(57)【要約】【課題】金属酸化物等を絶縁膜とするようなデバイス製造の一連の工程における膜の酸化工程中に、その膜の酸化状態を常に管理して、過不足なく膜の酸化工程を行う磁性多層膜作製の装置および方法、膜作製の評価方法、膜作製の制御方法を提供する。【解決手段】基板２２に複数の磁性膜を含む多層膜を作製する複数の処理チャンバと、基板を大気から遮断した状態で搬送する搬送装置１１と、金属膜の処理チャンバ１８を有し、この処理チャンバに、多層膜に含まれる金属膜を処理する処理装置と、金属膜の表面状態を光学的に評価する光学的測定装置６０，６１，６２と、この光学的測定装置から出力される測定信号に基づいて処理装置の動作を制御する制御装置６３を備えるように構成される。成膜装置内で基板に多層膜を形成するとき、基板を大気に晒すことなく、金属膜の処理工程中に、当該金属膜の表面状態を管理でき、その金属膜の処理を過不足なく行える。【選択図】      図２
2004235223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に複数の磁性膜を含む多層膜を作製する複数の処理チャンバと、膜が堆積された前記基板を大気から遮断した状態で搬送する搬送手段と、金属膜の処理チャンバを有する磁性多層膜作製装置において、
前記金属膜の処理チャンバに、前記多層膜に含まれる金属膜を処理する処理手段と、前記金属膜の状態を光学的に評価する光学的測定手段と、この光学的測定手段から出力される測定信号に基づいて前記処理手段の動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする磁性多層膜作製装置。
【請求項２】
前記光学的測定手段は、反射型赤外分光光度計であり、前記金属膜の処理チャンバの容器外側に設けられた赤外光を発生する光源と、前記赤外光を前記処理チャンバ内に配置された前記基板の前記金属膜の表面に導入するための入射用窓と、前記金属膜の表面を経た測定光を前記処理チャンバ外部へ取り出すための反射光用窓と、前記測定光を検知する検知手段と、検出された信号から膜の状態を判定する演算処理手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載の磁性多層膜作製装置。
【請求項３】
前記測定光は、前記金属膜における処理部分と非処理部分との間の界面に起因して生じる光であることを特徴とする請求項２記載の磁性多層膜作製装置。
【請求項４】
前記測定光は、前記赤外光が前記金属膜の裏面側に位置する他の膜との関係によって反射される光であることを特徴とする請求項２記載の磁性多層膜作製装置。
【請求項５】
前記複数の処理チャンバおよび前記金属膜の処理チャンバは、前記搬送手段を備えた前記搬送チャンバの周囲に配置され、前記基板は大気から遮断された状態で移動され、前記金属膜の処理チャンバでの前記金属膜の評価プロセスも真空内で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性多層膜作製装置。
【請求項６】
前記金属膜の処理チャンバで行われる処理は酸化処理であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁性多層膜作製装置。
【請求項７】
基板上に複数の磁性膜を含む多層膜を作製する磁性多層膜作製方法において、前記多層膜に含まれる金属膜を、成膜途中の段階でかつ大気を遮断した状態で、前記金属膜の状態を光学的に測定・評価しながら最適に処理することを特徴とする磁性多層膜作製方法。
【請求項８】
前記金属膜の状態の測定・評価は前記金属膜の酸化状態の検知に基づいて行われることを特徴とする請求項７記載の磁性多層膜作製方法。
【請求項９】
基板上に金属膜を作製する膜作製において、前記金属膜を、大気を遮断した状態で処理し、前記金属膜における処理部分と非処理部分との関係を光学的に測定しながら前記金属膜における処理の進行状態を評価することを特徴とする膜作製における評価方法。
【請求項１０】
前記金属膜の処理状態の評価は前記金属膜の酸化状態の検知に基づいて行われることを特徴とする請求項９記載の膜作製の評価方法。
