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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024114046
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】半導体製造装置及び半導体製造方法
(51)【国際特許分類】
G01R 33/032 20060101AFI20240816BHJP
【ＦＩ】
G01R33/032
【審査請求】未請求
【請求項の数】32
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023019417
(22)【出願日】2023-02-10
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】小澤 謙
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健治
(72)【発明者】
【氏名】上山 真司
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AC09
2G017AD13
2G017BA02
2G017BA05
2G017BA06
2G017CB01
2G017CB10
2G017CB20
2G017CC04
(57)【要約】
【課題】非破壊で磁気特性を高精度に測定することができる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体製造装置１は、ステージ５０上の試料６０に印加する磁場として、ステージ５０の上面に直交する面直方向の成分を含む面直磁場、及び、ステージ５０の上面に平行な面内方向の成分を含む面内磁場に電気的に切り替える複数の電磁石３０ａ及び３０ｂを用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、試料６０におけるＰＭＡ膜の消磁応答を極Ｋｅｒｒ効果信号から検出する検出部２０と、検出した消磁応答を外挿フィッティングすることによって、ＰＭＡ膜の異方性磁界Ｈｋを導出する導出部４０と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係る半導体製造装置１は、ステージ５０上の試料６０に印加する磁場として、ステージ５０の上面に直交する面直方向の成分を含む面直磁場、及び、ステージ５０の上面に平行な面内方向の成分を含む面内磁場に電気的に切り替える複数の電磁石３０ａ及び３０ｂを用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、試料６０におけるＰＭＡ膜の消磁応答を極Ｋｅｒｒ効果信号から検出する検出部２０と、検出した消磁応答を外挿フィッティングすることによって、ＰＭＡ膜の異方性磁界Ｈｋを導出する導出部４０と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステージ上の試料に印加する磁場として、前記ステージの上面に直交する面直方向の成分を含む第１磁場、及び、前記ステージの上面に平行な面内方向の成分を含む第２磁場に電気的に切り替える複数の電磁石を用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を極Ｋｅｒｒ効果信号から検出する検出部と、
検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出する導出部と、
を備えた半導体製造装置。
検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出する導出部と、
を備えた半導体製造装置。
【請求項2】
前記複数の電磁石に流れる電流を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記垂直磁気異方性膜の保磁力よりも大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、
前記第１磁場の大きさを０にし、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記検出部は、前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
前記制御部は、
前記垂直磁気異方性膜の保磁力よりも大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、
前記第１磁場の大きさを０にし、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記検出部は、前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項3】
前記導出部は、前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる前記第２磁場から前記異方性磁界を導出する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項4】
前記複数の電磁石に流れる電流を制御する制御部を備え、
前記複数の電磁石は、
表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、
表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、
各電磁石は、ヨーク及びコイルを含み、
前記制御部は、コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答のための前記第２磁場を印加する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
前記複数の電磁石は、
表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、
表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、
各電磁石は、ヨーク及びコイルを含み、
前記制御部は、コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答のための前記第２磁場を印加する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項5】
前記試料の近傍に配置された磁場センサを含み、前記第２磁場における前記面内方向以外の成分を測定する磁場方向測定デバイスをさらに備えた、
請求項４に記載の半導体製造装置。
請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項6】
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記制御部は、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項7】
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ステージは、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項8】
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光のスポット位置を移動させるビームステアリング機構をさらに備え、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ビームステアリングは、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項５に記載の半導体製造装置。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ビームステアリングは、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項9】
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光のスポット位置を移動させるビームステアリング機構をさらに備え、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
前記制御部は、第１制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
前記ステージは、第２制御として、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
前記ビームステアリング機構は、第３制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第１制御、前記第２制御、及び、前記第３制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
前記制御部は、第１制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
前記ステージは、第２制御として、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
前記ビームステアリング機構は、第３制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第１制御、前記第２制御、及び、前記第３制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項10】
前記制御部は、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項６に記載の半導体製造装置。
請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項11】
前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項７に記載の半導体製造装置。
請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項12】
前記ビームステアリングは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光の前記スポット位置を移動させる、
請求項８に記載の半導体製造装置。
請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項13】
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光のスポット位置を移動させるビームステアリング機構をさらに備え、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
前記制御部は、第４制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
前記ステージは、第５制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
前記ビームステアリング機構は、第６制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第４制御、前記第５制御、及び、前記第６制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
前記制御部は、第４制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
前記ステージは、第５制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
前記ビームステアリング機構は、第６制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第４制御、前記第５制御、及び、前記第６制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項14】
複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得する画像取得部と、
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析する画像解析部と、
を備え、
前記制御部は、
