element memory, the type of magnetic thin film to be formed may be changed from, for example, a CoFeB thin film to a PtFeP thin film. In such a case, it may be necessary to change the strength of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 depending on the type of magnetic thin film to be formed. In the present embodiment, the magnetic unit 100 is removed from the substrate support unit 50, and the magnetic field strength formed near the processing surface of the wafer 1 is changed by changing the magnetic strength and the number of small magnets 101 arranged in the magnet case 100a. It is possible to easily change the strength. Then, by adjusting the arrangement of the small magnets 101 and the spacers 102 disposed in the magnet case 100a, the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 can be kept uniform. Thereby, the magnetic anisotropy of the magnetic thin film formed on the wafer 1 can be satisfactorily aligned, and the device performance of a magnetoresistive element memory using the magnetic thin film can be improved. In addition, by preparing the magnetic unit 100 in which the arrangement of the small magnets 101 and the spacers 102 is adjusted in advance according to the type of magnetic thin film to be formed, the magnetic unit 100 can be quickly replaced.
(c)本実施形態によれば、粒子98がウエハ1の処理面に向かって飛ぶ力(粒子98の流れる力)の方が、粒子98がウエハ1の処理面近傍に形成されている磁場から受ける力(ローレンツ力)より大きくなるようにしている。その結果、粒子98のウエハ1の処理面への到達が妨げられることを抑制でき、ウエハ1の処理面への成膜量への磁場よる影響を抑制できる。 (C) According to the present embodiment, the force by which the particles 98 fly toward the processing surface of the wafer 1 (the force through which the particles 98 flow) is from the magnetic field in which the particles 98 are formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1. It is designed to be greater than the force it receives (Lorentz force). As a result, it is possible to prevent the particles 98 from being prevented from reaching the processing surface of the wafer 1 and to suppress the influence of the magnetic field on the film formation amount on the processing surface of the wafer 1.
(d)本実施形態によれば、小片磁石101を同一形状、同一サイズに形成している。これにより、小片磁石101の製造コストを低減させ、基板処理装置の製造コストを抑制することができる。 (D) According to this embodiment, the small piece magnets 101 are formed in the same shape and the same size. Thereby, the manufacturing cost of the small piece magnet 101 can be reduced, and the manufacturing cost of a substrate processing apparatus can be suppressed.
(e)本実施形態によれば、磁石ケース100aを取り付けた磁気ヨーク3を回転機構51に連結している。そして、ウエハ1の処理面に磁性薄膜を成膜する際に、ウエハ1だけを回転させるのではなく、回転機構51により磁気部100をウエハ1と一体的に回転させている。すなわち、磁性薄膜の面内膜厚均一性を向上させるためにウエハ1を回転させた場合であっても、ウエハ1の処理面近傍での磁場の均一性を保持し、成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることができる。なお、磁性を有する粒子98がウエハ1の処理面に吸着(堆積)した後では、磁性薄膜の各磁区の磁場方向を変えることは困難である。本実施形態によれば、粒子98がウエハ1の処理面に堆積する直前に、粒子98に対して磁気部100の形成している均一な磁場を作用させることができるため、成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることができる。 (E) According to this embodiment, the magnetic yoke 3 to which the magnet case 100 a is attached is connected to the rotation mechanism 51. When the magnetic thin film is formed on the processing surface of the wafer 1, not only the wafer 1 is rotated but the magnetic unit 100 is rotated integrally with the wafer 1 by the rotation mechanism 51. That is, even when the wafer 1 is rotated to improve the in-plane film thickness uniformity of the magnetic thin film, the magnetic thin film is formed while maintaining the uniformity of the magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1. Can be satisfactorily aligned. Note that it is difficult to change the magnetic field direction of each magnetic domain of the magnetic thin film after the magnetic particles 98 are adsorbed (deposited) on the processing surface of the wafer 1. According to the present embodiment, since the uniform magnetic field formed by the magnetic unit 100 can be applied to the particles 98 immediately before the particles 98 are deposited on the processing surface of the wafer 1, the magnetic film to be deposited is formed. It is possible to satisfactorily align the magnetic anisotropy of the thin film.
(f)本実施形態によれば、位置決め機構としてウエハ1の周方向の位置決めを行う基板保持部4を設けている。これにより、基板支持部50に載置されるウエハ1の磁気部100に対する位置、すなわちウエハ1の外周と磁気部100との距離を一定とすることができる。従って、ウエハ1の処理面に再現性良く均一な磁場を形成することができ、基板処理の歩留りを改善させることができる。 (F) According to the present embodiment, the substrate holding unit 4 that positions the wafer 1 in the circumferential direction is provided as a positioning mechanism. Thereby, the position of the wafer 1 placed on the substrate support unit 50 with respect to the magnetic unit 100, that is, the distance between the outer periphery of the wafer 1 and the magnetic unit 100 can be made constant. Therefore, a uniform magnetic field can be formed on the processing surface of the wafer 1 with good reproducibility, and the yield of substrate processing can be improved.