【請求項１１】
前記金属膜はＡｌ（アルミニウム）であり、所定周波数の光について、前記酸化前のＡｌを基準として、その酸化により発現する酸化部分のピーク位置（Ａｌ−Ｏ）の吸収強度の差から前記酸化部分の増加を評価することを特徴とする請求項１０記載の膜作製の評価方法。
【請求項１２】
基板上の金属膜を酸化するための方法であり、前記金属膜を大気を遮断した状態で酸化し、前記金属膜における酸化部分と非酸化部分の関係を光学的に測定し前記金属膜における酸化の進行状態を評価することを特徴とする膜作製の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性多層膜作製の装置および方法、膜作製の評価方法、膜作製の制御方法に関し、特に、半導体デバイスおよび電子部品の製造について、表面状態を評価しながら金属酸化膜を作製したり、大気と遮断された雰囲気で連続的に膜やその酸化膜等を順次積層する多層膜作製工程中での膜の表面特性の管理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤの磁気記録密度を安定して向上させるため、磁気記録媒体や磁気ヘッドにおいてさまざまな手法が開発されている。特に近年では、ＭＲ比の大きな素子としてトンネル型磁気抵抗薄膜（ＴＭＲ）ヘッドが採用されてきている。さらに、このＴＭＲ構造を有するＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）は、次世代の半導体素子として注目を集めている。ＴＭＲ素子を構成する膜は、単層あるいは複数の層からなる上下２つの磁性層の間に絶縁膜を挟んだ構造となっている。複数の磁性膜の各々は個別にスパッタリングを利用して成膜され、絶縁層は金属膜の酸化により成膜される。連続的に複数の磁性膜を作ることにおいては、基板上に連続して積層する必要がある。この連続した積層方法については、本発明の出願人により１つの方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示される方法によれば、例えば３つの異なる成膜チャンバのそれぞれにおいて磁性膜や非磁性膜が連続して積層状態で作製される。そして、例えば１つの成膜チャンバに配置されたＡｌターゲットによりＡｌ膜が成膜された後、他に設けられた同様な真空環境の酸化処理チャンバにおいて当該Ａｌ膜が酸化処理されるようになっている。
【０００４】
なお本発明に関連する従来技術として、回転楕円体の形態を有する部材を回転させながらスパッタリングでその表面に適切な厚みの膜を成膜するため膜の分光特性を光学的装置でリアルタイムでモニタしながら成膜する方法がある（特許文献２）。さらに基板と被測定物との間の界面における当該被測定物の分子の配向状態を定量的に分析するための高感度反射赤外スペクトル測定方法が提案されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６７６６１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０４３５号公報
【特許文献３】
特開平９−２６４８４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＴＭＲ素子においては、接合抵抗を小さくする必要から、絶縁層の膜厚は１ｎｍのように非常に薄い構成となっていて、平滑でかつ充分に酸化されていることが求められている。ＴＭＲ素子の電気特性は、この酸化状態により強く影響を受け、充分に酸化されていれば高いＭＲ比が得られる。
【０００７】