前記画像取得部が前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を印加し、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記画像解析部は、
前記輝度値の消磁応答から前記着目領域毎の前記輝度値の変化幅を取得し、
前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、
前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得する、
請求項４に記載の半導体製造装置。
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析する画像解析部と、
を備え、
前記制御部は、
前記画像取得部が前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を印加し、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記画像解析部は、
前記輝度値の消磁応答から前記着目領域毎の前記輝度値の変化幅を取得し、
前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、
前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得する、
請求項４に記載の半導体製造装置。
【請求項15】
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させるビームステアリングをさらに備え、
前記ビームステアリングは、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項１４に記載の半導体製造装置。
前記ビームステアリングは、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項１４に記載の半導体製造装置。
【請求項16】
前記ステージは、温度付加機能を含み、
前記導出部は、前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
前記導出部は、前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出する、
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項17】
ステージ上の試料に印加する磁場として、前記ステージの上面に直交する面直方向の成分を含む第１磁場、及び、前記ステージの上面に平行な面内方向の成分を含む第２磁場に電気的に切り替える複数の電磁石を用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を極Ｋｅｒｒ効果信号から検出するステップと、
検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出するステップと、
を備えた半導体製造方法。
検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出するステップと、
を備えた半導体製造方法。
【請求項18】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記垂直磁気異方性膜の保持力よりも大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、
前記第１磁場の大きさを０にし、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
前記垂直磁気異方性膜の保持力よりも大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、
前記第１磁場の大きさを０にし、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
【請求項19】
前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出するステップにおいて、
前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる前記第２磁場から前記異方性磁界を導出する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる前記第２磁場から前記異方性磁界を導出する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
【請求項20】
前記複数の電磁石は、
表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、
表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、
各電磁石は、ヨーク及び複数のコイルを含み、
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答のための前記第２磁場を印加する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、
表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、
各電磁石は、ヨーク及び複数のコイルを含み、
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答のための前記第２磁場を印加する、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
【請求項21】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記試料の近傍に配置された磁場センサを含む磁場方向測定デバイスによって、前記第２磁場における前記面内方向以外の成分を測定する、
請求項２０に記載の半導体製造方法。
前記試料の近傍に配置された磁場センサを含む磁場方向測定デバイスによって、前記第２磁場における前記面内方向以外の成分を測定する、
請求項２０に記載の半導体製造方法。
【請求項22】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
【請求項23】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ステージは、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ステージは、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
【請求項24】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
【請求項25】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
第１制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
第２制御として、前記ステージは、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
第３制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第１制御、前記第２制御、及び、前記第３制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
第１制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
第２制御として、前記ステージは、照明光で照明される測定位置における前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
第３制御として、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第１制御、前記第２制御、及び、前記第３制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
【請求項26】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項２２に記載の半導体製造方法。
連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御する、
請求項２２に記載の半導体製造方法。
【請求項27】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項２３に記載の半導体製造方法。
前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御する、
請求項２３に記載の半導体製造方法。
【請求項28】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項２４に記載の半導体製造方法。
連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる、
請求項２４に記載の半導体製造方法。
【請求項29】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
第４制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
第５制御として、前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
第６制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第４制御、前記第５制御、及び、前記第６制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、
第４制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御し、
第５制御として、前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御し、
第６制御として、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、照明光で照明される測定位置における前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光のスポット位置を移動させる場合に、前記第４制御、前記第５制御、及び、前記第６制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する、
請求項２１に記載の半導体製造方法。
【請求項30】
複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得するステップと、
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップと、
をさらに備え、
前記複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得するステップにおいて、
前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を印加し、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップにおいて、
前記輝度値のヒステリシスループから前記着目領域毎の前記輝度値の変化幅を取得し、
前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、
前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得する、
請求項２０に記載の半導体製造方法。
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップと、
をさらに備え、
前記複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得するステップにおいて、
前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を印加し、
前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、
