JP2002167661A - 磁性多層膜作製装置 - Google Patents

磁性多層膜作製装置

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JP2002167661A
JP2002167661A JP2000365696A JP2000365696A JP2002167661A JP 2002167661 A JP2002167661 A JP 2002167661A JP 2000365696 A JP2000365696 A JP 2000365696A JP 2000365696 A JP2000365696 A JP 2000365696A JP 2002167661 A JP2002167661 A JP 2002167661A
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film
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film forming
multilayer film
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秀二 野村
Ayumi Miyoshi
歩 三好
Koji Tsunekawa
孝二 恒川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＭＲ素子やＭＲＡＭの製作で通常な構成で
あり、半導体デバイスメーカによる磁性多層膜の製作に
適し、膜性能を高めることができかつ生産性を向上でき
る磁性多層膜作製装置を提供する。 【解決手段】 基板の上に複数の磁性膜の各々を順次に
積層状態で堆積して磁性多層膜を作製する磁性多層膜作
製装置１０である。磁性多層膜を複数のグループ（Ａ，
Ｂ，Ｃ）に分け、複数のグループの各々は連続して積層
状態で堆積される複数の磁性膜から成る。複数のグルー
プの各々に含まれる複数の磁性膜は同じ１つの成膜チャ
ンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃで基板に順次に堆積させる
ように構成される。グループごとに異なる成膜チャンバ
で成膜が行われる。

Description

【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装置
に関し、特に、磁性多層膜を堆積が連続する複数の膜か
ら成るグループに分け、各グループごとに１つの成膜チ
ャンバを用意し、複数の成膜チャンバの各々でグループ
ごとに成膜を行うようにした磁性多層膜作製装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】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、磁気抵抗効果型磁気ヘッドに
使用される磁気抵抗効果素子としてＴＭＲ素子が採用さ
れつつある。ＴＭＲ素子はＴＭＲ効果(Tunneling Magne
toresistive)を利用した素子である。ＴＭＲ効果は絶縁
体を強磁性体で挟んだトンネル接合で生じる磁気抵抗効
果である。ＴＭＲ素子は、従来のＡＭＲ(Anisotropic M
agnetroresistive)効果やＧＭＲ(Giant Magnetoresisti
ve)効果を利用した素子に比較して、ＭＲ比が大きいと
いう利点を有している。ＭＲ比は３０〜５０％である。
【０００３】上記のＴＭＲ素子を構成する膜は、基本的
に、第１の軟磁性層、絶縁層、第２の軟磁性層、反強磁
性層等が順次に積層され、磁性多層膜の構造を有してい
る。かかるＴＭＲ素子は、複数の磁性膜の各々について
は個別にスパッタリングを利用して成膜が行われ、絶縁
層については金属の酸化反応で成膜が行われる。
【０００４】上記のごとき磁性多層膜の各層の膜を基板
に順次に堆積させるための従来の磁性多層膜作製装置は
連続多層成膜で行われていた。図５に従来の代表的なヘ
ッド用のスパッタ成膜装置を示す。このスパッタ成膜装
置では、ロボット搬送装置１０１を内蔵する搬送チャン
バ１０２の周囲に比較的大きな１つの成膜チャンバ１０
３を設け、この成膜チャンバ１０３の内部に、円を描く
ような配列で、磁性多層膜を構成する各種の磁性膜を個
別にスパッタ堆積させるためのターゲット１０４Ａ〜１
０４Ｊが設けられている。ロードチャンバ１０５から搬
入された基板は、さらに搬送チャンバ１０２内のロボッ
ト搬送装置１０１によって成膜チャンバ１０３内に導入
され、ここで基板への磁性多層膜の製作が行われる。磁
性多層膜の製作は、基板を例えば時計回りで移動させる
こととし、その移動においてターゲット１０４Ａ〜１０
４Ｊの各々の下で停止させ、スパッタ成膜することで、
行われる。基板上の磁性多層膜は、１つの成膜チャンバ
１０３で、予め定められた順序で配列されたターゲット
に基づき、磁性多層膜のすべてを、設定順序に従って下
層から順次に連続的に成膜することにより製作される。