しかしながら、一般的な従来装置では、Ａｌ膜が完全に酸化されたかどうかの状態を知るためには、成膜装置からモニタ用基板を取り出し、大気の雰囲気において素子加工後の電気的磁気的特性測定による他はなかった。従って、上記のようなＴＭＲ素子のごときデバイスを作る一連の行程の途中で不都合が生じても、最終的な製品になるまで判断する手段はなく、その不都合を排除するまで多大な製品ロストを生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するものであり、金属酸化物等を絶縁膜とするようなデバイス製造の一連の工程における膜の酸化工程中に、その膜の酸化状態を常に管理して、過不足なく膜の酸化工程を行う磁性多層膜作製装置および磁性多層膜作製方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、金属膜を酸化する際の膜作製の評価方法、および金属酸化膜の膜作製の制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁性多層膜作製の装置および方法、膜作製の評価方法、膜作製の制御方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１１】
第１の磁性多層膜作製装置（請求項１に対応）は、基板に複数の磁性膜を含む多層膜を作製する複数の処理チャンバと、膜が堆積された基板を大気から遮断した状態で搬送する搬送機構と、金属膜の処理チャンバを有し、金属膜の処理チャンバに、多層膜に含まれる金属膜を処理する処理装置と、金属膜の表面状態等を光学的に評価する光学的測定装置と、この光学的測定装置から出力される測定信号に基づいて処理装置の動作を制御する制御装置を備えるように構成される。以上の構成により、成膜装置内で基板に多層膜を形成するとき、基板を大気中に晒すことなく、金属膜の処理工程中あるいは処理後に、当該金属膜の表面状態等を管理することができ、その金属膜の処理を適切に行うことができる。さらに成膜された金属膜を大気に晒すことなく連続的に処理し、その上に必要な別の膜を作製することができる。
【００１２】
第２の磁性多層膜作製装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、光学的測定装置は、反射型赤外分光光度計であり、金属膜の処理チャンバの容器外側に設けられた赤外光を発生する光源と、赤外光を処理チャンバ内に配置された基板の金属膜の表面に導入するための入射用窓と、金属膜の表面を経た測定光を処理チャンバ外部へ取り出すための反射光用窓と、測定光を検知する検知装置と、検出された信号から膜の表面状態等を判定する演算処理装置とから構成されることで特徴づけられる。以上の構成により、非常に薄い膜の表面状態等が非破壊でしかも真空中に配置された試料部分を大気側から検知し、処理を行う装置部分に検知情報をフィードバックして処理を最適に制御し、処理工程を管理することができる。
【００１３】
第３の磁性多層膜作製装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記測定光は、金属膜における処理部分と非処理部分との間の界面に起因して生じる光であることで特徴づけられる。金属膜自身の処理状態に基づいて測定光を得ることができる。
【００１４】
第４の磁性多層膜作製装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、上記測定光は、赤外光が金属膜の裏面側に位置する他の膜との関係によって反射される光であることを特徴とする。もともと基板上に多層膜を形成する装置であるので、処理対象となる金属膜の裏面に特別な反射部を設けることなく測定光を得ることができる。
【００１５】
第５の磁性多層膜作製装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、複数の処理チャンバおよび金属膜の処理チャンバは、搬送装置を備えた搬送チャンバの周囲に配置され、上記基板は大気から遮断された状態で移動され、金属膜の処理チャンバでの金属膜の評価プロセスも真空の雰囲気内で行われることで特徴づけられる。この構成によって、金属膜の処理状態に係る評価を行うにあたって大気に晒すことなく行うことができ、かつ、成膜工程を維持しつつ基板の表面状態を評価しながら所定金属膜の処理を過不足なく行える。
【００１６】