前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップにおいて、
前記輝度値のヒステリシスループから前記着目領域毎の前記輝度値の変化幅を取得し、
前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、
前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得する、
請求項２０に記載の半導体製造方法。
【請求項31】
前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、
前記基準着目領域に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させる、
請求項３０に記載の半導体製造方法。
前記基準着目領域に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させる、
請求項３０に記載の半導体製造方法。
【請求項32】
前記ステージは、温度付加機能を含み、
前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出するステップをさらに備えた、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出するステップをさらに備えた、
請求項１７に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
スピン移行トルク型磁気抵抗メモリ（Ｓｐｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、以下、スピン移行トルク型磁気抵抗メモリを、ＳＴＴ－ＭＲＡＭと呼び、磁気抵抗メモリを、ＭＲＡＭと呼ぶ。）向けの垂直磁気異方性膜（Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ膜、以下、ＰＭＡ膜と呼ぶ。）における異方性磁界Ｈｋの評価方法としては、振動試料型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ Ｓａｍｐｌｅ Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ、以下、ＶＳＭと呼ぶ。）が代表的なものである。しかしながら、ＶＳＭにおいて測定に用いる試料のサイズは、数１０ｍｍ□程度が限界である。よって、φ２００ｍｍ及びφ３００ｍｍといった半導体ウェハ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗａｆｅｒ）の状態で異方性磁界Ｈｋを評価することは困難である。したがって、ＶＳＭによる異方性磁界Ｈｋの評価は、試料を小片化する所謂、破壊検査である。
【0003】
一方で、試料に磁場を与えたときに発生する磁気光学カー効果（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｋｅｒｒ Ｅｆｆｅｃｔ、以下、ＭＯＫＥまたはＫｅｒｒ効果と呼ぶ。）と呼ばれる物理現象を検出する装置は、古典的な磁気光学測定装置である。このような装置を説明の便宜上、ＭＯＫＥ装置と呼ぶ。ＭＯＫＥ装置の基本構成は、例えば、非特許文献２に開示されている。ＭＯＫＥ装置は、電磁石の構造を工夫することで非破壊検査を行うことができる。
【0004】
半導体ウェハを試料とする場合には、ＭＯＫＥ装置は、非特許文献１及び非特許文献２に記載されたような対向電磁石ではなく、半導体ウェハの表面側に配置した電磁石を有するようにする。この場合には、ＭＯＫＥ装置は、ヨークと呼ばれる磁芯及び磁芯に巻かれたコイルを含む電磁石を２つ、または、４つ含んでいる。このようなＭＯＫＥ装置は、既に商品化されている。以下では、半導体ウェハの表面側に配置された複数の電磁石を漏れ磁場電磁石と呼び、漏れ磁場電磁石によって形成された磁場を、漏れ磁場と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許第６５９３７３９号明細書
【特許文献2】米国特許第７１６６９９７号明細書
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】G. Ju, et.al, “Measurement of perpendicular media anisotropy field with accurate demagnetization correction”, JAP V93 No.10, pp.7846 (2003)
【非特許文献2】P. Wolniansky, et.al,” Magneto-optica measurements of hysteresis loop and anisotropy energy constants on amorphous Tbx Fe1-x alloys”, JAP V60, No1, pp346 (1986)
【非特許文献3】J-Won Lee, et.al,” Full vectorial spin-reorientation transition and magnetization reversal study in ultrathin ferromagnetic films using magneto-optical Kerr effects”, Phy. Rev. B65, 144437 (2002)
【非特許文献4】目黒栄、他、「局所磁化方向検出可能なカー効果顕微鏡の開発と空間磁場検出への応用」、顕微鏡、V52, No.3, pp119 (2017)
【非特許文献5】Jodi M. Iwata-Harms et.al, ”High-temperature thermal stability driven by magnetization dilution in CoFeB free layers for spin-transfer-torque magnetic random access memory”, Scientific Reports (2018) 8,14409
【非特許文献6】”3D MAGNETIC FIELD CAMERA”,［online］、［2023年2月1日検索］、インターネット＜https://www.magcam.com/magnetic-field-measurement-systems/MiniCube-3D＞
【非特許文献7】3軸テスラメータ、［online］、［2023年2月8日検索］、インターネット＜https://ims-jp.com/products/teslameter/3mh3/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ＭＲＡＭで使用されるＰＭＡ膜に垂直磁場以外の面内磁場、あるいは傾斜磁場を印加した場合には、Ｋｅｒｒ効果の信号は、極Ｋｅｒｒ効果、縦Ｋｅｒｒ効果及び横Ｋｅｒｒ効果を混在して含むことが知られている。これらを分離するために、特許文献１、特許文献２及び非特許文献３には、照明角度または偏光方向を変えた複数回の測定から極Ｋｅｒｒ効果／縦Ｋｅｒｒ効果を分離して、異方性磁界Ｈｋを抽出する方法が開示されている。しかしながら、複数回測定であることに加えて、異方性磁界Ｈｋを測定するためには、強い面内磁場を印加して試料の面内磁化を飽和させる必要がある。ＭＲＡＭに使用される磁性材料の場合には、電磁石は、少なくとも５ｋＯｅ以上の面内磁場を出力する大型のものを必要とする。さらに、面内磁場の方向は、正確に水平（面内）にする必要がある。
【0008】
したがって、極Ｋｅｒｒ効果／縦Ｋｅｒｒ効果の分離を対向磁場ではなく、片側保持の漏れ磁場で実現するためには、左右のヨーク間隔を広く取り、ヨーク径を大きくし、コイルの巻数を増やす必要がある。よって、電磁石は、大型化する。前述の５ｋＯｅ以上の面内磁場を出力できる電磁石を、対物レンズと試料との間の数１０ｍｍ程度のワーキングディスタンス（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）の間に収めることは、現実的に困難である。
【0009】
本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、非破壊で磁気特性を高精度に測定することができる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示に係る半導体製造装置は、ステージ上の試料に印加する磁場として、前記ステージの上面に直交する面直方向の成分を含む第１磁場、及び、前記ステージの上面に平行な面内方向の成分を含む第２磁場に電気的に切り替える複数の電磁石を用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出する検出部と、検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出する導出部と、を備える。
【0011】
上記半導体製造装置では、前記複数の電磁石に流れる電流を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記垂直磁気異方性膜の保磁力よりも十分大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、前記第１磁場の大きさを０にし、前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、前記検出部は、前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出してもよい。
【0012】
上記半導体製造装置では、前記導出部は、前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる前記第２磁場から前記異方性磁界を導出してもよい。
【0013】
上記半導体製造装置では、前記複数の電磁石に流れる電流を制御する制御部を備え、前記複数の電磁石は、表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、各電磁石は、ヨーク及びコイルを含み、前記制御部は、コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答測定のための前記第２磁場を印加してもよい。
【0014】
上記半導体製造装置では、前記試料の膜表面と同じ高さに配置された磁場センサを含み、前記第２磁場における前記面内方向以外の成分を測定する磁場方向測定デバイスをさらに備えてもよい。
【0015】
上記半導体製造装置では、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記制御部は、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御してもよい（第１制御）。
【0016】
上記半導体製造装置では、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ステージは、前記面内方向の成分が試料膜面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御してもよい（第２制御）。
【0017】
上記半導体製造装置では、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させるビームステアリングをさらに備え、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ビームステアリングによるビーム角度制御によって、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光の前記試料上のスポット位置を移動させてもよい（第３制御）。
【0018】
また、上記第１制御、第２制御、及び、第３制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する補正制御でもよい。例えば、上記コイル毎に流れる電流の制御と上記試料面の傾斜の制御を組み合わせることで過度なコイル電流制御、過度な傾斜角度制御を回避することが可能となる。ここで、「過度な」とは、副作用が大きく、弊害が出てくることを意味する。例えば、過度なコイル電流制御の場合、左右のヨークから出力される磁場の大きさが著しく異なり、連続運転時の発熱量に差が生じ、安定性への副作用が問題となる。
【0019】
