(57)【要約】  真空処理装置は、排気部が接続された減圧可能な真空容器と、真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入部と、を有する。ガス導入口は、ガス導入口より真空容器内に放出される反応性ガスの分子がガス導入口から直線的に基板載置面に到達するのが遮蔽される位置であると共に、基板載置面の実質的な中心軸上の位置に配されており、反応性ガスが分子流の拡散により基板載置面に到達する。
2015045212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置であって、
前記ガス導入口は、該ガス導入口より前記真空容器内に放出される前記反応性ガスの分子が前記ガス導入口から直線的に前記基板載置面に到達するのが遮蔽される位置であると共に、前記基板載置面の実質的な中心軸上の位置に配されており、前記反応性ガスが分子流の拡散により前記基板載置面に到達することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入口が、前記排気手段を構成する排気口と、前記基板ホルダと、の間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記ガス導入口は、前記基板ホルダの裏側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記ガス導入口は、前記真空容器内に前記反応性ガスを放出させる開口を一つ備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記排気手段は、前記真空容器に設けられた排気口を含んで構成され、該排気口が前記基板ホルダの直下に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記排気手段は、前記真空容器を、１×１０−５Ｐａ以下の低圧に減圧することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空処理装置。
【請求項７】
排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置の真空処理方法であって、
前記真空容器内に配された基板ホルダに基板を載置する載置工程と、
前記ガス導入手段のガス導入口より前記真空容器内に放出される反応性ガスの分子が前記ガス導入口から直線的に前記基板の表面に到達するのが遮蔽される位置であると共に、前記基板の表面の実質的な中心軸上の位置に配されたガス導入口より、前記真空容器内に前記反応性ガスを導入する導入工程と、
前記反応性ガスを分子流の拡散により前記基板載置面に到達させる到達工程と、
を有することを特徴とする真空処理方法。
【請求項８】
前記反応性ガスは、酸素ガスであること特徴とする請求項７に記載の真空処理方法。
【請求項９】
前記基板の表面には金属膜が形成されており、前記到達工程で前記基板載置面に到達した前記反応性ガスにより、前記金属膜の酸化処理を行う酸化工程を更に有することを特徴とする請求項８に記載の真空処理方法。
【請求項１０】
前記金属膜は、Ｍｇ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、Ｚｎ膜から選択されるものであることを特徴とする請求項９に記載の真空処理方法。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の真空処理方法を用いて、ＭｇＯからなるトンネル障壁層を形成する工程を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空処理装置を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置、真空処理方法、磁気抵抗効果素子の製造方法および磁気抵抗効果素子の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気感応素子として磁気抵抗効果素子を用いた再生専用の磁気ヘッドであり、ハードディスクドライブ等の再生部として実用化されている。近年、磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が採用されつつある。【０００３】
ＴＭＲ素子は、トンネル障壁となる非常に薄い絶縁体を強磁性金属の電極で挟んだ多層膜構造をしており、絶縁体を挟んだ強磁性金属の電極の磁化方向が、平行なときと反平行なときでＴＭＲ素子の電気抵抗が変化する効果（ＴＭＲ効果）を利用している。最近では、ＴＭＲ素子の絶縁体にＭｇＯが用いられ、ＭｇＯの品質が磁気ヘッドの性能に大きく影響を与える。【０００４】
ＭｇＯの形成プロセスとしては、ＭｇＯのＲＦスパッタによる形成プロセスと、Ｍｇ形成後に酸素を流して酸化する形成プロセスがある。後者の場合、例えば、Ｍｇ単膜を形成した後、酸化処理用の真空容器に基板を搬送し、酸素を流すことでＭｇＯを形成している。【０００５】
近年、ハードディスクドライブの高密度化に伴い、リードセンサーサイズも小さくなってきており、それに伴いセンサー自体の比抵抗も小さくする必要がある。つまり、絶縁体であるＭｇＯの膜厚を極薄膜にする必要がある。具体的には、１ｎｍ以下のＭｇＯの膜厚が要求されている。また、膜厚均一性の向上も求められている。【０００６】
図１０Ａ、図１０Ｂは、従来の真空処理装置の構成を例示する図である。【０００７】
従来の酸化処理用の真空処理装置としては、基板上方のリング（以下、ガスリング）に設けられた開口部１００３からガスを導入するものがある（図１０Ａ）。【０００８】