第６の磁性多層膜作製装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、金属膜の処理チャンバで行われる処理は酸化処理であることを特徴とする。この構成によって、ＴＭＲのような素子における非常に薄いＡｌ酸化膜の適切な酸化状態を管理することができる。膜を酸化しながらその酸化状態を検知し、酸化工程を完了することができる。
【００１７】
第１の磁性多層膜作製方法（請求項７に対応）は、基板に複数の磁性膜を含む多層膜を作製する磁性多層膜作製方法であり、多層膜に含まれる金属膜を、成膜途中の段階でかつ大気を遮断した状態で、金属膜の表面状態等を光学的に測定・評価しながら最適に処理することで特徴づけられる。
【００１８】
第２の磁性多層膜作製方法（請求項８に対応）は、上記の第１の方法において、好ましくは、金属膜の表面状態等の測定・評価は金属膜の表面の酸化状態の検知に基づいて行われることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る膜作製の評価方法（請求項９に対応）は、基板上に金属膜を作製する膜作製において、当該金属膜を、大気を遮断した状態で処理し、金属膜における処理部分と非処理部分の関係を光学的に測定しながら金属膜における処理の進行状態を評価する方法である。
【００２０】
本発明に係る膜作製の評価方法（請求項１０に対応）は、上記の方法において、金属膜の処理状態の評価は金属膜の酸化状態の検知に基づいて行われることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る膜作製の評価方法（請求項１１に対応）は、上記の方法において、金属膜はＡｌ（アルミニウム）であり、所定周波数の光について、酸化前のＡｌを基準にして、その酸化により発現する酸化部分のピーク位置（Ａｌ−Ｏ）の吸収強度の差から酸化部分の増加を評価する方法である。
【００２２】
本発明に係る膜作製の制御方法（請求項１２に対応）は、基板上の金属膜を酸化するための方法であり、金属膜を大気を遮断した状態で酸化し、金属膜における酸化部分と非酸化部分の関係を光学的に測定し金属膜における酸化の進行状態を評価することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１と図２を参照して本発明に係る装置の構成を説明する。図１は本発明に係る装置の概略的な平面図、図２はＡｌ膜の酸化処理チャンバの一例を示す外略的な縦断面図である。図１に示された装置は、複数の磁性膜を含む多層膜の作製装置である。図２に示された装置は、酸化処理を行うための金属膜処理装置であり、また多層膜作製装置に含まれる酸化処理チャンバに該当するものである。
【００２５】
図１に示された磁性多層膜作製装置１０はクラスタ型装置であり、複数の成膜チャンバを備えている。この装置では、ロボット搬送装置１１を備える搬送チャンバ１２が中央位置に設置されている。ロボット搬送装置１１は、径方向に伸縮自由なアーム１３と、基板を搭載するためのハンド１４とを備えている。アーム１３の基端部は搬送チャンバ１２の中心部１２ａに回転自在に付けられている。磁性多層膜作製装置１０の搬送チャンバ１２には、２つのロード／アンロードチャンバ１５，１６が設けられ、それぞれにより基板４３の搬入／搬出が行われる。これらのロード／アンロードチャンバ１５，１６を交互に使用することにより、生産性よく多層膜を作製できる構成となっている。
【００２６】
上記の磁性多層膜作製装置１０では、搬送チャンバ１２の周囲に、例えば、３つの成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、１つの酸化処理チャンバ１８と、１つのクリーニングチャンバ１９とが設けられている。酸化処理チャンバ１８では、Ａｌ膜（金属膜）を酸化処理し、その表面に酸化膜を成膜する。各チャンバの間には両チャンバを隔離しかつ必要に応じて開閉自在であるゲートバルブ２０が設けられている。なお各チャンバには、図示しない真空排気機構、ガス導入機構、電力供給機構が付設されている。
【００２７】