上記半導体製造装置では、前記制御部は、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御してもよい（第４制御）。ここで、「連続的な」とは、ウェハ内の多点を測定、且つ、ウェハは多数枚を連続して測定することを意味する。
【0020】
上記半導体製造装置では、前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面内方向の成分が試料面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御してもよい（第５制御）。
【0021】
上記半導体製造装置では、前記ビームシフタは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光の前記試料上のスポット位置を移動させてもよい（第６制御）。
【0022】
また、上記第４制御、第５制御、及び、第６制御の中から少なくとも２つの制御を組み合わせて実施する補正制御でもよい。
【0023】
上記半導体製造装置では、複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得する画像取得部と、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析する画像解析部と、を備え、前記制御部は、前記画像取得部が前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を正負掃引し、着目領域毎に垂直磁化信号の変化幅を取得する。この掃引は垂直方向に飽和磁化させた状態で終わる。その後に前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、前記画像解析部は、着目領域毎の前記輝度値の消磁応答から、前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記第２磁場の正負掃引における輝度変化量が前記垂直磁化信号の変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得してもよい。
【0024】
上記半導体製造装置では、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させるビームステアリングをさらに備え、前記ビームステアリングは、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に相当する前記基準着目領域の中心に、前記照明光のスポット位置を移動させてもよい。
【0025】
上記半導体製造装置では、前記ステージは、温度付加機能を含み、前記導出部は、前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出してもよい。
【0026】
本開示に係る半導体製造方法は、ステージ上の試料に印加する磁場として、前記ステージの上面に直交する面直方向の成分を含む第１磁場、及び、前記ステージの上面に平行な面内方向の成分を含む第２磁場に電気的に切り替える複数の電磁石を用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップと、検出した前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出するステップと、を備える。
【0027】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記垂直磁気異方性膜の保持力よりも十分大きい前記第１磁場を前記試料に印加して前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させ、前記第１磁場の大きさを０にし、前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、複数回の前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、前記正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出してもよい。
【0028】
上記半導体製造方法では、前記垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出するステップにおいて、前記消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる前記第２磁場から前記異方性磁界を導出してもよい。
【0029】
上記半導体製造方法では、前記複数の電磁石は、表面及び裏面を有するウェハを含む前記試料の表面側に配置され、表面側から前記試料に対して、前記第１磁場及び前記第２磁場を印加し、各電磁石は、ヨーク及び複数のコイルを含み、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、コイル毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、前記試料に対して、前記垂直磁気異方性膜の垂直磁化を飽和させるための前記第１磁場、及び、前記消磁応答のための前記第２磁場を印加してもよい。
【0030】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記試料の膜表面と同じ高さに配置された磁場センサを含む磁場方向測定デバイスによって、前記第２磁場における前記面内方向以外の成分を測定してもよい。
【0031】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御してもよい。
【0032】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記ステージは、前記面内方向の成分が試料膜面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御してもよい。
【0033】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記磁場方向測定デバイスが測定した前記第２磁場に基づいて、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の試料上のスポット位置を移動させてもよい。また、上記の複数の制御を組み合わせた補正制御でもよい。
【0034】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小になるように、コイル毎に流れる電流を制御してもよい。
【0035】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記ステージは、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記面内方向の成分が試料膜面と平行になるように、前記試料の傾斜を制御してもよい。
【0036】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、連続的な前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の位置に、前記照明光の試料上のスポット位置を移動させてもよい。
【0037】
上記半導体製造方法では、複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得するステップと、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップと、をさらに備え、前記複数の着目領域を含む前記試料の画像を取得するステップにおいて、前記着目領域毎の前記輝度値のヒステリシスループを取得するように、前記試料に前記第１磁場を正負掃引し、着目領域毎に垂直磁化信号の変化幅を取得する。この掃引は垂直方向に飽和磁化させた状態で終わる。その後に前記第２磁場に切り替え、前記第２磁場の大きさを０から上げていき、前記第２磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行い、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果による着目領域毎の輝度値の変化を解析するステップにおいて、着目領域毎の前記輝度値の消磁応答から、前記正負掃引において磁化反転が起きた複数の前記着目領域の位置から、前記第２磁場の前記面直方向の成分が最小の前記着目領域である基準着目領域を導出し、前記基準着目領域の前記輝度値を外挿フィッティングし、前記第２磁場の正負掃引における輝度変化量が前記垂直磁化信号の変化幅の１／２になる前記第２磁場から前記異方性磁界を取得してもよい。
【0038】
上記半導体製造方法では、前記試料における垂直磁気異方性膜の消磁応答を検出するステップにおいて、前記基準着目領域に、前記磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の光路を移動させてもよい。
【0039】
上記半導体製造方法では、前記ステージは、温度付加機能を含み、前記試料の温度と、前記異方性磁界と、の関係から熱安定性指標を導出するステップをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【0040】
本開示により、非破壊で磁気特性を高精度に測定することができる半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】実施形態１に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。
【図2】実施形態１に係る半導体製造装置における磁場生成部を例示した斜視図である。
【図3】実施形態１に係る半導体製造装置における磁場生成部が生成した磁場を例示した模式図である。
【図4】実施形態１に係る半導体製造装置における磁場生成部が生成した磁場を例示した模式図である。
【図5】実施形態１に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化特性のヒステリシスループを例示したグラフであり、横軸は、面直方向の外部磁場を示し、縦軸は、試料の垂直磁化を示す。
【図6】実施形態１に係る半導体製造方法を例示したフローチャート図である。
【図7】実施形態１に係る半導体製造方法において、消磁応答の検出を例示したフローチャート図である。
【図8】実施形態１に係る半導体製造装置において、試料に印加する磁場を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、磁場の強度を示す。
【図9】実施形態１に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。
【図10】実施形態１に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、面内磁場を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。
【図11】実施形態１の別の例に係る半導体製造装置において、試料に印加する磁場を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、磁場の強度を示す。
【図12】実施形態１の別の例に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。
【図13】実施形態２に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。
【図14】実施形態２に係る半導体製造装置において、磁場方向測定デバイスにより定量化した片持ちの電磁石による漏れ磁場を例示した図である。
【図15】実施形態２に係る半導体製造装置において、磁場方向測定デバイスにより定量化した片持ちの電磁石による漏れ磁場を例示した図である。
【図16】実施形態２に係る半導体製造装置において、観察顕微鏡の構成を例示した模式図である。
【図17】実施形態２に係る半導体製造装置において、磁場方向測定デバイスで測定されたＢｘ及びＢｚから磁場方向を定義する前及び定義した後に、Ｙ軸の所定の座標で切断した場合の面内磁場の角度の１次元分布を例示したグラフであり、横軸は、Ｘ軸座標を示し、縦軸は、面内磁場の角度を示す。
【図18】実施形態２に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化の信号を例示したグラフであり、横軸は、面内磁場を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。