(g)本実施形態によれば、真空封止可能な磁石ケース100aに小片磁石101を複数配列している。これにより、磁気部100(磁石ケース100a)の大きさを任意に変更でき、磁気部100(磁気ケース100a)をウエハ1の直径2倍未満の大きさにすることができる。従って、スパッタリング成膜室42内の磁気部100を設置するスペースを縮小化でき、基板処理装置を小型化することが可能である。
また、スパッタリング成膜室42の真空置換時間を短縮化することができ、ウエハ1の処理時間を短縮化でき、基板処理の生産性を向上させることができる。
(G) According to the present embodiment, a plurality of small piece magnets 101 are arranged in a vacuum-sealable magnet case 100a. Thereby, the size of the magnetic part 100 (magnet case 100a) can be arbitrarily changed, and the magnetic part 100 (magnetic case 100a) can be made smaller than twice the diameter of the wafer 1. Therefore, the space for installing the magnetic unit 100 in the sputtering film forming chamber 42 can be reduced, and the substrate processing apparatus can be downsized.
Further, the vacuum replacement time of the sputtering film forming chamber 42 can be shortened, the processing time of the wafer 1 can be shortened, and the productivity of substrate processing can be improved.
(h)本実施形態によれば、一対の磁気部100をウエハ1の処理面を側方から挟むように互いに対向して配置している。そして、磁気部100をウエハ1の接線に対して平行方向にそれぞれ配列している。そして、搬入搬出口43を一対の磁気部100の間に設けるようにしている。これにより、ウエハ1の搬入搬出のスペースを常に確保することができる。 (H) According to the present embodiment, the pair of magnetic units 100 are arranged to face each other so that the processing surface of the wafer 1 is sandwiched from the side. The magnetic units 100 are arranged in parallel to the tangent line of the wafer 1. The loading / unloading port 43 is provided between the pair of magnetic units 100. Thereby, the space for carrying in / out the wafer 1 can be always secured.
<第2の実施形態>
図19は、本発明の第2の実施形態に係る磁気部100B及びウエハ1の平面図である。図20は、本発明の第2の実施形態に係る磁気部100B及びウエハ1の断面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 19 is a plan view of the magnetic unit 100B and the wafer 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view of the magnetic unit 100B and the wafer 1 according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態では、磁気部100Bが備える磁気体が、永久磁石ではなく電磁石である点が第1の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、図19及び図20に示すように、磁気部100Bは、磁石ケース100aに複数の磁気体としての複数の小片電磁石101Bが設けられている点が第1の実施形態と異なる。なお、ウエハ1の中心部を挟む小片電磁石101Bの配列間隔は、第1の実施形態と同様に、ウエハ1の外縁部を挟む小片電磁石101Bの配列間隔よりも大きく設定されている。複数の小片電磁石101Bには、それぞれ給電部111が接続されている。なお、給電部111と小片電磁石101Bとは、カップリング部(図示しない)を介して接続されている。なお、カップリング部は、回転側と固定側との間を金属ブラシ等により電気的に接続するスリップリング機構として構成されている。これにより、基板支持部50の回転が妨げられないようになっている。給電部111は、コントローラ240(図1参照)に接続されている。コントローラ240は、給電部111が複数の小片電磁石101Bのそれぞれに給電する電力量を調整制御する給電制御部として構成されている。 This embodiment is different from the first embodiment in that the magnetic body included in the magnetic unit 100B is not a permanent magnet but an electromagnet. That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 19 and 20, the magnetic unit 100B is different from the first embodiment in that the magnet case 100a is provided with a plurality of small electromagnets 101B as a plurality of magnetic bodies. Different. The arrangement interval of the small electromagnets 101B sandwiching the center portion of the wafer 1 is set larger than the arrangement interval of the small electromagnets 101B sandwiching the outer edge portion of the wafer 1 as in the first embodiment. A power feeding unit 111 is connected to each of the plurality of small piece electromagnets 101B. The power feeding unit 111 and the small piece electromagnet 101B are connected via a coupling unit (not shown). The coupling portion is configured as a slip ring mechanism that electrically connects the rotating side and the fixed side with a metal brush or the like. Thereby, the rotation of the substrate support portion 50 is not hindered. The power feeding unit 111 is connected to the controller 240 (see FIG. 1). The controller 240 is configured as a power supply control unit that adjusts and controls the amount of power that the power supply unit 111 supplies to each of the plurality of small piece electromagnets 101B.
それ以外の構成は第1の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those in the first embodiment.
本実施形態によれば、磁気部100Bが備える磁気体が、永久磁石ではなく、電磁石である小片電磁石101Bにより構成されている。したがって、給電部111から小片電磁石101Bに給電する電力量を変更することで、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場の強度を容易且つ任意に変更可能である。すなわち、成膜する磁性薄膜の種類に応じて磁場の強度を変更する場合であっても、磁場の強度を容易且つ任意に変更することができる。 According to the present embodiment, the magnetic body included in the magnetic unit 100B is configured by the small electromagnet 101B that is an electromagnet, not a permanent magnet. Therefore, the intensity of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 can be easily and arbitrarily changed by changing the amount of power supplied from the power supply unit 111 to the small electromagnet 101B. That is, even when the magnetic field strength is changed according to the type of magnetic thin film to be formed, the magnetic field strength can be easily and arbitrarily changed.