磁性多層膜作製装置１０の成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの各々ではスパッタリングにより基板の上に磁性膜を堆積する。例えば成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの天井部には、それぞれ、適当な円周の上に配置された４基のターゲット（２３，２４，２５，２６）、（２９，３０，３１，３２）、（３５，３６，３７，３８）が配置され、かつ当該円周と同軸上の下方に位置する基板ホルダ２１，２７，３３上に基板２２，２８，３４が配置されている。
【００２８】
上記の複数のターゲットは、効率よくかつ適切な組成の磁性膜を堆積させるために、好適には各基板に向くように傾斜して設けられるが、基板面に平行な状態で設けられてもよい。また、複数のターゲットと基板とは相対的に回転するような構成に基づいて配置されている。この構成としては、例えば本出願人によって先に出願された特許願に係る特開２００２−０８８４７１号公報に公開されている回転カソード機構に基づくものを用いることができる。例えば成膜チャンバ１７Ｂには、Ａｌターゲットと他の磁性膜用ターゲットとが前述した配置構造に基づいて配置されておリ、その結果、基板上に後述するような多層膜構造を有した多層膜が形成される。
【００２９】
成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃにおいて、必要に応じて順次に金属膜が成膜された後、基板２２，２８，３４は酸化機構を備えた酸化処理チャンバ１８に搬送され、金属膜に対して酸化処理が行われる。図１で示された例では、酸化処理チャンバ１８において基板ホルダ３９の上に基板４０が搭載されている。
【００３０】
またクリーニングチャンバ１９においても、基板ホルダ４１の上に基板４２が搭載されている。
【００３１】
図３に磁性多層膜構造の例（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示す。（Ａ）は８層のＭＲＡＭの多層膜構造例を示し、（Ｂ）は１０層のＴＭＲヘッド／ＭＲＡＭの多層膜構造例を示し、（Ｃ）は１３層のアドバンストＧＭＲヘッドの多層膜構造例を示している。例えば（Ｂ）の例ではＡｌ膜形成後に、（Ｃ）の例ではＢ構成のＣｏＦｅ膜の形成後に、ロボット制御装置１１によって、基板は酸化処理チャンバ１８に導入され、そこで酸化処理が施される。その結果、（Ｂ）の例ではＡｌ−Ｏ膜、（Ｃ）の例ではＣｏＦｅ膜が酸化されたＮＯＬ（Ｎａｎｏ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ）が形成される。
【００３２】
最初に、Ａｌ膜の酸化状態の管理機構について説明する。
【００３３】
酸化処理チャンバ１８では、Ａｌ膜を酸化する表面化学反応が行われる。この表面化学反応は、例えば、プラズマ酸化、オゾン酸化、紫外線・オゾン酸化、ラジカル酸化などである。このうちプラズマ酸化の例について説明する。
【００３４】
図２に示した酸化処理チャンバ１８は、プラズマ酸化を行うための機構を備えている。この酸化処理チャンバ１８は、全体装置として真空チャンバ５１で形成され、この真空チャンバ５１内に上部電極５２と下部電極５３が備えられている。上部電極５２は真空チャンバ５１の天井部に絶縁部（図示せず）を介して固定され、下部電極５３は真空チャンバ５１の底壁部に絶縁部（図示せず）を介して固定されている。下部電極５３は、図１で示した基板ホルダ３９に対応している。
【００３５】
電気的接続関係としては、上部電極５２はアース部に接続され、下部電極５３はマッチングボックス５４を介してＲＦ電源（高周波電源）５５に接続されている。下部電極５３の上に基板４０が搭載されている。プラズマ条件が成立した状態で、上部電極５２と下部電極５３の間の空間でプラズマ５６が生成される。また真空チャンバ５１の壁面には、赤外光入射用窓５７と反射光用窓５８とが設けられている。さらに真空チャンバ５１の天井部にプラズマ生成のための材料ガスを導入するガス導入部５９が設けられている。
【００３６】