【図19】実施形態２に係る異方性磁場Ｈｋの検証を例示したグラフであり、横軸は、ＶＳＭにより取得した異方性磁場Ｈｋを示し、縦軸は、本実施形態の手法により取得した異方性磁場Ｈｋを示す。
【図20】実施形態３に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。
【図21】実施形態３に係る半導体製造装置において、着目領域を例示した図である。
【図22】実施形態３に係る半導体製造装置において、測定した試料の平均輝度値を例示したグラフであり、横軸は、印加した面直磁場を示し、縦軸は、平均輝度値を示す。
【図23】実施形態３に係る半導体製造装置において、測定した試料の平均輝度値を例示したグラフであり、横軸は、印加した面内磁場を示し、縦軸は、平均輝度値を示す。
【図24】実施形態３に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、面内磁場を示し、縦軸は、垂直磁化の信号の強度を示す。
【発明を実施するための形態】
【0042】
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【0043】
（実施形態の概要）
実施形態に係る半導体製造装置及び半導体製造方法の概要について説明する。本実施形態の半導体製造装置は、ＰＭＡ膜等の磁性体膜を含む半導体ウェハの製造装置を含んでもよいし、磁性体膜を含む半導体ウェハの検査装置を含んでもよい。また、本実施形態の半導体製造装置は、ＭＲＡＭを含む半導体メモリ素子の製造装置を含んでもよいし、ＭＲＡＭを含む半導体メモリ素子の検査装置を含んでもよい。本実施形態の半導体製造装置は、磁気特性を高精度及び高感度で測定した半導体ウェハ及び半導体メモリ素子を提供する。
実施形態に係る半導体製造装置及び半導体製造方法の概要について説明する。本実施形態の半導体製造装置は、ＰＭＡ膜等の磁性体膜を含む半導体ウェハの製造装置を含んでもよいし、磁性体膜を含む半導体ウェハの検査装置を含んでもよい。また、本実施形態の半導体製造装置は、ＭＲＡＭを含む半導体メモリ素子の製造装置を含んでもよいし、ＭＲＡＭを含む半導体メモリ素子の検査装置を含んでもよい。本実施形態の半導体製造装置は、磁気特性を高精度及び高感度で測定した半導体ウェハ及び半導体メモリ素子を提供する。
【0044】
ＰＭＡ膜等の磁性体膜の材料を測定及び評価する方法としては、前述したようにＭＯＫＥ装置を利用した光学測定が知られている。本実施形態では、ＶＳＭ等において、破壊検査によって測定及び評価していた異方性磁界Ｈｋを半導体ウェハの状態で測定及び評価する。
【0045】
また、本実施形態は、外挿方式で異方性磁界Ｈｋを測定する。よって、本実施形態の半導体製造装置には、比較的小さい磁場を出力する電磁石を適用することができ、装置構成を容易にする。さらに、本実施形態の半導体製造装置は、試料への磁場方向を逐次、測定及び補正する制御を行うので、連続的な異方性磁界Ｈｋの測定及び評価の安定性を向上させることができる。
【0046】
（実施形態１）
実施形態１に係る半導体製造装置を説明する。本実施形態の半導体製造装置を、＜構成＞、＜試料＞及び＜動作＞に分けて説明する。
実施形態１に係る半導体製造装置を説明する。本実施形態の半導体製造装置を、＜構成＞、＜試料＞及び＜動作＞に分けて説明する。
【0047】
＜構成＞
図１は、実施形態１に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図１に示すように、半導体製造装置１は、例えば、ＭＯＫＥ装置でもよい。半導体製造装置１は、光学系１０、検出部２０、磁場生成部３０、及び、導出部４０を備えている。半導体製造装置１は、ステージ５０上の試料６０の磁化特性を測定及び評価する。
図１は、実施形態１に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図１に示すように、半導体製造装置１は、例えば、ＭＯＫＥ装置でもよい。半導体製造装置１は、光学系１０、検出部２０、磁場生成部３０、及び、導出部４０を備えている。半導体製造装置１は、ステージ５０上の試料６０の磁化特性を測定及び評価する。
【0048】
ここで、半導体製造装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。ステージ５０の上面に直交する方向をＺ軸方向とし、上方を＋Ｚ軸方向、下方を－Ｚ軸方向とする。Ｚ軸方向に直交する面をＸＹ面とする。Ｚ軸方向を面直方向または垂直方向と呼ぶ場合がある。ＸＹ面に平行な方向を面内方向または水平方向と呼ぶ場合がある。
【0049】
光学系１０は、一例として、光源１１、偏光子１２、ハーフミラーＨＭ、対物レンズ１３、及び、偏光ビームスプリッタ１４を含んでいる。光学系１０は、これら以外に、レンズ、ミラー、波長板、ビームステアリング（Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）１５等の光学素子を含んでもよい。検出部２０は、一例として、検出器２１及び２２、信号解析部２３を含んでいる。
【0050】
光源１１は、例えば、レーザ光源である。その場合には、照明光は、レーザ光である。光学系１０は、光源１１から出射した照明光を、ミラーＭＬを介して偏光子１２に透過させる。これにより、照明光は、直線偏光を含む直線偏光光に変換される。直線偏光を含む照明光は、ハーフミラーＨＭ及び対物レンズ１３を介して試料６０を照明する。
【0051】
対物レンズ１３の光軸は、Ｚ軸方向に延びている。よって、光学系１０は、偏光した照明光で試料６０を垂直に照明する。つまり、照明光の主軸が対物レンズ１３の光軸に沿うように試料６０を照明する。試料６０で反射した反射光は、対物レンズ１３及びハーフミラーＨＭを介して偏光ビームスプリッタ１４に入射する。偏光ビームスプリッタ１４は、ｓ偏光を含む反射光と、ｐ偏光を含む反射光に分離する。そして、偏光ビームスプリッタ１４によって分離されたｓ偏光を含む反射光及びｐ偏光を含む反射光は、それぞれ、検出器２１及び２２で検出される。
【0052】
検出部２０は、偏光ビームスプリッタ１４によって分離されたｓ偏光の偏光成分及びｐ偏光の偏光成分を、それぞれ、２つの検出器２１及び２２で同時検出し、信号解析部２３によって解析する。信号解析部２３は、差動検出系を構成してもよい。検出部２０は、ロックインアンプ（Ｌｏｃｋ－ｉｎ－ａｍｐ）によって構成制御することで、ＳＮ比を向上させてもよい。
【0053】
光学系１０は、磁場生成部３０で生成した磁場を試料６０に印可したときの反射光を検出部２０に導く。反射光は、磁場中の試料６０で発生したＫｅｒｒ効果によって偏光状態が僅かに変調を受けている。検出部２０は、磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、第１磁場または容易軸（Ｚ軸）方向の磁場を試料６０に正負掃引することでＰＭＡ膜の容易軸の面直磁化応答を検出する。第２磁場または困難軸（Ｘ軸）方向の磁場を試料６０に正負掃引することでＰＭＡ膜の消磁応答を検出する。このように、本実施形態の光学系１０は、試料６０に対して照明光を垂直に入射することによって極Ｋｅｒｒ効果を検出するＰｏｌａｒ Ｍｏｋｅと呼ばれる構成となっている。
【0054】
図２は、実施形態１に係る半導体製造装置１における磁場生成部３０を例示した斜視図である。図２に示すように、磁場生成部３０は、一例として、２つの電磁石３０ａ及び３０ｂ、並びに、制御部３６を含んでいる。なお、磁場生成部３０は、以下で示す面直方向の成分を含む面直磁場及び面内方向の成分を含む面内磁場を形成することができれば、２つの電磁石３０ａ及び３０ｂに限らず、４つの電磁石等、２つ以外の個数の電磁石を含んでもよい。制御部３６は、複数の電磁石３０ａ及び３０ｂに流れる電流を制御する。
【0055】
複数の電磁石３０ａ及び３０ｂは、表面及び裏面を有するウェハを含む試料６０の表面側に配置されている。電磁石３０ａ及び３０ｂは、試料６０表面側から、試料６０に対して、面直磁場及び面内磁場を印加する。電磁石３０ａ及び電磁石３０ｂは、Ｘ軸方向に並んで配置されている。電磁石３０ａ及び３０ｂは、それぞれ、コイル３１ａ及び３１ｂを含む。コイル３１ａ及び３１ｂを総称して、コイル３１と呼ぶ。制御部３６は、コイル３１毎に流す電流の方向及び大きさを制御することによって、試料６０に対して、ＰＭＡ膜の垂直磁化を飽和させるための面直磁場、及び、消磁応答測定のための面内磁場を印可する。
【0056】
電磁石３０ａ及び３０ｂは、また、それぞれ、ヨーク３２ａ及び３２ｂを含む。ヨーク３２ａ及び３２ｂを総称して、ヨーク３２と呼ぶ。ヨーク３２は、例えば、Ｌ字状の形状を有している。ヨーク３２は、面直方向に延びた面直部分３３、並びに、面直方向に傾斜した傾斜部分３４を有するＬ字状である。ヨーク３２ａは、面直部分３３ａ及び傾斜部分３４ａを含み、ヨーク３２ｂは、面直部分３３ｂ及び傾斜部分３４ｂを含む。面直部分３３ａ及び３３ｂを総称して、面直部分３３と呼び、傾斜部分３４ａ及び３４ｂを総称して、傾斜部分３４と呼ぶ。傾斜部分３４ａ及び３４ｂは、面内方向に平行に延びてもよい。コイル３１は、面直部分３３に所定の方向に巻かれている。
【0057】
具体的には、電磁石３０ａは、面直方向に延びた面直部分３３ａ及び面直方向に傾斜した傾斜部分３４ａを有するＬ字状のヨーク３２ａと、面直部分３３ａに所定の方向に巻かれたコイル３１ａと、を含む。電磁石２０ｂは、面直方向に延びた面直部分３３ｂ及び面直方向に傾斜した傾斜部分３４ｂを有するＬ字状のヨーク３２ｂと、面直部分３３ｂに所定の方向に巻かれたコイル３１ｂと、を含む。
【0058】
面直部分３３ａ及び３３ｂは、それぞれ、電磁石３０ａ及び３０ｂの中心軸を通る。各ヨーク３２ａ及び３２ｂの上端、すなわち、面直部分３３ａ及び３３ｂの上端は、接続板３５に接続されている。面直部分３３ａ及び３３ｂの下端は、それぞれ、傾斜部分３４ａ及び３４ｂの一端に接続されている。
【0059】
ヨーク３２ａの傾斜部分３４ａ及びヨーク３２ｂの傾斜部分３４ｂは、Ｘ軸方向に延びている。傾斜部分３４ａの一端は、電磁石３０ａの中心を通る面直部分３３ａの下端に接続されている。よって、傾斜部分３４ａは、面直部分３３ａの下端から＋Ｘ軸方向に延びている。傾斜部分３４ｂの一端は、電磁石３０ｂの中心を通る面直部分３３ｂの下端に接続されている。よって、傾斜部分３４ｂは、面直部分３３ｂの下端から－Ｘ軸方向に延びている。傾斜部分３４ａの端部と、傾斜部分３４ｂの端部とは、Ｘ軸方向において、対向する。
【0060】
図３及び図４は、実施形態１に係る半導体製造装置１における磁場生成部３０が生成した磁場を例示した模式図（磁場シミュレーション結果）である。図３に示すように、磁場生成部３０の各電磁石３０ａ及び３０ｂに対して、電流の向きを同相とした電流を流すと、ヨーク３２の端部の近傍に面直方向の成分を含む面直磁場を形成することができる。一方、図４に示すように、磁場生成部３０の各電磁石３０ａ及び３０ｂに対して、電流の向きを逆相とした電流を流すと、ヨーク３２の端部の近傍に面内方向の成分を含む面内磁場を形成することができる。
【0061】
導出部４０は、検出部２０が検出した結果に基づいて、試料６０の異方性磁界Ｈｋを導出する。例えば、導出部４０は、試料６０の消磁応答を外挿フィッティングすることによって、ＰＭＡ膜の異方性磁界Ｈｋを導出する。
【0062】
＜試料＞
試料６０は、一例として、ＰＭＡ膜をシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）ウェハ（Ｗａｆｅｒ）上に成膜したものである。ＰＭＡ膜は、ＭＲＡＭを含むデバイスの機能であるフリー（Ｆｒｅｅ）層と呼ばれるものを模したものである。ＰＭＡ膜は、例えば、軟磁性であるＣｏＦｅＢ等を含む膜が典型である。試料６０は、具体的には、ＣｏＦｅＢの上下層に、ＭｇＯ層が積層されている。そして、試料６０は、表層に金属Ｃａｐ層が積層されている。ＭｇＯ層は、大きなトンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ、以下、ＴＭＲ効果と呼ぶ。）を得るための層である。
試料６０は、一例として、ＰＭＡ膜をシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）ウェハ（Ｗａｆｅｒ）上に成膜したものである。ＰＭＡ膜は、ＭＲＡＭを含むデバイスの機能であるフリー（Ｆｒｅｅ）層と呼ばれるものを模したものである。ＰＭＡ膜は、例えば、軟磁性であるＣｏＦｅＢ等を含む膜が典型である。試料６０は、具体的には、ＣｏＦｅＢの上下層に、ＭｇＯ層が積層されている。そして、試料６０は、表層に金属Ｃａｐ層が積層されている。ＭｇＯ層は、大きなトンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔ、以下、ＴＭＲ効果と呼ぶ。）を得るための層である。