あるいは、複数の開口部１００９が所定のピッチで形成されたシャワープレート１００７を基板上方に配置して、供給口１００６からのガスを開口部１００９により分散したガスを基板１００８に向けて導入するものもある（図１０Ｂ：特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００-２９４５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術では、Ｍｇ成膜後に酸素を流して酸化する場合、酸素の供給制御をガスの流量制御を行うマスフローコントローラ（ＭＦＣ: Mass Flow Controller）を用いて行っていた。ＭｇＯの膜厚は酸素供給量に比例する。よって、極薄膜のＭｇＯを形成する為には、酸素供給量を極僅かな量に制御できるＭＦＣが必要であるが、現状の機器性能では限界である。【００１１】
ある程度の膜厚(数ｎｍ程度)の場合、到達粒子分布の影響が顕著に現れなかったが、１ｎｍ以下の極薄膜の場合、到達粒子分布が膜厚分布に強く反映される。例えば、Ｍｇ成膜後に酸素を供給して酸化する場合、基板に到達した酸素の分布が、ＭｇＯの膜厚分布に影響する。【００１２】
図１０Ａに示すようにガスリング１００１を用いてガスを導入する場合、真空処理装置の外部から配管１００２を介してガスが供給される。供給されたガスは中空のガスリング１００１の中を流れ、ガスリング１００１の外周に沿って設けられた開口部１００３からガスが真空容器内に導入される。導入されたガスは基板１００４に到達した後、ポンプ１００５により排気される。【００１３】
ガス導入元となる配管１００２から離れた位置の開口部に比べて配管１００２付近の開口部からは、より多くのガスが噴出するために、ガスの分布は不均一になり、真空容器内の基板１００４に対して均一にガスを導入することは困難なものとなっていた。【００１４】
図１０Ｂに示すようなシャワープレート１００７を用いてガスを導入した場合、基板１００８に到達するガスの分布（到達粒子分布）は、ガスを供給する供給口１００６付近に偏りが生じる傾向がある。【００１５】
また、真空処理装置の真空容器内部の構造として、供給口１００６とポンプ１０１０と連通した排気口との間に基板載置部が存在する。基板載置部の上方に位置する供給口１００６からシャワープレート１００７を介して導入されたガスは基板載置部に向かって流れる。ガスが基板載置部に達すると、基板載置部の中央部から基板載置部の側面部に向かって流れ、基板載置部の下方に設けられているポンプ１０１０と連通した排気口より排気される。【００１６】
このような真空容器内部の構造のため、基板載置部に載置された基板１００８の中央部の圧力が局所的に高くなる傾向がある。結果として、基板１００８の表面に圧力勾配が生じ、基板１００８に到達する粒子の分布は不均一なものとなる。【００１７】
このように、ガスを導入する位置やガスを導入する方向、および真空容器内部の構造は、基板表面のガスの分布（到達粒子分布）に大きな影響を与え、基板１００８に対して均一にガスを導入することは困難なものとなっていた。【００１８】
従来のＭＦＣや、ガスリング１００１やシャワープレート１００７を使用した真空処理装置では、極薄膜の絶縁体膜厚が得られず、また満足できる膜厚分布も得られていない。【００１９】
極薄膜の絶縁体膜厚形成を制御するためには、反応性ガスの圧力を分布良く均一に下げる必要があり、具体的には、基板上に従来よりも少量の反応性ガス粒子をまんべんなく均一に到達させる手法が必要とされる。【００２０】
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みてなされたもので、絶縁物形成時の反応性ガス圧力の低圧化と圧力分布の均一化、すなわち基板表面へ到達する反応性ガス粒子を従来よりも少量で均一に供給することを図り、極薄で均一な膜厚のトンネル障壁となる絶縁体を形成可能な真空処理技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る真空処理装置は、排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置であって、
前記ガス導入口は、該ガス導入口より前記真空容器内に放出される前記反応性ガスの分子が前記ガス導入口から直線的に前記基板載置面に到達するのが遮蔽される位置であると共に、前記基板載置面の実質的な中心軸上の位置に配されており、前記反応性ガスが分子流の拡散により前記基板載置面に到達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＴＭＲ素子において、絶縁物例えばＭｇＯ形成時の酸素分布圧力の低圧化と均一化を図ることが可能になり、絶縁物の膜厚分布改善を図りつつ、極薄な絶縁物を形成することが可能になる。【００２３】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図１Ａ】実施形態に係る真空処理装置の断面構成を示す図である。
【図１Ｂ】実施形態に係る真空処理方法の流れを説明する図である。