このスパッタ成膜では、通常、ターゲットは水平に配置
され、当該ターゲットの表面に対して基板の表面は対向
した状態に配置されている。成膜チャンバ１０３におけ
る磁性多層膜の層数に対応する複数のターゲット１０４
Ａ〜１０４Ｊを利用した磁性多層膜の連続多層成膜が終
了すると、搬送チャンバ１０２のロボット搬送装置１０
１によって成膜処理が終了した基板は搬送され、アンロ
ードチャンバ１０６から搬出される。
【０００５】上記の従来の磁性多層膜の連続多層成膜で
は、スパッタ成膜装置の構成上、途中で成膜が中断され
ることなく最下層から最上層の成膜完了まで継続され
る。一方、半導体デバイスを構成する多層膜の製作は、
搬送チャンバを中央にしてその周囲に複数の成膜チャン
バを備え、クラスタ型として、複数の成膜チャンバで多
層膜の各々を堆積させるように構成されるのが一般的で
ある。このような通常の半導体デバイスに係る多層膜の
成膜装置の構成に比較して、従来の代表的な磁性多層膜
のスパッタ成膜装置の構成はユニークなものであるとい
える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】磁性多層膜から成る上
記ＴＭＲ素子の磁気ヘッドの量産に適した磁気ヘッド用
スパッタ成膜装置の開発では、ユニークな構成ではな
く、半導体デバイス製造装置としての一般的構成に適合
するような構成の採用が求められている。
【０００７】また将来、不揮発性半導体メモリとして、
メモリ集積度の向上および高速書換え性能の点で、ＴＭ
Ｒ素子に類似した磁性多層膜構造を有するＭＲＡＭ(Mag
netoresistive Random Access Memory等)の需要が高く
なる。かかる需要に応じて、磁性多層膜の製作を通常の
半導体デバイスメーカが行う場合、１つの大きな成膜チ
ャンバで連続して多層成膜する従来の装置構成は、通常
の半導体デバイス製作方式に比較して違和感のあるもの
である。そこで半導体メーカが自社の半導体ラインでＭ
ＲＡＭを製作することを考慮すると、半導体ラインに適
した構成（クラスタシステム）を有する磁性多層膜作製
装置が求められる。
【０００８】また従来の磁性多層膜の連続成膜は、基板
上の最下層から最上層まで中断されることなく継続して
成膜しなければならず、一度に多数の磁性膜を堆積させ
るため、ＭＲ比の向上の点で制約を受けるというおそれ
がある。
【０００９】さらに、ＭＲＡＭの生産では、磁気ヘッド
の生産に比較してより高い生産性が求められる。前述の
従来の代表的な磁性多層膜作成装置の構成によれば、連
続多層成膜であるために、生産性の向上を期待すること
が困難である。
【００１０】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、ＴＭ
Ｒ素子から成る磁気ヘッドやＭＲＡＭ等の生産におい
て、通常な構成であって特に半導体デバイスメーカによ
る磁性多層膜の製作に適した構成を有し、さらに膜性能
を高めることができかつ生産性を向上できる磁性多層膜
作製装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
磁性多層膜作製装置は、上記の目的を達成するために、
次のように構成される。
【００１２】第１の磁性多層膜作製装置（請求項１に対
応）は、基板上に複数の磁性膜や非磁性膜を含む多層膜
の各層を順次に積層状態で堆積して磁性多層膜を作製す
る磁性多層膜作製装置であり、複数の磁性膜を複数のグ
ループに分け、複数のグループの各々は連続して積層状
態で堆積される複数の磁性膜から成る。複数のグループ
の各々に含まれる複数の磁性膜は同じ成膜チャンバで基
板に順次に堆積させるように構成される。
【００１３】上記の磁性多層膜作製装置によれば、多層
の磁性膜を特定の基準に基づき複数のグループに分けて
スパッタ成膜することを可能にし、これにより多数の成
膜チャンバを備えたクラスタ型の磁性多層膜作製装置の
構成を実現している。磁性多層膜の作製においてクラス
タシステムの実現は半導体製造メーカの方式に合致する
ものである。
【００１４】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、複数のグル
ープの各々に対応して１つの成膜チャンバが設けられ、
グループの数に対応する個数の複数の成膜チャンバが備
えられる。複数のグループに分けることができた磁性多
層膜の成膜は、グループごとに成膜処理を行うことが好
ましく、グループに属する複数の磁性膜は共通の同じ成
膜チャンバでスパッタリングを利用して連続的に成膜さ
れる。
【００１５】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、磁性膜を形
成するための複数の成膜チャンバの他に、他の性質の膜
を形成するための成膜チャンバを備えるように構成され
る。磁性多層膜では、その途中の段階で酸化膜を形成す
る処理が必要であるので、かかる成膜チャンバは別途に
用意される。クラスタ型の成膜装置であるので、中央に
位置する搬送チャンバの周囲に他の成膜チャンバを設け