【0063】
図５は、実施形態１に係る半導体製造装置１において、試料６０の垂直磁化特性のヒステリシスループ（Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ Ｌｏｏｐ）を例示したグラフであり、磁場掃引パターンは例えば０→（＋）→（―）→０→（＋）である。横軸は、面直方向の外部磁場を示し、縦軸は、試料６０の垂直磁化を示す。図５において、保持力をＨｃで示す。面直方向の磁化量のレンジ（変化幅）を２として規格化して示されている。面直方向の磁化量のレンジを本開示ではＤＯＰＭ（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）と呼ぶ。図５に示すように、試料６０に対して面直方向の外部磁場を印可した場合には、試料６０の垂直磁化は、ヒステリシスループを示す。
【0064】
＜動作＞
次に、本実施形態の半導体製造装置１の動作を説明する。図６は、実施形態１に係る半導体製造方法を例示したフローチャート図である。図７は、実施形態１に係る半導体製造方法において、消磁応答の検出を例示したフローチャート図である。図８は、実施形態１に係る半導体製造装置１において、試料６０に印加する磁場を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、磁場の強度を示す。図８には、印加する磁場の方向を矢印で示している。図９は、実施形態１に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。図９には、試料６０の垂直磁化の方向及び大きさを矢印で示している。
次に、本実施形態の半導体製造装置１の動作を説明する。図６は、実施形態１に係る半導体製造方法を例示したフローチャート図である。図７は、実施形態１に係る半導体製造方法において、消磁応答の検出を例示したフローチャート図である。図８は、実施形態１に係る半導体製造装置１において、試料６０に印加する磁場を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、磁場の強度を示す。図８には、印加する磁場の方向を矢印で示している。図９は、実施形態１に係る半導体製造装置において、試料の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。図９には、試料６０の垂直磁化の方向及び大きさを矢印で示している。
【0065】
図６に示すように、本実施形態の半導体製造方法は、消磁応答を検出するステップ（Ｓ１０）及び消磁応答を外挿フィッティングするステップ（Ｓ２０）を備えている。消磁応答を検出するステップは、図７に示すように、面直磁場を印加し、垂直磁化を飽和するステップ（Ｓ１１）、面直磁場の大きさを０にするステップ（Ｓ１２）、面内磁場に切り替えるステップ（Ｓ１３）、面内磁場の正負掃引するステップ（Ｓ１４）及び極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出するステップ（Ｓ１５）を含んでいる。以下、図８及び図９を参照して詳細に説明する。
【0066】
【0067】
図８の準備において、まず、試料６０を予め消磁した状態にする。次に、磁場生成部３０は、試料６０に対して、面直方向の成分を含む面直磁場を印可する。このとき、制御部３６は、電磁石３０ａ及び３０ｂにおける電流の向きを同相となるように制御する。具体的には、制御部３６は、面直磁場を徐々に上げていく。そして、図９に示すように、制御部３６は、ＰＭＡ膜の保磁力（Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）Ｈｃよりも十分に大きい面直磁場を試料６０に対して印加してＰＭＡ膜の垂直磁化を飽和させる（ステップＳ１１）。試料６０の垂直磁化を十分に飽和させるためには、保磁力Ｈｃの例えば１０倍程度以上の磁場を印可することが好ましい。このとき、消磁状態から飽和状態までの極Ｋｅｒｒ信号のレンジ（変化幅）を記録して、以降の極Ｋｅｒｒ効果信号の強度を規格化する。その後、制御部３６は、例えば、電磁石３０ａ及び３０ｂに流す電流を０にして、面直磁場の大きさを０にする（ステップｓ１２）。尚、ＰＭＡ膜であれば磁場をゼロにしても飽和した垂直磁化の状態は保持される。
【0068】
次に、図８の掃引に示すように、制御部３６は、電磁石３０ａ及び３０ｂにおける電流の向きを逆相に変える。これにより、制御部３６は、試料６０に対して印加する磁場を、面内方向の成分を含む面内磁場に切り替える（ステップＳ１３）。そして、制御部３６は、印加する面内磁場の大きさを０から徐々に上げていく。このとき、図９に示すように、試料６０の垂直磁化が減っていく過程を極Ｋｅｒｒ効果信号の強度として記録する。
【0069】
ここで、印可する面内磁場が大きすぎた場合、または、面内磁場の方向に誤差がある場合には、非特許文献１に開示されているように、ブレイクポイント（Ｂｒｅａｋ Ｐｏｉｎｔ）と呼ばれる磁化反転（例えば、上向きの磁化から下向きの磁化への反転）が起きてしまう。磁化反転は、面内磁場の大きさが臨界点を超えると起きる現象である。磁化反転が起きると、本実施形態の前提である物理モデル（比較的小さな外部磁場における磁化の一斉回転モデル）、すなわち、リバーシブル（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ）な掃引（Ｓｗｅｅｐ）が破綻してしまう。そうすると、外挿Ｆｉｔｔｉｎｇのモデル式から逸脱するために異方性磁磁界Ｈｋを正しく測定することができない。そこで、制御部３６は、磁化反転が起きない範囲でリバーシビリティの確認と平均化のために複数回、面内磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行う（ステップＳ１４）。検出部２０は、正負掃引によって測定された極Ｋｅｒｒ効果信号から消磁応答を検出する（ステップＳ１５、ステップＳ１０）。
【0070】
次に、試料６０の垂直磁化が減っていく過程を外挿する。図１０は、実施形態１に係る半導体製造装置１において、試料６０の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、面内磁場を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。図１０に示すように、印加する面内磁場を０から徐々に上げた場合に、導出部４０は、試料６０の垂直磁化が減っていく過程を外挿する。例えば、導出部４０は、外挿した線と、横軸と、の交点から、異方性磁場Ｈｋを求める。すなわち、導出部４０は、消磁応答を外挿フィッティングすることによって、磁化量が０になる面内磁場の値から異方性磁界Ｈｋを導出する（ステップＳ２０）。
【0071】
このように、本実施形態の半導体製造装置１は、ステージ５０上の試料６０に印加する磁場として、ステージ５０の上面に直交する面直方向の成分を含む第１磁場、及び、ステージ５０の上面に平行な面内方向の成分を含む第２磁場に電気的に切り替える複数の電磁石３０ａ及び３０ｂを用いた磁気光学Ｋｅｒｒ効果の測定を行う。半導体製造装置１は、当該磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定において、試料６０におけるＰＭＡ膜の消磁応答を検出する検出部２０と、検出した消磁応答を外挿フィッティングすることによって、垂直磁気異方性膜の異方性磁界を導出する導出部と、を備える。
【0072】
図１１は、実施形態１の別の例に係る半導体製造装置１において、試料６０に印加する磁場を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、磁場の強度を示す。図１２は、実施形態１の別の例に係る半導体製造装置１において試料６０の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。
【0073】
前述の図８及び図９における消磁状態にする処置には時間がかかるので、図１１及び図１２図に示すように、準備として、＋Ｈ磁場で終わるような＋Ｈ→０→－Ｈ→０→＋Ｈになる通常の容易軸のヒステリシスループ測定磁場を印加してもよい。この場合には、異方性磁界Ｈｋの前処理である垂直磁化の飽和処理を兼ねて、通常の極Ｋｅｒｒ効果の測定による容易軸のヒステリシスループを準備ステップで取得することができる。このため、ＰＭＡ膜の飽和磁化量の大きさ、保持力Ｈｃと言った基本性能を評価することも可能である。異方性磁界Ｈｋとある程度の相関がある保磁力Ｈｃも同時に取得することができることになる。尚、図９及び図１２の縦軸は、規格化した垂直磁化量であり、図５のヒステリシスループの最大から最小までの１／２が１になるように規格化している。
【0074】
次に、本実施形態の効果を説明する。これまで、一般的に、ＰＭＡ膜の異方性磁界Ｈｋは、ＶＳＭによる破壊検査で取得されていた。これに対して、本実施形態は、ＰＭＡ膜の異方性磁界Ｈｋを非破壊検査として、ＭＯＫＥ装置を用いた磁気光学方式で測定する。その際に、非特許文献３等で報告されているような面内及び面直の磁化特性分離方式等の強力な磁場を必要としない。本実施形態は、比較的小さな磁場で異方性磁界Ｈｋを測定することができる方式である消磁方式を用いる。これにより、ウェハの状態での異方性磁場Ｈｋを測定及び評価することができる。
【0075】
ＰＭＡ膜を用いたＭＲＡＭにおいて、異方性磁界Ｈｋは、ＭＲＡＭの信頼性及び耐久性は、勿論、駆動速度にも大きく関与する重要特性因子である。現状は、ＶＳＭとよばれる機械振動式の装置を用いて異方性磁界Ｈｋを測定することができる。しかしながら、ＶＳＭの装置に適用可能な試料６０サイズは、典型的には１０数ｍｍ□であり、前述したように、基本的には、破壊検査である。
【0076】
一方、特許文献１及び２並びに非特許文献３に示すように、非破壊検査である磁気光学方式において、異方性磁界Ｈｋを検出するいくつかの報告がされている。特に、非特許文献３では、磁気光学方式において、原理上、面直及び面内の磁化特性が混在した状態で測定されている。そして、照明光の入射角度及び照明光の偏光方向といった条件を変えた複数回の測定によって、面直磁化と面内磁化との信号を分離することが報告されている。しかしながら、複数回の測定であることに加えて、異方性磁界Ｈｋを測定するためには、強い面内磁場を印加して試料６０の面内磁化を飽和させる必要がある。ＭＲＡＭに使用される磁性材料の場合には、少なくとも５ｋＯｅ以上の面内磁場を出力する大型の電磁石を必要とする。
【0077】
さらに、試料６０の測定点での面内磁場の方向は、正確に水平（面内）にする必要がある。このような大きな面内磁場及び面内磁場の正確な方向の条件に加え、ウェハの状態で測定可能な電磁石を、前述の片側保持の漏れ磁場で実現するためには、左右のヨーク３２間隔を広く取り、ヨーク径を大きくし、コイルの巻数を増やす必要がある。そうすると、電磁石３０ａ及び３０ｂは大型化する。よって、対物レンズ１３と、試料６０と間のワーキングディスタンスの制限もあるので現実的には装置構成が困難である。
【0078】
非特許文献１及び２に示すように、小さな印加磁場で異方性磁界Ｈｋを測定する手法として、消磁法が報告されている。特に、非特許文献１では、対向する電磁石の間に試料を配置し、最初に垂直磁場印可で垂直磁化を飽和させる。その後、試料を９０°回転させて小さな面内磁場をゼロから徐々に増加させて、垂直磁化量の低下、すなわち、消磁応答を測定する。そして、消磁応答の外挿によって取得する完全に消磁される面内磁場の強度から異方性磁界Ｈｋを導出している。しかしながら、ウェハの状態で行う半導体製造装置では、対向する電磁石の配置及び試料６０であるウェハを回転させるのは現実的ではない。
【0079】
本実施形態の半導体製造装置１は、磁気光学方式を適用することによって、非破壊での異方性磁界Ｈｋの測定を実現する。そして、半導体製造装置１は、対向電磁石ではなく、試料６０の表面片側に電磁石３０ａ及び３０ｂを配置する。また、試料６０を回転するのではなく、駆動機構のない電気的制御によって、磁場の向きを回転させる。すなわち、半導体製造装置１は、電磁石３０ａ及び３０ａを試料６０の表面側に配置させ、電磁石３０ａ及び３０ｂの電流の向きを制御することによって、ウェハ状態での異方性磁界Ｈｋの測定を実現する。また、半導体製造装置１は、消磁応答の外挿を用いることにより、電磁石３０ａ及び３０ｂを小型化させることができる。このようにして、本実施形態の半導体製造装置１は、非破壊で磁気特性を高精度に測定することができる。