酸化処理チャンバ１８の外部には光学的測定装置が設けられている。光学的測定装置は、好ましくは、赤外光を利用した高感度反射法を用いたフーリエ変換赤外分光光度計である。赤外光入射用窓５７の外側には、赤外光を出力する光源６０が設けられる。光源６０から出力された赤外光Ｌ１は、入射用窓５７を通して酸化処理チャンバ１８内に配置された基板４０上のＡｌ酸化膜を通過してＡｌ膜あるいは下地のＣｏＦｅ膜に到達する。基板４０上に堆積した多層膜に入射した赤外光Ｌ１は、最初はＡｌ膜で、Ａｌ膜の酸化が進行するにつれてＡｌ酸化膜とＡｌ膜との界面で、最終的にはＣｏＦｅ膜の表面で、反射される。
【００３７】
上記のごとくして反射された赤外光Ｌ２は測定光として反射光用窓５８から酸化処理チャンバ１８の外部へ取り出され、検出器６１によって検出される。検出器６１で検出された赤外光Ｌ１の反射光Ｌ２に関する信号は、さらに制御解析システム６２で解析され、ここで赤外光Ｌ１の反射光Ｌ２についてその強度や吸収帯位置等のデータが算出される。これらのデータは酸化制御システム６３に送られ、酸化制御システム６３でＲＦ電源５５の出力を最適に制御し、基板４０上における多層膜のＡｌ膜の酸化処理で最適な酸化が行われる。
【００３８】
上記で、基板４０上のＡｌ膜の酸化状態をＦＴＩＲの手法で評価しその酸化を制御する場合において、Ａｌ膜で酸化が進行するとき、徐々に形成されるＡｌ酸化膜（Ａｌ−Ｏ）の部分とＡｌ膜部分の約９７０ｃｍ−１付近のピークの吸収強度の差からＡｌ−Ｏのピーク値を計算し、当該ピーク値の増加を評価することによりＡｌ膜における酸化状態を制御する。このように、Ａｌ膜で酸化が進行しているときに、その酸化状態を評価するには、酸化前のＡｌを基準とし、酸化されつつある部分のピーク値を利用して評価が行われる。
【００３９】
上記のＡｌ膜の酸化の制御によれば、大気中に膜を出さなくても評価でき、このため最適な酸化膜を作製することができる。基板上に一層の酸化膜を形成するとき、あるいは多層膜中に含まれる酸化膜を形成するときに望ましい。特に基板に多層膜を堆積させるときには、基板を大気中に出さなくても済むことから、そのまま連続して必要な他の膜をその上に堆積して最終的な膜構成を作ることができるという利点が生じる。
【００４０】
上記のＡｌ膜の酸化制御では、酸化処理をどこで停止するかということが問題となるが、一般的には次の方法で停止させる。
【００４１】
ステップ１：  酸化前のＡｌ膜のＡｌ−Ｏのピーク位置の強度を検出する。これを標準値とする。
ステップ２：  酸化処理中のＡｌ−Ｏのピーク強度を検出する。このとき、金属の酸化による特定波数での強度を検出する。
ステップ３：  最初のＡｌ膜表面のＡｌ−Ｏのピーク付近との比較により、Ａｌ−Ｏのピークの強度差（標準値との差）を求める。これは、同一物質はその存在量に比例した吸収強度を示すことによる（ランバート・ベールの法則）。ただし酸化が進むにつれてＡｌ−Ｏのピークは低波数側にシフトするので、金属の酸化による特定波数近傍のある範囲の吸収波数域の中のピークの吸光度を検出することが必要である。Ａｌ−Ｏのピークの強度差を比較し数値として管理する、またはピーク値を時間の経過と共に順次プロットして変化曲線を描き、変化曲線上の傾斜という観点で管理することが可能である。
ステップ４：  上記のステップ１とステップ２を繰り返すことにより、前の検出量と新しい検出量を順次に比較し、その増加量が或る値以下になった時に、最適な酸化状態と評価して酸化処理を停止する。一例としてＡｌ膜の１００％あるいは９５％が酸化したら、酸化処理を停止することを設定しておく。このような値は後段のアニール等のプロセスに依存する。従って完全に酸化するかまたは完全に酸化される手前で停止するかは設計条件である。
【００４２】
以上のようなＡｌ膜等の酸化制御方法は、事前に酸化状態を算出する場合にも有効であり、その設定条件により酸化処理を行う製造ラインにおいても有効である。
【００４３】
上記の酸化処理チャンバ１８の構成において、例えば、赤外光入射用窓５７および反射光用窓５８の材質は検出光に応じた透過領域を持つ例えばＧｅ（ゲルマニウム）であり、光源６０はグローバ（炭化ケイ素焼結体）および光源光の波長校正用Ｈｅ−Ｎｅレーザであり、検出器６１はＭＣＴ（Ｈｇ−Ｃｄ−Ｔｅ）検出器である。
【００４４】