【図１Ｃ】実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造装置の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図３】第２実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図４】第３実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図５】第４実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図６】第５実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図７】第６実施形態に係る真空処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図８】圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】第１実施形態で、基板の中心軸に合わせた一つのガス導入口より導入されるガスの圧力分布を示す図である。
【図１０Ａ】従来の真空処理装置の構成を示す図である。
【図１０Ｂ】従来の真空処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００２６】
（第１実施形態）
図１Ａは第１実施形態の真空処理装置の概略的な断面構成を示す図である。真空処理装置は、磁気抵抗効果素子（磁気抵抗デバイス）の製造に用いることが可能であり、絶縁物形成処理を行うための真空容器１０１を備える。
【００２７】
他の真空容器で所定の形成処理が行われ、基板表面に金属膜（例えば、Ｍｇ膜）が形成された基板１０２が真空容器１０１の内部に搬入される。真空容器１０１の内部では、導入されたガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）により絶縁物（例えば、ＭｇＯ）を基板１０２上に形成するための絶縁物形成処理（例えば、絶縁物化処理）が行われる。絶縁物形成処理が終了した基板１０２は真空容器１０１の外部へ搬出される。基板１０２の搬入および搬出を行う搬送部の図示は省略されている。
【００２８】
真空容器１０１の内部には、処理対象の基板１０２を載置することが可能な基板載置面を有する基板ホルダ１０３（基板ステージ）と、真空容器１０１の内部にガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を導入するための配管が設けられている。この配管は、ガス導入元１０８から真空容器１０１の内部にガスを導入するガス導入部１０４として機能する。ガス導入部１０４は真空容器１０１内に反応性ガスを導入するガス導入口１５０を備える。ガス導入部１０４には、ガスの供給量を制御する為ＭＦＣが設置されている。
【００２９】
また、真空処理装置には、真空容器１０１の内部を所定の真空状態にするポンプ１０５（ターボ分子ポンプ）が設けられている。ポンプ１０５により真空容器１０１の内部は１×１０−５Ｐａ以下の低圧に減圧可能である。
【００３０】
バルブ部は板状の弁体１０６を備え、移動部１０７はバルブ部の弁体１０６を上下方向に移動することが可能である。移動部１０７によって弁体１０６が下方に移動した状態（降下状態）で、弁体は排気口１６０を塞ぎ、真空容器１０１の内部は気密状態となる。
【００３１】
また、移動部１０７によって弁体１０６が上方に移動した状態（上昇状態）で、排気口１６０は開放され、排気口１６０の先に接続されているポンプ１０５と真空容器１０１の内部とが連通する。ポンプ１０５はガス導入部１０４から導入されたガスを、排気口１６０を介して排気する。ポンプ１０５の排気流量は制御可能であり、これにより、真空容器１０１内に導入されるガスの酸素供給量を制御することが可能である。ここで、排気口１６０およびポンプ１０５は真空容器１０１の内部を減圧可能な排気部として機能する。
【００３２】
図１Ｂは、実施形態に係る真空処理装置の真空処理方法の流れを説明する図である。真空処理装置の真空処理方法は以下の工程を有する。
【００３３】
ステップＳ１で、基板ホルダ１０３に基板１０２を載置する。
【００３４】
ステップＳ２で、ガス導入部１０４のガス導入口１５０から反応性ガスを導入する。ガス導入口より真空容器１０１内に放出される反応性ガスの分子がガス導入口から直線的に基板１０２の表面に到達するのが遮蔽される位置であると共に、基板の表面の実質的な中心軸上の位置に配されたガス導入口より、真空容器内に反応ガスを導入する。導入する反応性ガスは、例えば、酸素ガスである。ガス導入口１５０より真空容器１０１内に放出される反応性ガスの分子は、本実施形態では弁体１０６により遮蔽される。反応性ガスの分子が直線的に基板１０２の表面に到達するのを遮蔽する構成としては、この他、基板ホルダ１０３の裏面、真空容器の上面、弁体１０６とは異なる遮蔽部材を用いることも可能である。遮蔽構造の構成例については、後に第２実施形態から第６実施形態で具体的に説明する。
【００３５】
ステップＳ３で、ガスを分子流の拡散により基板ホルダ１０３の基板載置面に到達させる。
【００３６】
先のステップＳ１で載置された基板１０２の基板表面には金属膜が形成されており、ステップＳ４で、ガスにより金属膜の絶縁物化（例えば酸化）が施される。
【００３７】
磁気抵抗効果素子の製造方法においては、上記のステップＳ１〜Ｓ３の真空処理方法を用いて、絶縁物（例えば、ＭｇＯ）からなるトンネル障壁層を形成する工程を有する。
【００３８】
真空処理方法によれば、形成する絶縁物（例えば、ＭｇＯ）の膜厚分布の改善、および、形成時のガス圧力の低圧化と均一化を図ることが可能となる。また、真空処理方法を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、例えば、１ｎｍ以下のような極薄膜の絶縁物形成が可能となり、より高品位の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の提供が可能になる。
【００３９】
（ガス拡散のための条件）