また、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、ウエハ1の中心部を挟む小片電磁石101Bの配列間隔が、ウエハ1の外縁部を挟む小片電磁石101Bの配列間隔よりも大きく設定されている。これにより、各小片電磁石101Bに給電する電力量を個別に調整することなく、ウエハ1の処理面近傍に均一な磁場を形成することが可能である。すなわち、各小片電磁石101Bに給電する電力量を同一としても、ウエハ1の処理面近傍に均一な磁場を形成することが可能である。 Further, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the arrangement interval of the small electromagnets 101B sandwiching the center portion of the wafer 1 is set larger than the arrangement interval of the small electromagnets 101B sandwiching the outer edge portion of the wafer 1. Has been. Thereby, a uniform magnetic field can be formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 without individually adjusting the amount of power supplied to each small piece electromagnet 101B. That is, even if the amount of power supplied to each small piece electromagnet 101B is the same, a uniform magnetic field can be formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1.
また、本実施形態によれば、上述したように、各小片電磁石101Bに給電する電力量を個別に調整する必要がない。すなわち、小片電磁石101Bへの給電制御を簡素化することが可能となる。従って、給電部111及び磁気部100Bを安価に製造することができ、基板処理装置の製造コストを抑制することができる。 Moreover, according to this embodiment, as above-mentioned, it is not necessary to adjust separately the electric energy supplied to each small piece electromagnet 101B. That is, it is possible to simplify power supply control to the small piece electromagnet 101B. Therefore, the power feeding unit 111 and the magnetic unit 100B can be manufactured at low cost, and the manufacturing cost of the substrate processing apparatus can be suppressed.
なお、本実施形態は、各小片電磁石101Bに給電する電力量を同一とする場合に限らず、各小片電磁石101Bに給電する電力量を個別に調整するようにしてもよい。かかる場合、ウエハ1の処理面近傍に形成する磁場をより均一化させることが可能となる。 In the present embodiment, the amount of power supplied to each small piece electromagnet 101B is not limited to the same amount, and the amount of power supplied to each small piece electromagnet 101B may be individually adjusted. In such a case, the magnetic field formed near the processing surface of the wafer 1 can be made more uniform.
なお、本実施形態では、ウエハ1の回転と共に、このウエハ1と一体的に磁気部100Bを回転させるようにしている。すなわち、ウエハ1の処理面に磁性薄膜を成膜する際に、ウエハ1だけを回転させるのではなく、回転機構51により磁気部100をウエハ1と一体的に回転させている。
すなわち、磁性薄膜の面内膜厚均一性を向上させるためにウエハ1を回転させた場合であっても、ウエハ1の処理面近傍での磁場の均一性を保持し、成膜される磁性薄膜の磁気異方性を良好に揃えることができる。
In this embodiment, the magnetic unit 100B is rotated integrally with the wafer 1 as the wafer 1 is rotated. That is, when the magnetic thin film is formed on the processing surface of the wafer 1, the magnetic unit 100 is rotated integrally with the wafer 1 by the rotation mechanism 51 instead of rotating only the wafer 1.
That is, even when the wafer 1 is rotated to improve the in-plane film thickness uniformity of the magnetic thin film, the magnetic thin film is formed while maintaining the uniformity of the magnetic field in the vicinity of the processing surface of the wafer 1. Can be satisfactorily aligned.
これに対し、ウエハ1と一体的に磁気部100Bを回転させない方法も考えられる。かかる方法では、ウエハ1の外周を円周状に囲むように複数の電磁石を配置する。そして、各電磁石に対する給電をウエハ1の回転に合わせて切り替えるようにし、ウエハ1の処理面とウエハ1の処理面近傍に形成する外部磁場とを合わせて同期させて回転させる。しかしながら、このような方法の場合、ウエハ1の回転に合わせて各電磁石に対する給電を切り換える複雑な制御が必要となり、基板処理装置の製造コストが増大してしまう。また、ウエハ1の外周を囲むように複数の電磁石が配置されるためスパッタリング成膜室42の容積が増大し、真空置換時間等が増大し、基板処理の生産性が悪化してしまう。これに対し、本実施形態では、ウエハ1の回転に伴う複雑な給電制御を行う必要がなく、基板処理装置の製造コストを低減させることができる。また、磁気部100B(磁石ケース100a)を小型化できるため、スパッタリング成膜室42(処理室)の容積の増大を防ぎ、真空置換時間等を短縮でき、基板処理の生産性を向上させることができる。 On the other hand, a method in which the magnetic unit 100B is not rotated integrally with the wafer 1 is also conceivable. In this method, a plurality of electromagnets are arranged so as to surround the outer periphery of the wafer 1 in a circumferential shape. Then, power supply to each electromagnet is switched in accordance with the rotation of the wafer 1, and the processing surface of the wafer 1 and an external magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 are rotated in synchronization. However, in the case of such a method, complicated control for switching the power supply to each electromagnet in accordance with the rotation of the wafer 1 is required, which increases the manufacturing cost of the substrate processing apparatus. Further, since a plurality of electromagnets are arranged so as to surround the outer periphery of the wafer 1, the volume of the sputtering film forming chamber 42 is increased, the vacuum replacement time is increased, and the productivity of the substrate processing is deteriorated. On the other hand, in this embodiment, it is not necessary to perform complicated power supply control accompanying the rotation of the wafer 1, and the manufacturing cost of the substrate processing apparatus can be reduced. Moreover, since the magnetic part 100B (magnet case 100a) can be reduced in size, an increase in the volume of the sputtering film forming chamber 42 (processing chamber) can be prevented, the vacuum replacement time and the like can be shortened, and the substrate processing productivity can be improved. it can.