【0080】
（実施形態２）
次に、実施形態２の半導体製造装置を説明する。図１３は、実施形態２に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図１３に示すように、本実施形態の半導体製造装置２は、磁場方向測定デバイス７０をさらに備えている。磁場方向測定デバイス７０は、例えば、磁場センサ７１及び磁場コントローラ７２を含んでいる。磁場センサ７１は、試料６０の近傍に配置されている。例えば、磁場センサ７１の上面のＺ軸方向における位置は、試料６０の上面のＺ軸方向における位置と一致している。磁場方向測定デバイス７０は、面直磁場及び面内磁場の磁場方向を測定する。特に、磁場方向測定デバイス７０は、面内磁場における面内方向以外の成分を測定する。なお、半導体製造装置２の図１３に示された構成以外の構成は、図１と同様でもよい。
次に、実施形態２の半導体製造装置を説明する。図１３は、実施形態２に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図１３に示すように、本実施形態の半導体製造装置２は、磁場方向測定デバイス７０をさらに備えている。磁場方向測定デバイス７０は、例えば、磁場センサ７１及び磁場コントローラ７２を含んでいる。磁場センサ７１は、試料６０の近傍に配置されている。例えば、磁場センサ７１の上面のＺ軸方向における位置は、試料６０の上面のＺ軸方向における位置と一致している。磁場方向測定デバイス７０は、面直磁場及び面内磁場の磁場方向を測定する。特に、磁場方向測定デバイス７０は、面内磁場における面内方向以外の成分を測定する。なお、半導体製造装置２の図１３に示された構成以外の構成は、図１と同様でもよい。
【0081】
前述の実施形態１では、測定点における面内磁場の方向と、試料６０の上面の法線ベクトルと、が垂直であることが前提である。しかしながら、実際は、その前提を満たすことが困難な場合がある。その理由は、片側保持の漏れ磁場に固有の問題である。つまり、図１３の磁場ベクトルで模式的に示すように、２つのヨーク３２ａ及び３２ｂの端部間の間隔が比較的小さく、ヨーク３２ａ及び３２ｂと試料６０との間に所定の間隔がある場合には、試料６０上の磁場ベクトルが撓んでいる。厳密には、前述の前提が１点でしか成り立たない場合がある。
【0082】
試料６０の上面は、ＳＥＭＩ規格を満たす平面度を満たしており、ステージ５０は、精密な水準出しをしているので、前述の前提が１点でしか成り立たない原因は、空間における電磁石３０ａ及び３０ｂの機械的な固定、姿勢誤差、ヨーク３２ａ及び３２ｂから射出される磁場ベクトル自体の非対称誤差、レーザ光等の照明光の磁場空間における設定位置の誤差が挙げられる。このため、本実施形態では、これらの誤差を補正制御する機構を有していることを特徴とする。
【0083】
磁場カメラと呼ばれる磁場センサ７１は、３次元の磁場ベクトルを測定、定量化、可視化することができる。磁場カメラとしては、例えば、非特許文献６に開示されたものが挙げられる。非特許文献６に開示の磁場カメラは、アレイ状に形成された微小ホールセンサを有している。当該磁場カメラの測定範囲は、１０数ｍｍ角であり、ＸＹ空間分解能は、０．１ｍｍ程度である。当該磁場カメラは、カメラのように、一括で多数点の３次元磁場（磁束密度）を測定することができる。
【0084】
ここで、磁場センサ７１は高価な磁場カメラでなくても、非特許文献７にあるようなシングルスポット３軸ガウスメータを試料面と同じ高さでステージ５０に搭載して、ステージ５０をＳＴＥＰ移動、測定することで３次元の磁場ベクトルを測定してもよい。
【0085】
図１４及び図１５は、実施形態２に係る半導体製造装置２において、磁場方向測定デバイス７０により定量化した片持ちの電磁石３０ａ及び３０ｂによる漏れ磁場を例示した図である。図１４は、面内磁場を印可した場合のＺ軸方向の磁場（磁束密度）Ｂｚ（ｘ、ｙ）を示し、図１５は、面内磁場を印可した場合のＸ軸方向の磁場Ｂｘ（ｘ、ｙ）を示す。ここで、磁場方向測定デバイス７０が測定する測定点の中心位置、試料６０の上面位置、及び、照明光の照射位置は、ステージ５０のＸＹ座標系で管理されているものとする。また、図１４及び図１５のＸ座標及びＹ座標は、所定の値で変換されている。
【0086】
図１４に示すように、面内磁場を印可した場合のＺ軸方向の磁場Ｂｚは、例えば、＋Ｘ軸方向側で＋Ｈ（上向き）であり、－Ｘ軸方向側で－Ｈ（下向き）である。図１５に示すように、面内磁場を印可した場合のＸ軸方向の磁場Ｂｘは、例えば、中央部分において、＋Ｈ（上向き）であり、周辺部分で減少する。
【0087】
このような磁場方向測定デバイス７０を用いれば、照明光の照射位置及びその近傍のＢｘ、Ｂｙ及びＢｚを測定することができる。この測定結果に基づいて、本実施形態の前提になるＢｚがゼロになる磁場方向測定デバイス７０上のＸ座標を内挿フィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇすることにより、漏れ磁場をサブピクセルレベルの空間分解能で測定することができる。
【0088】
一方、磁場方向測定デバイス７０上における照明光の照射位置は、観察顕微鏡で確認してもよい。図１６は、実施形態２に係る半導体製造装置において、観察顕微鏡の構成を例示した模式図である。図１６に示すように、半導体製造装置２ａは、半導体製造装置２の構成に加えて、さらに、観察顕微鏡８０を含んでもよい。観察顕微鏡８０は、光源８１、偏光子８２、検光子８３、画像取得部８４、画像解析部８５、対物レンズ１３、及び、ハーフミラーＨＭを含んでいる。画像取得部８４は、試料６０の画像を取得する。画像解析部８５は、画像における輝度値の変化を解析する。
【0089】
本実施形態では、観察顕微鏡８０で取得した照明光の照射方向及び照射位置と、磁場方向測定デバイス７０で測定した面内磁場の方向及び位置と、を以下で示す３つの方法のいずれか、または３つのうちの複数の組み合わせで補正するように制御する。
【0090】
第１の制御の方法（Ｃｏｎｔ．１）は、左右のコイル３１ａ及び３１ｂへの電流を独立に変えることによって、面内磁場における面直方向の磁場Ｂｚ＝０になる位置をシフトさせる。すなわち、磁場方向測定デバイス７０が測定した面内磁場に基づいて、制御部３６は、試料測定点に相当するレーザスポット位置における面内磁場の面直方向の成分が最小（例えば、０）になるように、コイル３１ａ及び３１ｂ毎に流れる電流を制御する。
【0091】
また、制御部３６は、連続的な磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔、例えば、定期的に、面内磁場の面直方向の成分が最小になるように、コイル３１ａ及び３１ｂ毎に流れる電流をフィードバック制御してもよい。これにより、磁気光学Ｋｅｒｒ効果の測定を安定化させることができる。
【0092】
第２の制御の方法（Ｃｏｎｔ．２）は、磁場方向測定デバイス７０が測定した面内磁場に基づいて、試料６０に印加される面内方向の成分が試料膜面と平行になるように、ステージ５０に試料６０の傾斜を制御させる。具体的には、磁場方向測定デバイス７０によって測定された面内磁場の方向に合わせて、試料６０を吸着（Ｃｈｕｃｋ）及び保持しているウェハホルダ（Ｗａｆｅｒ Ｈｏｌｄｅｒ）を傾斜（Ｔｉｌｔ）させるように制御する。
【0093】
ここで、ステージ５０は、試料６０を吸着及び保持するウェハホルダを含む。また、ステージ５０は、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸方向に移動可能であり、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸の少なくともいずれかの周りに回転可能でもよい。この制御の方法は、半導体露光装置等で使用されている水準ステージ（Ｌｅｖｅｌｉｎｇ Ｓｔａｇｅ）等で実現可能である。
【0094】
また、ステージ５０は、連続的な磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、定期的に、面内方向の成分が試料面と平行になるように、試料６０の傾斜をフィードバック制御してもよい。例えば、照明光で照明される測定位置における面内方向の成分が最大になるように試料６０の傾斜をフィードバック制御してもよい。これにより、磁気光学Ｋｅｒｒ効果の測定を安定化させることができる。
【0095】
第３の制御の方法（Ｃｏｎｔ．３）は、磁場方向測定デバイス７０が測定した面内磁場に基づいて、面内磁場の面直方向の成分が最小の位置に、照明光の光路を移動させる。具体的には、光学系１０は、磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定に用いる照明光の角度を変化させるビームステアリング１５を有している。透過型のビームステアリング１５のデバイスは例えばＬＩＤＡＲ等で使われているタイプのものであり、照明光の角度をΔΘ変化させることで試料上のスポット位置をｆΔΘシフトすることができる。ここでｆは対物レンズの焦点距離である。ビームステアリング１５は、面内磁場の面直方向の成分が最小（例えば、０）の位置に、試料上の照明スポット光を移動させる。なお、この制御の方法は、面内磁場の面直方向の成分が最小の位置に、試料上の照明スポット光を移動させることができれば、光学系１０の光路にある透過型のビームステアリング１５等のようなプリズムペアを相対微小回転制御する方法に限らず、照明系折り曲げミラーＭＬの角度変調等を用いて、照明光のスポット位置を移動させてもよい。
【0096】
また、ビームステアリング１５等の移動手段は、連続的な磁気光学Ｋｅｒｒ効果測定中に、所定の間隔で、定期的に、面内磁場の面直方向の成分が最小の位置に、照明光の前記スポット位置を移動させてもよい。これにより、磁気光学Ｋｅｒｒ効果の測定を安定化させることができる。
【0097】
図１７は、実施形態２に係る半導体製造装置において、磁場方向測定デバイス７０で測定されたＢｘ及びＢｚから磁場方向を定義する前（ｂｅｆｏｒｅ）及び定義した後（ａｆｔｅｒ）に、Ｙ軸の所定の座標で切断した場合の面内磁場の角度の１次元分布を例示したグラフであり、横軸は、Ｘ軸座標を示し、縦軸は、面内磁場の角度を示す。図１７のＢｅｆｏｒｅに示すように、レーザスポット（照明光の照射位置）がＸ＝５．９ｍｍの位置のとき、磁場方向を定義する前では、５．５ｍｍの位置が理想的な面内磁場になっている。Ｘ＝５．９ｍｍのレーザスポットの位置、即ち、測定位置では、磁場方位が４°程度もある。これでは、非特許文献１で前提としている面内磁場を満たさない。よって、前述のＣｏｎｔ．１で開示したように、電磁石３０ａ及び３０ｂの電流バランスを制御する。これにより、図１７のＡｆｔｅｒに示すように、レーザスポットを理想的な面内磁場になるように磁場分布を制御する。
【0098】
図１８は、実施形態２に係る半導体製造装置２において、試料６０の垂直磁化の信号を例示したグラフであり、横軸は、面内磁場を示し、縦軸は、規格化した垂直磁化の信号の強度を示す。図１８には、異方性磁界Ｈｋが異なる２種類のＰＭＡ膜（試料Ａ及び試料Ｂ）を測定した結果を示している。測定にあっては、実施形態１の半導体製造装置１の動作と同様に、ブレイクポイント以内の面内磁場を３回掃引させる。図１８に示すように、３回の掃引とも、面内磁場が０の場合に、元の垂直磁化の信号の強度に戻るデータのみを使用している。また、測定点における面内磁場の方向の誤差は、磁場Ｂｚがゼロになる測定位置と、照明光の照射位置と、を実施形態２のＣｏｎｔ．１（電磁石の電流制御）で正確に合わせている。
【0099】
非特許文献１では、比較的小さな外部磁場に対して有効なｓｉｎ２Θの１次近似での物理モデル近似を適用しているが、本実施形態の検証用に用意したＭＲＡＭ向けＰＭＡ膜でも、この1次近似を適用することができる。実際に、図１８に示すように、ｓｉｎ２Θの１次近似で十分な精度でフィッティング（Ｆｉｔｔｉｎｇ）することができる。外挿により完全に消磁される磁場、すなわち、試料Ａ及び試料Ｂについて、実効的な異方性磁場Ｈｋとして、それぞれ、４．７ｋＯｅ及び２．７ｋＯｅと導出することができる。
【0100】