本実施形態では、一つのガス導入部１０４により真空容器１０１内にガスを導入する構成（ガス一点導入）を、導入するガスとして酸素を例に説明する。想定している真空容器の使用状態において、酸素分子が拡散する酸素分子の平均自由工程λは、以下の関係式により求めることが可能である。
λ = k・T /(√2・π・σ2・P)・・・（１）
σ 酸素分子直径  ：0.306nm(ファンデルワールス半径)
k  ボルツマン係数： 1.38 E-23 J/K
P  圧力          ：  1.0E-6 Pa ／1.0E-5 Pa
T  温度(室温)    ： 300K
真空容器内部の圧力が1.0E-6 Paの場合、ガスの酸素分子の平均自由工程λ＝1.0E+4 （ｍ）となり、1.0E-5Paの場合、酸素分子の平均自由工程λ＝1.0E+3 （ｍ）となる。真空処理装置に用いる真空容器１０１の直径は５０ｃｍ程度であるので、真空容器１０１の直径に比べて十分長い平均自由工程を持っていることになる。つまり、真空容器１０１内部の圧力下において、分子流領域における拡散現象を利用した絶縁物化（例えば酸化）処理を実施することが可能である。
【００４０】
より単純な構造で所望の特性を得るために、基板の中心軸に合わせた一つのガス導入口より、基板に直接当たらない方法でガスを導入し、中心軸から同心円状にガスを真空容器内で拡散させて、基板に到達したガスの酸素粒子により絶縁物化処理を行う方法が良い。また、排気口１６０の位置による圧力勾配の発生を抑え、基板に対し酸素粒子を均一に到達させるために、排気口１６０は基板１０２の中心軸に沿って、基板ホルダの直下に配置するのが良い。つまり、反応性ガスである酸素が基板１０２に直接当たらない方法で一つのガス導入口１５０より導入し、排気口１６０を基板の中心軸に沿って、基板ホルダの直下に配置させる構造が良いと考えられる。
【００４１】
また、想定している真空容器１０１の使用状態における平均自由工程は真空容器１０１の直径に比べ十分長いので、酸素粒子は真空容器１０１の壁面にほぼ無衝突で到達し反射すると考えられる(真空容器壁面の吸着確率は無視する)。壁面で反射した粒子も、基板に到達すると考えられるので、円形の基板に均一に酸素粒子を到達させるためには、真空容器１０１の側面も円形であることが望ましい。
【００４２】
図２は、第１実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガスを導入する。ガス導入部１０４の先端に設けられているガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３と、弁体１０６との間で、基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。ここで、一致とは、部品の加工や組み立ての際の公差を加味した実質的な一致であり、物理的な完全一致に限定されるもではない（以下に説明する実施形態でも同様である）。
【００４３】
ガス導入口１５０は真空容器１０１内に反応性ガスを放出させる開口を一つ備えたものである。本実施形態では、ガスを基板に直接当てない方法として、弁体１０６にガスを当てることによる分子流の拡散現象を利用して絶縁物形成処理を行う。真空容器１０１の断面形状は円形であり、真空容器１０１の断面形状と、真空容器１０１内に配置された基板ホルダ１０３と、基板ホルダ１０３に載置された基板１０２とは同心円状である。真空容器の断面形状、基板ホルダ１０３および基板１０２を同心円状とすることで、均一なガスの拡散が可能になる。尚、真空容器１０１の断面形状として円形の場合を例示的に説明しているが、円形の基板に均一に反応性ガス（例えば、酸素）粒子を到達させる構成として、真空容器１０１の内部を球状に構成してもよい。
【００４４】
図２に示す例では、ガス導入口１５０は、下向きで弁体１０６に対向した状態を示しているが、ガスを基板に直接当てないように、基板ホルダ１０３やその他の遮蔽部材を配置すれば、ガス導入口１５０は、上向きに配置してもよい。ガス導入口１５０の向きを変えた構成例や遮蔽部材を用いた構成例については、後の実施形態で説明する。
【００４５】
図２に示す構成例では、ガス導入口１５０は弁体１０６側を向いて配置されており、ガス導入口１５０からガスが導入される。図２の矢印２０１、２０２は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口１５０から導入されたガスは、弁体１０６に到達した後、弁体１０６の中心から外周方向（図２の左右方向）に拡散する。そして、真空容器１０１の側面近傍に到達した後、真空容器の上方に向かうガス（矢印２０１）と、真空容器の下方に向かうガス（矢印２０２）と、にわかれて拡散する。
【００４６】
真空容器の下方に向かうガス（矢印２０２）は、排気口１６０からポンプ１０５により排気される。導入したガスの一部がポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、絶縁膜形成時の反応性ガス（例えば、酸素）圧力を低減することができる。
【００４７】
一方、真空容器の上方に向かうガス（矢印２０１）は、真空容器内の基板の上方を拡散して基板に到達する。この場合、基板１０２の下方からガスを導入することによって、ガス（矢印２０１）の酸素粒子は基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達すると考えられる。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁物化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００４８】