<第3の実施形態>
図21は、本発明の第3の実施形態に係る磁気部100C及びウエハ1の平面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 21 is a plan view of the magnetic unit 100C and the wafer 1 according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態では、磁気部100Cが備える非磁性体の長手方向のサイズを同一にし、磁気体の長手方向のサイズを異ならせている点が第1の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、図21に示すように、磁気部100Cは、非磁気体としてのスペーサ102Cの長手方向のサイズを同一にし、磁気体としての小片磁石101Cの長手方向のサイズを異ならせている点が第1の実施形態と異なる。具体的には、スペーサ102Cが長手方向のサイズを同一に形成されると共に、ウエハ1の中心部を挟む小片磁石101のサイズ(磁気部100Cの長手方向に沿った小片磁石101の長さ)が、ウエハ1の外縁部を挟むサイズ(磁気部100Cの長手方向に沿った小片磁石101の長さ)よりも大きく設定されている。また、磁気ケース100cがウエハ1の直径サイズの大きさに形成されている。すなわち、小片磁石101C及びスペーサ102Cは、ウエハ1の直径サイズの大きさの位置まで配列されている。 This embodiment is different from the first embodiment in that the length of the nonmagnetic material included in the magnetic unit 100C is the same, and the size of the magnetic material is different. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 21, the magnetic part 100C has the same size in the longitudinal direction of the spacer 102C as a non-magnetic material, and varies the size in the longitudinal direction of the small magnet 101C as a magnetic material. This is different from the first embodiment. Specifically, the spacers 102C are formed to have the same size in the longitudinal direction, and the size of the small magnets 101 that sandwich the central portion of the wafer 1 (the length of the small magnets 101 along the longitudinal direction of the magnetic part 100C) is the same. The size is set larger than the size of the outer edge of the wafer 1 (the length of the small magnet 101 along the longitudinal direction of the magnetic part 100C). In addition, the magnetic case 100 c is formed in the size of the diameter size of the wafer 1. That is, the small magnets 101C and the spacers 102C are arranged up to the position of the diameter size of the wafer 1.
それ以外の構成は第1の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those in the first embodiment.
本実施形態によれば、スペーサ102Cが長手方向のサイズを同一に形成されると共に、ウエハ1の中心部を挟む小片磁石101Cの長手方向のサイズが、ウエハ1の外縁部を挟む小片磁石101Cの長手方向のサイズよりも大きく設定されている。これにより、ウエハ1の中心部を挟む小片磁石101Cの単位長さ当たりの配置数を、ウエハ1の外縁部を挟む小片磁石101Cの単位長さ当たりの配置数よりも少なくすることができる。また、磁気ケース100cの大きさがウエハ1の直径サイズの大きさと略同一の大きさに形成されている。これにより、磁気部100Cを小型化でき、基板処理装置の装置サイズを小型化できるとともに、スパッタリング成膜室42(処理室)の真空置換時間等を短縮でき、基板処理の生産性を向上させることができる。 According to the present embodiment, the spacers 102 </ b> C are formed to have the same size in the longitudinal direction, and the longitudinal size of the small magnets 101 </ b> C that sandwich the center portion of the wafer 1 is the same as that of the small magnets 101 </ b> C that sandwich the outer edge portion of the wafer 1. It is set larger than the size in the longitudinal direction. As a result, the number of small magnets 101 </ b> C arranged per unit length sandwiching the center of the wafer 1 can be made smaller than the number of small magnets 101 </ b> C arranged per unit length sandwiching the outer edge of the wafer 1. In addition, the size of the magnetic case 100 c is formed to be approximately the same as the diameter size of the wafer 1. Accordingly, the magnetic unit 100C can be reduced in size, the size of the substrate processing apparatus can be reduced, the vacuum replacement time of the sputtering film forming chamber 42 (processing chamber) can be shortened, and the substrate processing productivity can be improved. Can do.
<第4の実施形態>
図22は、本発明の第4の実施形態に係る磁気部100D及びウエハ1の平面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 22 is a plan view of the magnetic unit 100D and the wafer 1 according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態では、ウエハ1の接線に対して平行方向に小片磁石101Dを配置するのではなく、ウエハ1の外縁部側に向って湾曲させて、すなわち、ウエハ1の中心側近傍からウエハ1の外周に沿わせて小片磁石101Dを配置している点が第3の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、図22に示すように磁気部100Dは、ウエハ1の中心側近傍からウエハ1の外周に沿わせえてウエハ1の外縁部側に向って湾曲させて小片磁石101Dを配置している点が第3の実施形態と異なる。また、本実施形態では、第3の実施形態と同様に、スペーサ102Dが長手方向のサイズを同一に形成されると共に、ウエハ1の中心部を挟む小片磁石101Dの長手方向のサイズが、ウエハ1の外縁部を挟む小片磁石101Dの長手方向のサイズよりも大きく設定されている。なお、第3の実施形態と同様に、磁気ケース100dの大きさがウエハ1の直径サイズの大きさと略同一の大きさに形成されている。 In the present embodiment, the small magnets 101D are not arranged in a direction parallel to the tangent to the wafer 1, but are curved toward the outer edge of the wafer 1, that is, from the vicinity of the center of the wafer 1 to the wafer 1 The point which has arrange | positioned the small piece magnet 101D along outer periphery differs from 3rd Embodiment. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 22, the magnetic unit 100 </ b> D is arranged along the outer periphery of the wafer 1 from the vicinity of the center of the wafer 1 toward the outer edge side of the wafer 1 to dispose the small piece magnet 101 </ b> D. This is different from the third embodiment. Further, in the present embodiment, as in the third embodiment, the spacers 102D are formed to have the same size in the longitudinal direction, and the size in the longitudinal direction of the small magnet 101D that sandwiches the central portion of the wafer 1 is the same as that of the wafer 1. Is set to be larger than the size in the longitudinal direction of the small piece magnet 101D sandwiching the outer edge portion. Note that, similarly to the third embodiment, the size of the magnetic case 100 d is formed to be approximately the same as the diameter size of the wafer 1.