図１９は、実施形態２に係る異方性磁界Ｈｋの検証を例示したグラフであり、横軸は、ＶＳＭにより取得した異方性磁界Ｈｋを示し、縦軸は、本実施形態の手法により取得した異方性磁界Ｈｋを示す。図１９に示すように、上述した試料Ａ及び試料Ｂを含む異方性磁界Ｈｋが異なる５種の試料におけるＶＳＭでの測定結果と、本実施形態の測定結果とは、良好な相関である。よって、本手法の有効性が検証される。尚、ＶＳＭ測定は初期的に消磁状態ではなく垂直方向に磁化飽和させておき、その後、面内磁場を０からスタートさせる正負掃引することで物理的な定義を本発明の測定手法と合わせた。
【0101】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係る半導体製造装置を説明する。前述の実施形態２における磁場カメラのような高価な磁場方向測定デバイス７０を用いて、試料６０上の磁場方向を測定する他に、観察顕微鏡を用いてもよい。図２０は、実施形態３に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図２０に示すように、本実施形態の半導体製造装置３は、観察顕微鏡８０をさらに備えている。前述のとおり、観察顕微鏡８０は、光源８１、偏光子８２、検光子８３、画像取得部８４、画像解析部８５、対物レンズ１３、及び、ハーフミラーＨＭを含んでいる。
次に、実施形態３に係る半導体製造装置を説明する。前述の実施形態２における磁場カメラのような高価な磁場方向測定デバイス７０を用いて、試料６０上の磁場方向を測定する他に、観察顕微鏡を用いてもよい。図２０は、実施形態３に係る半導体製造装置の構成を例示した模式図である。図２０に示すように、本実施形態の半導体製造装置３は、観察顕微鏡８０をさらに備えている。前述のとおり、観察顕微鏡８０は、光源８１、偏光子８２、検光子８３、画像取得部８４、画像解析部８５、対物レンズ１３、及び、ハーフミラーＨＭを含んでいる。
【0102】
観察顕微鏡８０は、クロスニコルス（Ｃｒｏｓｓ Ｎｉｃｏｌｓ）配置の偏光子８２及び検光子８３から構成される偏光顕微鏡でもよいし、磁区観察顕微鏡でもよい。観察顕微鏡８０は、試料６０上の照明光の照射位置を観測するだけでなく、磁場を印加しながら消光比画像を取得してもよい。そして、観察顕微鏡８０は、消光比画像の輝度応答からヒステリシスループまたは磁化応答を測定してもよい。
【0103】
例えば、観察顕微鏡８０は、視野内の任意の着目領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ、以下、ＲＯＩと呼ぶ。）における極Ｋｅｒｒ効果のヒステリシスループを取得する。具体定には、画像取得部８４は、複数のＲＯＩを含む試料６０の画像を取得する。画像解析部８５は、磁気光学Ｋｅｒｒ効果によるＲＯＩ毎の輝度値の変化を解析する。観察顕微鏡８０は、ＲＯＩ毎に観察顕微鏡８０の光学系の偏光誤差を補正してもよい。この方式は、前述の異方性磁界Ｈｋの測定にも適用してもよい。
【0104】
図２１は、実施形態３に係る半導体製造装置３において、視野内のＲＯＩを例示した図である。図２１に示すように、試料６０上の視野のサイズは、一例として、１ｍｍ×０．８ｍｍ程度である。解析するＲＯＩは、視野内において、例えば、＃１～＃１１の１１か所であるとする。また、例えば、照明光の照射位置は、＃６にあるとする。図２１の枠外には、面内磁場の方向の凡その角度誤差を模式的に示している。試料６０に印加する磁場のシーケンスは、前述の実施形態１の図８及び図９に示したものと同じでよい。
【0105】
ます、試料６０を垂直磁化させることと、垂直磁化のレンジ（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ、以下、ＤＯＰＭと呼ぶ。）の取得と、を兼ねて、通常の垂直磁化を測定する際のヒステリシスループを測定する。具体的には、電磁石の制御部３６は、＋Ｚ軸方向及び－Ｚ軸方向の保磁力Ｈｃよりも大きい面直磁場を印加掃引する。すなわち、制御部３６は、画像取得部８４がＲＯＩ毎の輝度値のヒステリシスループを取得するように、試料６０に面直磁場を印加する。これにより、画像取得部８４は、ＲＯＩ毎の輝度値のヒステリシスループを取得する。
【0106】
次に、測定したＲＯＩ毎に画素値を平均化する。図２２は、実施形態３に係る半導体製造装置３において、測定した試料６０の平均輝度値を例示したグラフであり、横軸は、印加した面直磁場を示し、縦軸は、平均輝度値を示す。図２２に示すように、測定したＲＯＩ毎に平均輝度値に関するヒステリシスループを取得する。
【0107】
次に、図２２から各ＲＯＩのＤＯＰＭを取得する。具体的には、画像解析部８５は、輝度値のヒステリシスループからＲＯＩ毎の輝度値のＤＯＰＭ（変化幅）を取得する。
【0108】
次に、図８及び図９と同様に、面内磁場をかけながら画像取得する。具体的には、制御部３６は、面内磁場に切り替え、面内磁場の大きさを０から上げていく。そして、制御部３６は、面内磁場の大きさの上げ下げを含む正負掃引を行う。次に、ＲＯＩ毎に平均輝度値を取得する。
【0109】
図２３は、実施形態３に係る半導体製造装置３において、測定した試料６０の平均輝度値を例示したグラフであり、横軸は、印加した面内磁場を示し、縦軸は、平均輝度値を示す。例として、視野右端の＃１１のＲＯＩは、ブレイクポイントＢＰ、即ち、磁化反転の出現を示す。また、左右の両端のＲＯＩも、ブレイクポイントを示している。ブレイクポイントは、面内磁場の角度誤差に対して対称であると考えられる。よって、この結果から理想的な面内磁場の試料６０上の位置として、＃７のＲＯＩを取得することができる。このように、画像解析部８５は、正負掃引において磁化反転が起きた複数のＲＯＩの位置から、面内磁場の面直方向の成分が最小のＲＯＩを導出する。面内磁場の面直方向の成分が最小のＲＯＩを基準ＲＯＩと呼ぶ。
【0110】
図２４は、実施形態３に係る半導体製造装置３において、試料６０の垂直磁化を例示したグラフであり、横軸は、印加した面内磁場を示し、縦軸は、垂直磁化の信号の強度を示す。図２４は、＃７のＲＯＩにおける面内磁場が０の部分を拡大している。図２２の測定データから＃７のＤＯＰＭは、１９０ＧＬ（Ｇｒａｙ ｌｅｖｅｌ）である。よって、１９０ＧＬの半分の９５ＧＬ変位で消磁する磁場値を外挿することにより、異方性磁界Ｈｋを導出することができる。つまり、画像解析部８５は、基準ＲＯＩの輝度値を外挿フィッティングし、ＤＯＰＭ（変化幅）の１／２になる面内磁場から異方性磁界Ｈｋを取得する。このようにして導出された異方性磁界Ｈｋは、６．４ｋＯｅとなる。この値は、ＶＳＭでの異方性磁場Ｈｋの測定値と整合する。このように、観察顕微鏡８０を用いた画像ベースによる評価方法でも、異方性磁界Ｈｋを測定及び評価することができる。
【0111】
ところで、本実施形態は、画像ベースの手法により、視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｄ Ｖｉｅｗ、以下、ＦＯＶと呼ぶ。）内で理想的な面内磁場の方位になっているＸ座標を取得することができる。この結果を用いることによって、ＭＯＫＥ装置のアライメントをすることができる。例えば、実施形態２のＣｏｎｔ．３では、照明光の照射位置を画像基準で、＃６から＃７の位置にシフト制御する。具体的には、例えば、ビームステアリング１５は、面内磁場の面直方向の成分が最小の位置に、照明光のスポット位置を移動させる。
【0112】
Ｃｏｎｔ．１及びＣｏｎｔ．２では、照明光の照射位置は固定であるので、電磁石３０ａ及び３０ｂの電流値または試料６０の上面の傾斜角度を変えることにより、上述の図２０～図２３の手順で、理想的な面内磁場の方向を、照明光の照射位置に一致するように反復（Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）すればよい。これらの観察顕微鏡画像を用いた手法により、照明光の位置と面直磁場がゼロになる位置を正確に一致させることができ、レーザ光を用いた消磁応答測定から異方性磁界（Ｈｋ）の導出が可能になる。この場合、実施形態２のような磁場方向測定デバイス７０を不要とすることができる。
【0113】
（実施形態４）
次に、実施形態４を説明する。異方性磁界Ｈｋを測定する際に、ＶＳＭのような破壊測定ではく、本開示のＭＯＫＥ装置による非破壊測定とすることができれば、試料６０におけるＰＭＡ膜についての他の特性を測定及び評価することができる。一例として、ＭＲＡＭにおいて重要指標であるリテンションまたは熱安定指数Δを測定及び評価することができる。
次に、実施形態４を説明する。異方性磁界Ｈｋを測定する際に、ＶＳＭのような破壊測定ではく、本開示のＭＯＫＥ装置による非破壊測定とすることができれば、試料６０におけるＰＭＡ膜についての他の特性を測定及び評価することができる。一例として、ＭＲＡＭにおいて重要指標であるリテンションまたは熱安定指数Δを測定及び評価することができる。
【0114】
本実施形態では、ステージ５０は、温度付加機能を含むようにする。例えば、ステージ５０におけるウェハチャック（Ｗａｆｅｒ Ｃｈｕｃｋ）に、市販のヒータ付きのものを適用する。ヒータの設定温度と、試料６０の温度との間の検量線は、予め測定しておく。この検量線に基づいて、試料６０の温度Ｔを制御する。
【0115】
非特許文献５には、複数の温度Ｔにおける飽和磁場Ｍｓ及び異方性磁界Ｈｋを測定し、温度Ｔに関してフィッティングすることによって、ＭＲＡＭデバイスとしてのリテンションを決定する温度安定性指標Δを導出する方法が開示されている。要約すると、下記の（１）式から、温度依存性パラメータである異方性磁気エネルギーＫｕ（単位は、ｅｒｇ／ｃｍ３）の温度依存性を測定することで、温度安定性指標Δを導出することができる。
【0116】
【数1】
【数2】
【0117】
ここで、Ｈｋ（Ｔ）は本手法で外挿Ｆｉｔｔｉｎｇから得られた設定温度ＴでのＨｋである。Ｍｓ（Ｔ）は数２のように定義される。温度Ｔ（通常は室温＝Ｔ０）で計測されたＶＳＭ計測による面直方向の飽和磁化量と本手法の準備ＳＴＥＰで得られる室温ＤＯＰＭ（Ｔ０）と設定温度ＤＯＰＭ（Ｔ）の比から得られる設定温度Ｔにおける面直方向の飽和磁化量である。数１のＶは目ＭＲＡＭデバイス段階でのＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｏｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）とよばれる単体メモリ素子のフリー層の体積、Ｎは０～１の値を持つＭＴＪの形状係数であり、この場合ＶとＮは定数と見なしてよい。数２のＴ０はＶＳＭ計測を行ったときの試料温度である。
【0118】
測定フローは、以下のとおりである。（１）温度Ｔｉを設定する。（２）温度Ｔｉにおいて、図６、図７と数２の手順で得た面直方向の飽和磁化量Ｍｓ（Ｔｉ）と消磁応答測定結果と外挿Ｆｉｔｔｉｎｇで得た異方性磁界Ｈｋ（Ｔｉ）を測定する。数１から温度安定性指標Δを導出する。試料６０におけるＰＭＡ膜について、異方性磁界Ｈｋ以外の他の特性を測定及び評価することができる。
【0119】
本発明は、上記実施形態１～４に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施形態１～４の各構成は、相互に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0120】
１、２、２ａ、３ 半導体製造装置
１０ 光学系
１１ 光源
１２ 偏光子
１３ 対物レンズ
１４ 偏光ビームスプリッタ
１５ ビームステアリング
２０ 検出部
２１、２２ 検出器
２３ 信号解析部
３０ 磁場生成部
３０ａ、３０ｂ 電磁石
３１、３１ａ、３１ｂ コイル
３２、３２ａ、３２ｂ ヨーク
３３、３３ａ、３３ｂ 面直部分
３４、３４ａ、３４ｂ 傾斜部分
３５ 接続板
３６ 制御部
４０ 導出部
５０ ステージ
６０ 試料
７０ 磁場方向測定デバイス
７１ 磁場センサ
７２ 磁場コントローラ
８０ 観察顕微鏡
８１ 光源
８２ 偏光子
８３ 検光子
８４ 画像取得部
８５ 画像解析部
ＨＭ ハーフミラー
ＭＬ ミラー
１０ 光学系
１１ 光源
１２ 偏光子
１３ 対物レンズ
１４ 偏光ビームスプリッタ
１５ ビームステアリング
２０ 検出部
２１、２２ 検出器
２３ 信号解析部
３０ 磁場生成部
３０ａ、３０ｂ 電磁石
３１、３１ａ、３１ｂ コイル
３２、３２ａ、３２ｂ ヨーク
３３、３３ａ、３３ｂ 面直部分
３４、３４ａ、３４ｂ 傾斜部分
３５ 接続板
３６ 制御部
４０ 導出部
５０ ステージ
６０ 試料
７０ 磁場方向測定デバイス
７１ 磁場センサ
７２ 磁場コントローラ
８０ 観察顕微鏡
８１ 光源
８２ 偏光子
８３ 検光子
８４ 画像取得部
８５ 画像解析部
ＨＭ ハーフミラー
ＭＬ ミラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