図９は、基板の中心軸に合わせた一つのガス導入口１５０より導入されるガスの圧力分布を示す図である。横軸は弁体１０６の長さ（ｍ）を示し、縦軸は圧力（Pa）を示す。この図より弁体１０６の中央部はガス導入口１５０に対応する位置であり、弁体１０６の中央部付近で圧力はピークとなり、左右均等な圧力分布となっていることがわかる。均等な圧力勾配により均等なガスの拡散（図２の２０１、２０２）を起こすことが可能になる。
【００４９】
図８は、従来例の構成と実施形態に係る構成とを比較するために行った圧力分布のシミュレーション結果を示す図である。８０１はシャワープレートを用いた場合を示し、８０２はリング（ガスリング）を用いた場合を示し、８０３は本実施形態の構成（基板ステージ下部ガス一点導入）を用いた場合のシミュレーション結果を示す。８０４は後に説明する第２実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果を示すもので、これについては後に詳細に説明する。
【００５０】
シミュレーションに用いた条件は以下のとおりである。
【００５１】
初期真空容器到達圧力：5.0×E-8Pa
酸素ガス導入量      ：0.01sccm
基板                : 6インチ Si基板
酸素吸着確率        : 0％
ポンプ排気能力      : 3000L/s
３σの結果を比較すると、シャワープレートを用いた構成では、３σ＝6.06×10-7（Pa）であり、ガスリングを用いた構成では、３σ＝2.40×10-7（Pa）である。これに対して、本実施形態の構成（ガス一点導入）では、３σ＝6.32×10-8（Pa）となり、酸素圧力分布が従来例に比べて改善されている。
【００５２】
また、３σ／平均圧力の結果を比較すると、シャワープレートを用いた構成では、３σ／平均圧力＝5.91％であり、ガスリングを用いた構成では、３σ／平均圧力＝4.06％である。これに対して、本実施形態の構成（ガス一点導入）では、３σ／平均圧力＝0.81％であり酸素圧力分布のばらつきは、従来例のシャワープレートを用いた構成およびガスリングを用いた構成に比べて改善されていることがわかる。
【００５３】
本実施形態の構成によれば、絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。また、形成時の酸素分布圧力の低圧化を図ることが可能になる。
【００５４】
（第２実施形態）
本実施形態では、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を基板１０２に直接当てない方法として、弁体１０６の下方からガスを導入する構成（バルブ下部ガス一点導入）を説明する。図３は第２実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を導入する。
【００５５】
弁体１０６の中央部には開口部が設けられており、この開口部にガス導入部１０４が挿入され、弁体１０６の下方にガス導入口１５０が突出した状態になっている。ガス導入部１０４が開口部に挿入されることにより、弁体１０６の開口部は封止される。ガス導入部１０４が挿入された状態で、移動部１０７は弁体１０６を移動させることが可能である。移動部１０７によって弁体１０６が下方に移動した状態（降下状態）で、弁体１０６は排気口１６０を塞ぎ、真空容器１０１の内部は気密状態となる。また、移動部１０７によって弁体１０６が上方に移動した状態（上昇状態）で、排気口１６０は開放され、排気口１６０の先に接続されているポンプ１０５と真空容器１０１の内部とが連通する。弁体１０６の下方に突出した状態のガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３と、基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。
【００５６】
図３に示す例では、弁体１０６の下方において、ガス導入口１５０から下向きにガスが導入される。図３の矢印３０１、３０２は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口１５０から導入されたガスは、真空容器１０１の上方に向かうガス（矢印３０１）と、真空容器の下方に向かうガス（矢印３０２）と、にわかれて拡散する。
【００５７】
真空容器の下方に向かうガス（矢印３０２）は、排気口からポンプ１０５により排気される。導入したガスの一部がポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、形成時の酸素分布圧力を低減することができる。
【００５８】
一方、真空容器の上方に向かうガス（矢印３０１）は、真空容器内の基板の上方を拡散して基板に到達する。この場合、基板１０２（基板載置面）の下方からガスを導入することによって、ガス（矢印３０１）の酸素粒子は基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達する。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００５９】
図８の８０４は第２実施形態の構成を用いた場合のシミュレーション結果を示すもので、３σ=5.43×10-8（Pa）となり、酸素圧力分布が従来例に比べて改善されている。
【００６０】
また、３σ／平均圧力＝1.34％であり酸素圧力分布のばらつきは、従来例のシャワープレートを用いた構成およびガスリングを用いた構成に比べて改善されていることがわかる。本実施形態の構成によれば、絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。また、形成時の酸素分布圧力の低圧化を図ることが可能になる。