それ以外の構成は第3の実施形態と同様である。 The other configuration is the same as that of the third embodiment.
本実施形態によれば、ウエハ1の中心側近傍からウエハ1の外縁部側に向って湾曲させて小片磁石101Dを配置している。
これにより、小片磁石101Dがウエハ1の外縁部側でより近くに位置するので、ウエハ1の外縁部側に形成される磁場の磁束密度を増大させることができる。従って、成膜される磁性薄膜の磁気異方性をウエハ1の外縁部側でより良好に揃えることができる。
According to the present embodiment, the small magnet 101D is arranged so as to be curved from the vicinity of the center side of the wafer 1 toward the outer edge side of the wafer 1.
Thereby, since the small piece magnet 101D is positioned closer to the outer edge side of the wafer 1, the magnetic flux density of the magnetic field formed on the outer edge side of the wafer 1 can be increased. Therefore, the magnetic anisotropy of the magnetic thin film to be formed can be better aligned on the outer edge side of the wafer 1.
<第5の実施形態>
図23は、本発明の第5の実施形態に係る磁気部100Eの部分拡大図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 23 is a partially enlarged view of a magnetic unit 100E according to the fifth embodiment of the present invention.
本実施形態では、小片磁石101Eは、少なくともウエハ1側方向の形状が鋭角に形成されている点が第1の実施形態と異なる点である。すなわち、本実施形態では、図23に示すように、小片磁石101Eは、少なくともウエハ1側方向の形状が鋭角に形成されている点が第1の実施形態と異なる点である。 In the present embodiment, the small magnet 101E is different from the first embodiment in that at least the shape in the wafer 1 side direction is formed at an acute angle. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 23, the small magnet 101E is different from the first embodiment in that at least the shape in the wafer 1 side direction is formed at an acute angle.
それ以外の構成は第1の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those in the first embodiment.
本実施形態によれば、小片磁石101Eは、少なくともウエハ1側方向の形状が鋭角に形成されている。これにより、小片磁石101Eのウエハ1に対向する面の表面積を増大させることができ、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の磁力線の量をウエハ1の中心部付近からウエハ1の外縁部に至るまで増大させることができる。従って、ウエハ1の処理面近傍に形成される磁場の強度を増大させることができ、成膜される磁性薄膜の磁気異方性をより良好に揃えることができる。 According to the present embodiment, the small piece magnet 101E is formed with an acute angle at least in the wafer 1 side direction. Thereby, the surface area of the surface of the small magnet 101E facing the wafer 1 can be increased, and the amount of magnetic field lines formed near the processing surface of the wafer 1 can be changed from the vicinity of the center of the wafer 1 to the outer edge of the wafer 1. Can be increased. Therefore, the strength of the magnetic field formed in the vicinity of the processing surface of the wafer 1 can be increased, and the magnetic anisotropy of the magnetic thin film to be formed can be made better.
<本発明の他の実施形態>
なお、上述の実施形態においては、イオンミリング工程を行った後、磁性薄膜であるCoFeB薄膜を成膜する工程を行い、その後、絶縁薄膜であるMgO薄膜を成膜する工程を行う基板処理工程を実施したが、本発明はこれに限定されない。イオンミリング工程を行った後、磁性薄膜であるCoFeB薄膜を成膜する工程のみを行い、CoFeB薄膜の一層のみ成膜することも勿論適用可能である。また、磁性薄膜であるCoFeB薄膜を成膜する工程を行い、その後、絶縁薄膜であるMgO薄膜を成膜する工程を行った後に、さらに磁性薄膜であるCoFeB薄膜を成膜する工程を行って三層成膜することも適用可能であり、さらに成膜を重ねて三層以上成膜することも適用可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, after performing the ion milling process, the process of forming the CoFeB thin film that is a magnetic thin film is performed, and then the process of forming the MgO thin film that is an insulating thin film is performed. Although implemented, the present invention is not limited to this. Of course, after the ion milling step, only the step of forming a CoFeB thin film, which is a magnetic thin film, is performed, and only one layer of the CoFeB thin film is formed. In addition, a step of forming a CoFeB thin film that is a magnetic thin film is performed, then a step of forming a MgO thin film that is an insulating thin film is performed, and then a step of forming a CoFeB thin film that is a magnetic thin film is further performed. It is also possible to apply layer deposition, and it is also possible to apply three or more layers by further layering.