また高感度反射型赤外スペクトル測定方法については、例えば特開平６−２４１９９２号公報や特開平９−２６４８４８号公報に開示されているように、被測定物の裏面に金属反射板を配置し、入射した赤外光を反射させることにより、被測定物の厚さや化学結合種、官能基等の情報を得るための分析方法として多くの分野で利用されているものである。
【００４５】
上述した高感度反射型赤外スペクトル測定方法では、前述のように、被測定物の裏面に基板表面に照射された赤外光が反射するための金属反射板、例えば上記の公知の特許文献においては赤外光を２０％以上の反射率で反射するものが好ましく、金、銀、銅、アルミニウム等を必要としている。
【００４６】
上記に対して、本実施形態（本発明）の構成においては、酸化したい膜の下側には図３に示したごとく既にＣｏＦｅ膜を最上層とした金属多層膜が形成されており、しかも、本発明による多層膜作製装置の特徴である膜厚均一性が良好な状態で連続積層される多層膜構造となっているため、形成された各多層膜表面（界面）は非常に平滑な状態となっている。従って本発明では、反射型赤外分光スペクトル測定のために、必要とした被測定物裏面の平滑な金属膜を配置する必要はなく、多層膜が形成されている基板そのままで測定することが可能である。
【００４７】
次に図３に従って磁性膜を含む多層膜の構成を説明する。本実施形態では、赤外光反射作用に基づき測定される試料部分は、基板上に堆積される複数の磁性膜を含む多層膜製作途中のＡｌ酸化膜（Ａｌ２Ｏ３膜）あるいはＣｏＦｅ酸化膜である。Ａｌ膜の例を説明する。図３の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＭＲＡＭあるいはＴＭＲヘッドは複数の磁性膜を含む多層膜から構成される。Ａは反強磁性層、Ｂは多層磁性層（ピン層）、Ａｌ−ＯはＡｌ酸化膜、Ｃは多層磁性層（フリー層）、Ｔａは保護膜である。各層は数ｎｍの非常に薄い膜から構成されている。Ｏｘは酸化処理を示す。図３に示すように、構成Ｂと構成Ｃの間には１ｎｍ程度のＡｌ酸化膜による絶縁層により遮断されている。
【００４８】
Ｗ．Ｚｈｕ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８，３１０３（２００１））  らは、高ＭＲ比のＭＴＪｓ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｊｕｎｎｃｔｉｏｎｓ）を得るために必要なＣｏ上のＡｌ膜の酸化をＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙにより評価した結果を発表している。本発明者らは、同様な評価を、真空装置内において上記多層膜構造を作製している途中で行うことを試み、良好な結果を得た。用いた方法は、以下の（表１）に示す通りである。
【００４９】
【表１】
酸化処理方法：酸素プラズマ酸化
条件：ＲＦ；２０Ｗ、Ａｒ；２０ｓｃｃｍ、Ｏ２；２ｓｃｃｍ
酸化時間：２０秒、６０秒、８０秒、１８０秒
試料：
試料        Ａｌ酸化時間（秒）
試料１          ０秒
試料２        ２０秒
試料３        ６０秒
試料４        ８０秒
試料５      １８０秒
試料（構造）：Ｓｉ基板／ＣｏＦｅ（２ｎｍ）／Ａｌ（１．２ｎｍ）
測定方法：フーリエ変換式赤外分光分析法
測定手法：高感度反射法
分解能：８ｃｍ−１
積算回数：２５６回
測定範囲：４０００‐７００ｃｍ−１
検出器：ＭＣＴ検出器
【００５０】
図４は、Ａｌ２Ｏ３による吸収（Ａｌ‐Ｏ伸縮振動）と考えられる９７０ｃｍ−１付近の吸収強度とＡｌ膜酸化時間との関係を示すグラフである。図４で、横軸は酸化時間（秒）を意味し、縦軸は吸収強度（Ａｒｂ．  Ｕｎｉｔ：任意単位）を意味する。また図５は、上記吸収帯のピーク位置とＡｌ膜酸化時間との関係を示すグラフである。図５で横軸は酸化時間（秒）を意味し、縦軸は波数（ｃｍ−１）を意味する。
【００５１】