【００６１】
（第３実施形態）
本実施形態では、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を基板に直接当てない方法として、ポンプ１０５の排気口に向けてガスを導入する構成を説明する。図４は第３実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を導入する。ガス導入部１０４の先端に設けられているガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３と、ポンプ１０５との間で、基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。
【００６２】
図４に示す構成例では、ガス導入口１５０はポンプ１０５側（図１の排気口１６０側）を向いて配置されており、ガス導入口１５０から反応性ガスがポンプ１０５に向けて導入される。図４の矢印４０１、４０２は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口１５０から導入されたガスは、真空容器１０１の上方に向かうガス（矢印４０１）や、真空容器の下方に向かうガス（矢印４０２）と、にわかれて拡散する。
【００６３】
真空容器の下方に向かうガス（矢印４０２）は、排気口からポンプ１０５により排気される。導入したガスの一部がポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、形成時の酸素分布圧力を低減することができる。
【００６４】
一方、真空容器の上方に向かうガス（矢印４０１）は、真空容器内の基板の上方を拡散して基板に到達する。この場合、基板１０２の下方からガスを導入することによって、ガス（矢印４０１）の酸素粒子は基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達する。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００６５】
（第４実施形態）
本実施形態では、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を基板に直接当てない方法として、弁体１０６と、基板ホルダ１０３との間に配置した遮蔽部材５１０にガスを当てることによる分子流の拡散現象を利用して絶縁化（例えば酸化）処理を行う。
【００６６】
図５は、第４実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を導入する。ガス導入部の先端に設けられているガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３と、遮蔽部材５１０との間で、基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。
【００６７】
図５に示す構成例では、ガス導入口１５０は遮蔽部材５１０側を向いて配置されており、ガス導入口１５０からガスが導入される。図５の矢印５０１、５０２は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口から導入されたガスは、遮蔽部材５１０に到達した後、遮蔽部材５１０の中心から外周方向（図５では左右方向）に拡散する。そして、真空容器１０１の側面近傍に到達した後、真空容器の上方に向かうガス（矢印５０１）と、真空容器の下方に向かうガス（矢印５０２）と、にわかれて拡散する。
【００６８】
真空容器の下方に向かうガス（矢印５０２）は、排気口からポンプ１０５により排気される。導入したガスの一部がポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、形成時の酸素分布圧力を低減することができる。
【００６９】
一方、真空容器の上方に向かうガス（矢印５０１）は、真空容器内の基板の上方を拡散して基板に到達する。この場合、基板１０２の下方からガスを導入することによって、ガス（矢印５０１）の酸素粒子は基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達する。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００７０】
（第５実施形態）
本実施形態では、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を基板に直接当てない方法として、基板ホルダ１０３の裏側（裏面）にガスを当てることによる分子流の拡散現象を利用して絶縁化（例えば酸化）処理を行う構成を説明する。ここで、基板ホルダ１０３の裏面とは、基板ホルダ１０３が基板１０２を載置可能な基板載置面に対する反対側の面をいう。本実施形態では、基板ホルダ１０３の裏側（裏面）は、反応性ガスの分子が直線的に基板１０２の表面に到達するのを遮蔽する遮蔽部材として機能する。
【００７１】
図６は、第５実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を導入する。ガス導入部の先端に設けられているガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３の中心軸および基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。
【００７２】