また、成膜する磁性薄膜は、CoFeB薄膜に限らず、例えばPtFeP薄膜等の磁性薄膜であってもよい。さらに、CoFeB薄膜やPtFeP薄膜等の三元系の磁性薄膜に限らず、例えばCuやNi等を混合した四元又は五元系以上の磁性薄膜を成膜する場合にも適用可能である。 Further, the magnetic thin film to be formed is not limited to the CoFeB thin film but may be a magnetic thin film such as a PtFeP thin film. Furthermore, the present invention is not limited to a ternary magnetic thin film such as a CoFeB thin film or a PtFeP thin film, but can also be applied to a case where a quaternary or quinary magnetic thin film mixed with Cu, Ni, or the like is formed.
また、上述の実施形態においては、第1の処理炉33及び第2の処理炉34がスパッタリング成膜装置として構成されている場合について説明したが、本発明はかかる場合に限らず、磁性薄膜を成膜する他の基板処理装置全般に適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the first processing furnace 33 and the second processing furnace 34 are configured as a sputtering film forming apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic thin film is used. The present invention can be applied to all other substrate processing apparatuses for forming a film.
また、磁性薄膜が成膜される基板としては、Siウエハ基板の他に石英ガラス基板、結晶化ガラス基板、MgO基板等であってもよい。 In addition to the Si wafer substrate, the substrate on which the magnetic thin film is formed may be a quartz glass substrate, a crystallized glass substrate, an MgO substrate, or the like.
また、本発明は、本実施形態にかかる半導体製造装置等のウエハ基板を処理する基板処理装置に限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等の基板を処理する基板処理装置にも好適に適用できる。 Further, the present invention is not limited to a substrate processing apparatus that processes a wafer substrate such as a semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment, but is also a substrate processing apparatus that processes a substrate such as a printed wiring board, a liquid crystal panel, a magnetic disk, or a compact disk. Can also be suitably applied.
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に磁性薄膜を成膜する成膜機構と、
前記基板支持部に支持された前記基板の前記処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部と、
前記処理室内のガス雰囲気を排気するガス排気部と、を備え、
前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、
前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されている
基板処理装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
A substrate support for supporting the substrate in the processing chamber;
A film forming mechanism for forming a magnetic thin film on the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A pair of magnetic parts disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A gas exhaust part for exhausting a gas atmosphere in the processing chamber,
The magnetic part is formed by arranging a plurality of magnetic bodies,
There is provided a substrate processing apparatus in which an arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching the central portion of the substrate is set larger than an arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching an outer edge portion of the substrate.
前記成膜機構は、前記基板支持部に支持される前記基板の前記処理面に粒子を照射するターゲットが保持されるターゲット保持部と、前記ターゲット保持部に保持されたターゲットにイオンを照射するスパッタ用イオン供給部とを備えている。 The film forming mechanism includes: a target holding unit that holds a target that irradiates particles on the processing surface of the substrate supported by the substrate supporting unit; and a sputtering that irradiates the target held by the target holding unit with ions. An ion supply unit.
好ましくは、前記基板支持部と、前記磁気部とを一体で回転させる回転機構をさらに有する。 Preferably, the apparatus further includes a rotation mechanism that rotates the substrate support part and the magnetic part integrally.
さらに好ましくは、複数の前記磁気体にそれぞれ給電する給電部と、前記給電部が複数の前記磁気体のそれぞれに給電する給電電流を調整制御する給電制御部と、をさらに有する。 More preferably, it further includes a power supply unit that supplies power to each of the plurality of magnetic bodies, and a power supply control unit that adjusts and controls a power supply current supplied to each of the plurality of magnetic bodies by the power supply unit.
さらに好ましくは、隣接する前記磁気体同士の間に非磁気体が設けられて前記非磁気体と前記磁気体とが交互に配置され、前記基板の中心部を挟む前記非磁気体の配列間隔が前記基板の外縁部を挟む前記非磁気体の配列間隔よりも大きく設定されている。 More preferably, a non-magnetic body is provided between the adjacent magnetic bodies, the non-magnetic body and the magnetic body are alternately arranged, and the arrangement interval of the non-magnetic bodies sandwiching the central portion of the substrate is It is set to be larger than the arrangement interval of the non-magnetic bodies sandwiching the outer edge portion of the substrate.
さらに好ましくは、前記磁気体は、前記基板の中心部側から前記基板の外縁部側に向っ
て隣接する間隔が小さくなるように配置されている。
More preferably, the said magnetic body is arrange | positioned so that the space | interval which adjoins from the center part side of the said board | substrate toward the outer edge part side of the said board | substrate may become small.
さらに好ましくは、前記磁気体は、同一形状に形成されている。 More preferably, the magnetic bodies are formed in the same shape.
さらに好ましくは、前記磁気部は前記基板の直径よりも平行方向に長く延在し、該延在部分に配置される前記磁気体の単位長さ当たりの配置数が前記基板の直径範囲内に配置される前記磁気体の単位長さ当たりの配置数よりも少なくなるよう構成されている。 More preferably, the magnetic part extends longer in the parallel direction than the diameter of the substrate, and the number of the magnetic bodies disposed in the extending portion per unit length is disposed within the diameter range of the substrate. The number of arrangements per unit length of the magnetic body is reduced.