図４では、酸化時間が長いほどＡｌ−Ｏ伸縮振動強度が強くなって、一定値に近づくことが分かる。また図５では、酸化時間が長くなるほど低波数側にピーク位置がシフトしていくことが分かる。前述のＷ．Ｚｈｕらによれば、酸化時間が長くなるにつれ、酸化層の厚さは厚くなり、そのＡｌ‐Ｏ伸縮振動ピーク位置は低波数方向にシフトしていくことが報告されており、今回の実験は同様な動向を示していることが分かった。上記の結果は、プラズマ酸化終了後に上記酸化処理チャンバ１８内で、Ａｌ酸化膜の酸化状態を評価したものであるが、酸化処理中においても同様に評価可能である。
【００５２】
酸素プラズマでは酸素原子ラジカルを主とする約０．８μｍ（７７７ｎｍ）の発光を生じるが、測定に使用する赤外光は一般的に２．５〜２５μｍであり、阻害されない。またプラズマ中を通過／反射した赤外光のＡｌによる反射光とＡｌ−Ｏによって吸収を受けた後の反射光との差を見ることを原理とする上記のＦＴＩＲ法においては、相対的な両者の差は充分に得ることができる。
【００５３】
実際のデバイス（素子）作製には、図３における構成Ｂの磁性層（ピン層）を固定するために、多層膜作製の後のアニールが必要である。例えば、２６０℃で５時間程度アニール処理を行う。この工程を経て良好なデバイスを得るには、１．２ｎｍのＡｌ膜の場合では、図４でＡｌ−Ｏ伸縮振動の強度が飽和した状態（６０〜８０秒）の若干手前になるような酸化を行うと、良好な磁性特性を有するデバイスが得られることが分かった。なお、この適切な酸化状態は工程中の諸条件により異なるので、酸化の度合いはその製造プロセスに依存する。
【００５４】
以上に基づき、本実施形態に係る装置構成または方法に従えば、Ａｌ膜を例えば酸素プラズマ等による酸化後あるいは酸化しながら、その酸化状態を検知することができ、Ａｌ−Ｏの吸収位置やＣｏＦｅ−Ｏ等の下地膜による酸化化合物の吸収帯を検出することにより、最適なＡｌ酸化膜を得ることができる。
【００５５】
なお本発明は、上記実施形態に限定されず、Ａｌ膜の酸化状態だけでなく、他の金属の酸化状態を管理することもできる。また多層膜に限定されず、一層の金属膜の酸化であってもよい。また酸化だけではなく、窒化等の処理を施した金属膜の評価も可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、ＴＭＲ素子からなる磁気ヘッドやＭＲＡＭ等の磁性膜を含む多層膜の作製装置において、そのＴＭＲ素子の絶縁膜として、成膜チャンバで作製したＡｌ膜の酸化状態を管理しながら酸化処理を行うことができ、基板を大気に晒すことなく真空状態の雰囲気を保持したまま良質なデバイスを歩留まりよく作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層膜作製装置の代表的実施形態の全体構成を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明に係る多層膜作製装置に含まれる酸化処理装置（酸化処理チャンバ）の概略的構成を示す縦断面図である。
【図３】磁性多層膜の構造をの一例を示す図である。
【図４】９７０ｃｍ−１付近（Ａｌ‐Ｏ伸縮振動）のバンドの吸収強度とＡｌ膜酸化時間との関係を示す図である。
【図５】Ａｌ‐Ｏ伸縮振動吸収帯のピーク位置とＡｌ膜酸化時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０              磁性多層膜作製装置
１１              ロボット搬送装置
１２              搬送チャンバ
１７Ａ〜１７Ｃ    成膜チャンバ
１８              酸化処理チャンバ
２１              基板ホルダ
２２，４０        基板
５７              赤外光入射用窓
５８              反射光用窓
６０              光源
６１              検出器
６２              制御解析システム
６３              酸化制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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