図６に示す構成例では、ガス導入口１５０は基板ホルダ１０３の裏側（裏面）を向いて配置されており、ガス導入口１５０からガスが導入される。図６の矢印６０１、６０２は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口１５０から導入されたガスは、基板ホルダ１０３の裏側に到達した後、基板ホルダ１０３裏側面の中心から外周方向に拡散する。そして、真空容器１０１の側面近傍に到達した後、真空容器の上方に向かうガス（矢印６０１）と、真空容器の下方に向かうガス（矢印６０２）と、にわかれて拡散する。
【００７３】
真空容器の下方に向かうガス（矢印６０２）は、排気口からポンプ１０５により排気される。導入したガスの一部がポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、形成時の酸素分布圧力を低減することができる。
【００７４】
一方、真空容器の上方に向かうガス（矢印６０１）は、真空容器内の基板の上方を拡散して基板に到達する。この場合、基板１０２の下方からガスを導入することによって、ガス（矢印６０１）の酸素粒子は基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達する。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００７５】
（第６実施形態）
本実施形態では、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）を基板に直接当てない方法として、真空容器１０１の上面にガスを当てることによる分子流の拡散現象を利用して絶縁化（例えば酸化）処理を行う構成を説明する。本実施形態では、真空容器１０１の上面は、ガス（例えば、酸素ガスなどの反応性ガス）の分子が直線的に基板１０２の表面に到達するのを遮蔽する遮蔽部材として機能する。
【００７６】
図７は、第６実施形態に係る真空処理装置の概略的な構成を示す断面図である。ガス導入部１０４は、真空容器１０１の外部から配管を介して真空容器内にガスを導入する。ガス導入部の先端に設けられているガス導入口１５０は、基板ホルダ１０３の中心軸および基板１０２の中心軸と一致するように配置されている。
【００７７】
図７に示す構成例では、ガス導入口１５０は真空容器１０１の上面７１０側を向いて配置されており、ガス導入口１５０からガスが導入される。図７の矢印７０１は、導入されたガスが真空容器１０１内で拡散する様子を模式的に示すものである。ガス導入口１５０から導入されたガスは、真空容器１０１の上面７１０に到達した後、真空容器１０１の上面７１０の中心から外周方向（図７の左右方向）に拡散する。そして、真空容器１０１の側面近傍に到達した後、真空容器１０１内の基板１０２側に拡散するガスと、ポンプ１０５の排気口側に拡散するガスとに分かれる。
【００７８】
ポンプ１０５の排気口側に拡散するガスは、排気口からポンプ１０５により排気される。絶縁化物を形成するために導入したガスの一部は、ポンプ１０５により排気されることにより、真空容器１０１内を拡散して基板１０２に到達するガスは減少し、形成時の酸素分布圧力を低減することができる。
【００７９】
一方、基板１０２側に拡散するガスは、基板１０２の端部から順に基板１０２の中心に向かって到達する。このようなガスの拡散により拡散粒子の分布は均一なものとなり、形成する絶縁化物の膜厚分布の改善を図ることが可能になる。
【００８０】
（第７実施形態）
本実施形態では、第１実施形態から第６実施形態で説明した真空処理装置の構成を含む磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の製造装置の構成を説明する。
【００８１】
図１Ｃは、磁気抵抗効果素子の製造装置の構成を説明する図であり、ＴＭＲ素子を作製するために、磁気抵抗効果素子の製造装置は、少なくとも、１つ以上の形成用の真空容器、１つの絶縁化（例えば酸化）処理用の真空容器、１つの加熱処理用の真空容器を有する。例えば、ロードロックチャンバ８から搬送された基板は、形成用の真空容器９ａ（形成チャンバ）に搬送され、下地層、反強磁性層、強磁性層、非磁性中間層および第２の強磁性層が基板上に形成される。その後、基板は形成用の真空容器９ｂ（形成チャンバ）に搬送され、第１の金属層（例えば、第１のＭｇ層）が形成される。その後、第１の金属層が形成された基板は絶縁化処理用の真空容器１０（絶縁化チャンバ）に搬送され、第１の金属層が絶縁化（例えば酸化）される。絶縁化処理用の真空容器１０（絶縁化チャンバ）に対して、第１実施形態から第６実施形態で説明した真空処理装置の構成を適用することにより、形成する絶縁物（ＭｇＯ）の膜厚分布の改善、および、形成時の酸素分布圧力の低圧化を図ることが可能となる。
【００８２】
その後、第１の金属層が絶縁化された基板は形成用の真空容器９ｂに戻され、絶縁化された第１の金属層上に第２の金属層（例えば、第２のＭｇ層）が形成される。その後、第２の金属層が形成された基板は加熱処理用の真空容器１１に搬送され、加熱処理が行われる。その後、加熱処理された基板は形成用の真空容器９ｂに戻り、磁化自由層および保護層が形成される。ここでロードロックチャンバ８、形成用の真空容器９ａ、９ｂ、絶縁化処理用の真空容器１０、および加熱処理用の真空容器１１は、トランスファーチャンバ１２に接続されている。各真空容器（チャンバ）は排気装置を夫々備えて独立に排気可能であり、真空一貫で基板処理することが可能である。尚、金属層は、Ｍｇ膜の他、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、Ｚｎ膜等から選択して用いることができる。