さらに好ましくは、前記磁気部は前記基板の直径よりも前記基板の接線に対して平行方向に長く延在し、該延在部分に配置される前記磁気体の単位長さ当たりの配置数が前記基板の直径範囲内に配置される前記磁気体の単位長さ当たりの配置数よりも少なくなるよう構成されている。 More preferably, the magnetic part extends longer in the direction parallel to the tangent of the substrate than the diameter of the substrate, and the number of arrangements per unit length of the magnetic body arranged in the extending portion is The number of the magnetic bodies arranged within the diameter range of the substrate is less than the number of arrangements per unit length.
さらに好ましくは、前記磁気体は、それぞれ形成される磁力線の傾斜角度が3%以内に収まるように配置されている。 More preferably, the magnetic bodies are arranged so that the inclination angle of the magnetic field lines formed is within 3%.
さらに好ましくは、前記磁気部は前記基板の直径よりも前記基板の接線に対して平行方向に長く延在し、該延在部分に配置される前記磁気体の形成する磁束密度が、前記基板の直径範囲内に配置される前記磁気体の形成する磁束密度よりも少なくなるよう構成されている。 More preferably, the magnetic part extends longer in the direction parallel to the tangent of the substrate than the diameter of the substrate, and the magnetic flux density formed by the magnetic body disposed in the extending portion is It is comprised so that it may become less than the magnetic flux density which the said magnetic body arrange | positioned in the diameter range forms.
さらに好ましくは、前記基板支持部に、前記基板の周方向の位置決めを行う位置決め機構をさらに有する。 More preferably, the substrate support portion further includes a positioning mechanism for positioning the substrate in the circumferential direction.
さらに好ましくは、前記磁気部は、前記基板の中心側近傍から前記基板の外周に沿って前記基板の外縁部側に向って湾曲されて形成されている。 More preferably, the magnetic part is formed to be curved from the vicinity of the center side of the substrate toward the outer edge of the substrate along the outer periphery of the substrate.
さらに好ましくは、前記磁気体は、少なくとも前記基板側方向の形状が鋭角に形成されている。 More preferably, the magnetic body is formed with an acute angle at least in the substrate side direction.
さらに好ましくは、前記基板の外縁部から近い位置に配置される前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部から遠い位置に配置される前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されている。 More preferably, the arrangement interval of the magnetic bodies arranged at a position near the outer edge portion of the substrate is set larger than the arrangement interval of the magnetic bodies arranged at a position far from the outer edge portion of the substrate.
さらに好ましくは、隣接する前記磁気体同士の間に非磁気体が設けられて前記非磁気体と前記磁気体とが交互に配置され、前記基板の中心部を挟む前記非磁気体の長手方向のサイズが前記基板の外縁部を挟む前記非磁気体の長手方向のサイズよりも大きく設定されている。 More preferably, a non-magnetic body is provided between the adjacent magnetic bodies, and the non-magnetic body and the magnetic body are alternately arranged, and the longitudinal direction of the non-magnetic body sandwiching the center portion of the substrate The size is set larger than the size in the longitudinal direction of the non-magnetic material sandwiching the outer edge portion of the substrate.
さらに好ましくは、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の長手方向のサイズが前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の長手方向のサイズよりも大きく設定されている。 More preferably, the longitudinal size of the magnetic body sandwiching the center portion of the substrate is set larger than the longitudinal size of the magnetic body sandwiching the outer edge portion of the substrate.
本発明の他の態様によれば、
処理室内に搬入した基板を基板支持部により支持する工程と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部であって、前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されるように前記磁気体がそれぞれ複数配置され、前記磁気体間であって少なくとも前記基板の前記処理面近傍に磁場を形成した状態で、ガス排気部から前記処理室内のガス雰囲気を排気しつつ、成膜機構により前記基板の前
記処理面に磁性薄膜を成膜する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A step of supporting the substrate carried into the processing chamber by the substrate support portion;
A pair of magnetic units disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support unit, wherein the magnetic unit includes a plurality of magnetic bodies; A plurality of the magnetic bodies are arranged such that the arrangement intervals of the magnetic bodies sandwiching the center portion of the substrate are set larger than the arrangement intervals of the magnetic bodies sandwiching the outer edge portion of the substrate. In a state where a magnetic field is formed between the magnetic bodies and at least in the vicinity of the processing surface of the substrate, a gas atmosphere in the processing chamber is exhausted from a gas exhaust unit to the processing surface of the substrate by a film forming mechanism. Forming a magnetic thin film;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.
好ましくは、前記基板処理工程は、回転機構により前記基板支持部及び前記磁気部を一体で回転させつつ前記基板を処理する。 Preferably, the substrate processing step processes the substrate while integrally rotating the substrate support portion and the magnetic portion by a rotation mechanism.
さらに好ましくは、前記基板処理工程は、少なくとも前記基板の前記処理面近傍に形成される前記磁場に対してそれぞれの磁力線の傾斜角度が3%以内に収まる状態で前記基板を処理する。 More preferably, in the substrate processing step, the substrate is processed in a state where an inclination angle of each magnetic field line is within 3% with respect to the magnetic field formed at least in the vicinity of the processing surface of the substrate.