ることが可能となる。
【００１６】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、複数の成膜
チャンバは、基板搬送装置を備えた中央に位置する搬送
チャンバの周囲に配置されるように構成される。クラス
タシステムの成膜装置が実現され、このことは半導体方
式との融合を図ることを可能する。
【００１７】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、グループに
含まれる複数の磁性膜を形成するため成膜チャンバに
は、グループに含まれる複数の磁性膜に対応する複数の
ターゲットが配置され、成膜チャンバでは底面の中央に
基板が回転状態で配置され、複数のターゲットは基板に
向くように傾斜して設けられる。１つの成膜チャンバで
スパッタリングにて複数種類の磁性膜を堆積させかつ効
率よく、高い性能の磁性膜を堆積させるには、斜め成膜
の構成が好ましい。
【００１８】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、成膜チャン
バで、複数のターゲットの前面には個別に回転する２枚
のシャッタ板から成る二重シャッタ機構を設けたことを
特徴とする。二重シャッタ機構を設けることにより、同
一の成膜チャンバ内に設けられたターゲット間のクロス
コンタミネエーションを防止することができる。
【００１９】第７の磁性多層膜作製装置（請求項７に対
応）は、上記の構成において、好ましくは、複数のグル
ープの形成で、上記多層膜に含まれる金属酸化層とそれ
に続く磁性膜の間で分離を行ってグループを作ると共
に、さらに、反強磁性膜とそれに続く磁性層は同じグル
ープとして同一の成膜チャンバで連続して成膜を行うよ
うに構成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】図１は本発明に係る磁性多層膜作製装置の
代表的な構成を示し、内部機構の概略構成が判明する程
度に示された平面図である。この磁性多層膜作製装置１
０はクラスタ型であり、複数の成膜チャンバを備えてい
る。ロボット搬送装置１１が備えられた搬送チャンバ１
２が中央位置に設置されている。ロボット搬送装置１１
は、伸縮自在なアーム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に回転自在に取り付けられてい
る。
【００２２】磁性多層膜作製装置１０の搬送チャンバ１
２には、ロード／アンロードチャンバ１５，１６が設け
られている。ロード／アンロードチャンバ１５によっ
て、外部から磁性多層膜作製装置１０に処理対象の基板
を搬入すると共に、磁性多層膜の成膜処理が終了した基
板を磁性多層膜作製装置１０から外部へ搬出する。ロー
ド／アンロードチャンバ１６も同じ機能を有し、ロード
／アンロードチャンバ１６を経由して搬入された基板
は、同チャンバから搬出される。ロード／アンロードチ
ャンバを２つ設けた理由は、２つのチャンバを交互に使
い分けることにより、生産性を高めるためである。
【００２３】この磁性多層膜作製装置１０では、搬送チ
ャンバ１２の周囲に、３つの成膜チャンバ１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃと、１つの酸化膜成膜チャンバ１８と、１つ
のクリーンニングチャンバ１９とが設けられている。２
つのチャンバの間には、両チャンバを隔離し、かつ必要
に応じて開閉自在なゲートバルブ２０が設けられてい
る。なお各チャンバには真空排気機構、原料ガス導入機
構、電力供給機構等が付設されているが、それらの図示
は省略されている。
【００２４】成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの各
々は、グループに属する複数の磁性膜を同じチャンバ内
で連続して成膜するための成膜チャンバである。この実
施形態によれば、基板上に堆積される磁性多層膜を下側
から３つのグループＡ，Ｂ，Ｃに分け、各グループごと
の複数の磁性膜を１つの共通の成膜チャンバで堆積させ
るように構成している。これによりクラスタ型の磁性多
層膜作製装置が実現されている。Ａ，Ｂ，Ｃでグループ
化され、各グループに属する複数の磁性膜を堆積させる
成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの各々ではスパッ
タリングを利用したＰＶＤ(Physical Vapor Depositio
n)法によって磁性膜を堆積する。
【００２５】グループＡに属する磁性膜を成膜する成膜
チャンバ１７Ａでは例えばＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦ
ｅＣｒ（Seed層：この層は省略できる），ＰｔＭｎまた
はＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ（アンチフェロ層：反強
磁性層），ＣｏＦｅの各磁性膜が所定順序で連続的に堆