【００８３】
本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造装置によれば、例えば、１ｎｍ以下のような極薄膜の形成が可能となり、より高品位の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の提供が可能になる。
【００８４】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
【００８５】
本願は、２０１３年９月２５日提出の日本国特許出願特願２０１３−１９８８２７を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
【図１Ａ】
2015045212.tif 000003
【図１Ｂ】
2015045212.tif 000004
【図１Ｃ】
2015045212.tif 000005
【図２】
2015045212.tif 000006
【図３】
2015045212.tif 000007
【図４】
2015045212.tif 000008
【図５】
2015045212.tif 000009
【図６】
2015045212.tif 000010
【図７】
2015045212.tif 000011
【図８】
2015045212.tif 000012
【図９】
2015045212.tif 000013
【図１０Ａ】
2015045212.tif 000014
【図１０Ｂ】
2015045212.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置であって、
前記ガス導入口は、前記排気手段を構成する排気口と、前記基板ホルダと、の間に位置し、該ガス導入口より前記真空容器内に放出される前記反応性ガスの分子が前記ガス導入口から直線的に前記基板載置面に到達しない位置に配される共に、前記基板載置面の実質的な中心軸上の位置に配されており、前記反応性ガスが分子流の拡散により前記基板載置面に到達することを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入口は、前記基板ホルダの裏側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記ガス導入口は、前記真空容器内に前記反応性ガスを放出させる開口を一つ備えることを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記排気手段は、前記真空容器に設けられた排気口を含んで構成され、該排気口が前記基板ホルダの直下に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記排気手段は、前記真空容器を、１×１０−５Ｐａ以下の低圧に減圧することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空処理装置。
【請求項６】
排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置の真空処理方法であって、
前記真空容器内に配された基板ホルダに基板を載置する載置工程と、
前記真空容器内に放出される反応性ガスの分子が、前記ガス導入口から直線的に前記基板の表面に到達しない様に、前記基板の表面の実質的な中心軸上で、前記排気手段を構成する排気口と、前記基板ホルダと、の間に位置しているガス導入口より、前記反応性ガスを導入する導入工程と、
前記反応性ガスを分子流の拡散により前記基板載置面に到達させる到達工程と、
を有することを特徴とする真空処理方法。
【請求項７】
前記反応性ガスは、酸素ガスであること特徴とする請求項６に記載の真空処理方法。
【請求項８】
前記基板の表面には金属膜が形成されており、前記到達工程で前記基板載置面に到達した前記反応性ガスにより、前記金属膜の酸化処理を行う酸化工程を更に有することを特徴とする請求項７に記載の真空処理方法。
【請求項９】
前記金属膜は、Ｍｇ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜、Ｚｎ膜から選択されるものであることを特徴とする請求項８に記載の真空処理方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の真空処理方法を用いて、ＭｇＯからなるトンネル障壁層を形成する工程を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空処理装置を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る真空処理装置は、排気手段が接続された減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配される基板を載置する基板載置面を備えた基板ホルダと、前記真空容器内に反応性ガスを導入するガス導入口を備えたガス導入手段と、を有する真空処理装置であって、
前記ガス導入口は、前記排気手段を構成する排気口と、前記基板ホルダと、の間に位置し、該ガス導入口より前記真空容器内に放出される前記反応性ガスの分子が前記ガス導入口から直線的に前記基板載置面に到達しない位置に配される共に、前記基板載置面の実質的な中心軸上の位置に配されており、前記反応性ガスが分子流の拡散により前記基板載置面に到達することを特徴とする。
【国際調査報告】
2015045212.tif 000016
2015045212.tif 000017
2015045212.tif 000018