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に磁性薄膜を成膜する成膜機構と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部と、
前記処理室内のガス雰囲気を排気するガス排気部と、を備え、
前記磁気部は複数の磁気体と複数の非磁気体とがそれぞれ前記基板の接線に対して平行方向に交互に配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記非磁気体の配列間隔が前記非磁気体の配列間隔よりも大きく設定される
基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A processing chamber for processing the substrate;
A substrate support for supporting the substrate in the processing chamber;
A film forming mechanism for forming a magnetic thin film on the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A pair of magnetic parts disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A gas exhaust part for exhausting a gas atmosphere in the processing chamber,
In the magnetic part, a plurality of magnetic bodies and a plurality of non-magnetic bodies are alternately arranged in a direction parallel to the tangent line of the substrate, and the arrangement interval of the non-magnetic bodies sandwiching the central portion of the substrate is There is provided a substrate processing apparatus which is set to be larger than an arrangement interval of non-magnetic materials.
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内に搬入した基板を基板支持部により支持する工程と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部であって、前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ前記基板の接線に対して平行方向に配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の平行方向の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の前記平行方向の配列間隔よりも大きく設定され、前記磁気体間であって少なくとも前記基板の前記処理面近傍に磁場を形成した状態で、ガス排気部から前記処理室内のガス雰囲気を排気しつつ、成膜機構により前記基板の前記処理面に磁性薄膜を成膜する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A step of supporting the substrate carried into the processing chamber by the substrate support portion;
A pair of magnetic units disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support unit, wherein the magnetic unit includes a plurality of magnetic bodies; The parallel arrangement of the magnetic bodies sandwiching the outer edge of the substrate is arranged in parallel to the tangent line of the substrate, and the parallel spacing of the magnetic bodies sandwiching the central portion of the substrate The gap between the magnetic bodies and at least in the vicinity of the processing surface of the substrate in a state where a magnetic field is formed, the gas atmosphere in the processing chamber is exhausted from a gas exhaust unit by the film forming mechanism. Forming a magnetic thin film on the treated surface of the substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.
1 ウエハ(基板)
3 磁気ヨーク
4 基板保持部(位置決め機構)
42 スパッタリング成膜室(処理室)
46 ターゲット保持機構(成膜機構)
50 基板支持部
51 回転機構
53 排気口(ガス排気部)
54 配管(ガス排気部)
55 排気ポンプ(ガス排気部)
80 スパッタ用イオン供給部(成膜機構)
100 磁気部
100a 磁石ケース
101 小片永久磁石(磁気体)
102 スペーサ(非磁気体)
1 Wafer (substrate)
3 Magnetic yoke 4 Substrate holder (positioning mechanism)
42 Sputtering deposition chamber (processing chamber)
46 Target holding mechanism (deposition mechanism)
50 Substrate support
51 Rotating mechanism 53 Exhaust port (gas exhaust part)
54 Piping (gas exhaust part)
55 Exhaust pump (gas exhaust part)
80 Sputtering ion supply unit (deposition mechanism)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Magnetic part 100a Magnet case 101 Small piece permanent magnet (magnetic body)
102 Spacer (Non-magnetic material)
Claims (5)
前記処理室内で前記基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に磁性薄膜を成膜する成膜機構と、
前記基板支持部に支持された前記基板の前記処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部と、
前記処理室内のガス雰囲気を排気するガス排気部と、を備え、
前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、
前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されている
ことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A substrate support for supporting the substrate in the processing chamber;
A film forming mechanism for forming a magnetic thin film on the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A pair of magnetic parts disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support;
A gas exhaust part for exhausting a gas atmosphere in the processing chamber,
The magnetic part is formed by arranging a plurality of magnetic bodies,
The substrate processing apparatus, wherein an arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching the central portion of the substrate is set larger than an arrangement interval of the magnetic bodies sandwiching an outer edge portion of the substrate.
前記基板支持部に支持された前記基板の処理面に対して該処理面を側方から挟むように互いに対向して配置される一対の磁気部であって、前記磁気部は複数の磁気体がそれぞれ配列してなり、前記基板の中心部を挟む前記磁気体の配列間隔が、前記基板の外縁部を挟む前記磁気体の配列間隔よりも大きく設定されるように前記磁気体がそれぞれ複数配置され、前記磁気体間であって少なくとも前記基板の前記処理面近傍に磁場を形成した状態で、ガス排気部から前記処理室内のガス雰囲気を排気しつつ、成膜機構により前記基板の前記処理面に磁性薄膜を成膜する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of supporting the substrate carried into the processing chamber by the substrate support portion;
A pair of magnetic units disposed opposite to each other so as to sandwich the processing surface from the side with respect to the processing surface of the substrate supported by the substrate support unit, wherein the magnetic unit includes a plurality of magnetic bodies; A plurality of the magnetic bodies are arranged such that the arrangement intervals of the magnetic bodies sandwiching the center portion of the substrate are set larger than the arrangement intervals of the magnetic bodies sandwiching the outer edge portion of the substrate. In a state where a magnetic field is formed between the magnetic bodies and at least in the vicinity of the processing surface of the substrate, a gas atmosphere in the processing chamber is exhausted from a gas exhaust unit to the processing surface of the substrate by a film forming mechanism. Forming a magnetic thin film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009211039A JP2011058072A (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009211039A JP2011058072A (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011058072A true JP2011058072A (en) | 2011-03-24 |
Family
ID=43946020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009211039A Pending JP2011058072A (en) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011058072A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019104970A (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-27 | 株式会社アルバック | Film deposition device and magnetic circuit |
-
2009
- 2009-09-11 JP JP2009211039A patent/JP2011058072A/en active Pending
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| JP2019104970A (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-27 | 株式会社アルバック | Film deposition device and magnetic circuit |
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