積される。このため、成膜チャンバ１７Ａでは、その底
部中央の基板ホルダ２１上に配置された基板２２に対
し、天井部にＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒ，Ｐｔ
ＭｎまたはＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ，ＣｏＦｅのそ
れぞれに対応する４つのターゲット２３〜２６が取り付
けられている。なお図１において、成膜チャンバ１７Ａ
の内部を所要の真空状態にする溜めの真空排気機構、タ
ーゲット２３〜２６のスパッタに要する電力を供給する
ための機構、プラズマを生成するための機構等の図示は
省略されており、このことは他の成膜チャンバ等でも同
じである。
【００２６】グループＢに属する磁性膜を成膜する成膜
チャンバ１７Ｂでは例えばＣｏＦｅ，Ｒｕ，Ａｌの磁性
膜が所定順序で連続的に堆積される。このため、成膜チ
ャンバ１７Ｂでも、上記と同様に、その底部中央の基板
ホルダ２７上に配置された基板２８に対し、天井部にＣ
ｏＦｅ，Ｒｕ，Ａｌのそれぞれに対応するターゲット２
９〜３２が取り付けられている。
【００２７】グループＣに属する磁性膜を成膜する成膜
チャンバ１７Ｃでは例えばＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦ
ｅＣｒ，ＰｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ，
ＣｏＦｅの各磁性膜が所定順序で連続的に堆積される。
このため、成膜チャンバ１７Ｃでも、上記と同様に、そ
の底部中央の基板ホルダ３３上に配置された基板３４に
対し、天井部にＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒ，Ｐ
ｔＭｎまたはＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ，ＣｏＦｅの
それぞれに対応する４つのターゲット３５〜３８が取り
付けられている。
【００２８】酸化膜成膜チャンバ１８では、金属層を酸
化する表面化学反応が行われる。この表面化学反応で
は、プラズマ酸化、自然酸化、オゾン酸化、紫外線−オ
ゾン酸化、ラジカル酸素などが使用される。酸化膜成膜
チャンバ１８で、３９は基板ホルダ、４０は基板であ
る。
【００２９】クリーンニングチャンバ１９では、イオン
ビームエッチング機構とＲＦスパッタエッチング機構が
設けられ、表面平坦化が行われる。クリーンニングチャ
ンバ１９で、４１は基板ホルダ、４２は基板である。
【００３０】上記の構成を有する磁性多層膜製作装置１
０において、ロード／アンロードチャンバ１５を通して
内部に搬入された基板４３は、ロボット搬送装置１１に
よって、成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ、酸化膜
成膜チャンバ１８と、クリーンニングチャンバ１９のそ
れぞれに、作製対象である磁性多層膜デバイスに応じて
予め定められた順序で導入され、各チャンバでは所定の
成膜やエッチング等の処理が行われる。作製対象の磁性
多層膜デバイスとしては、ＭＲＡＭ、ＴＭＲヘッド、ア
ドバンスド（改良型）ＧＭＲなどが存在する。
【００３１】図２に磁性多層膜構造を有する上記のデバ
イスの例を示す。図２で（Ａ）は８層のＭＲＡＭを示
し、（Ｂ）は１０層のＴＭＲヘッドまたはＭＲＡＭを示
し、（Ｃ）は１３層のアドバンスドＧＭＲを示してい
る。
【００３２】図２（Ａ）によれば、８層のＭＲＡＭは、
最下層の第１層から最上層の第８層に向かってＴａ，Ｃ
ｏＦｅ，Ｒｕ，ＣｏＦｅ，Ａｌ-Ｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦ
ｅ，Ｔａの順序で磁性膜が積層されている。この積層状
態においてＴａ（第１層）とＣｏＦｅ（第２層）がグル
ープＡに属し、Ｒｕ（第３層）とＣｏＦｅ（第４層）と
Ａｌ-Ｏ（第５層）がグループＢに属し、ＣｏＦｅ（第
６層）とＮｉＦｅ（第７層）とＴａ（第８層）がグルー
プＣに属している。なお第１層のＴａの下でクリーニン
グ（図中記号「Ｃｌ．」で示す）のエッチングが行われ
る。また第５層のＡｌ-Ｏと第６層のＣｏＦｅの間では
Ａｌ膜の酸化処理（図中記号「Ｏｘ．」で示す）が行わ
れ、これによりＡｌ-ＯはＡｌ酸化膜となる。なお、Ａ
ｌ酸化膜（Ａｌ-Ｏ）は、ＡｌターゲットのＯ2ガスによ
るリアクティブスパッタリング法によって作製してもよ
い。このことは他の多層膜の場合にも同様である。
【００３３】図２（Ｂ）によれば、１０層のＴＭＲヘッ
ドまたはＭＲＡＭは、最下層の第１層から最上層の第１
０層に向かってＴａ，ＮｉＦｅ，ＰｔＭｎ，ＣｏＦｅ，
Ｒｕ，ＣｏＦｅ，Ａｌ-Ｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，Ｔａ
の順序で磁性膜が積層されている。この積層状態におい
て、Ｔａ（第１層）とＮｉＦｅ（第２層）とＰｔＭｎ
（第３層）とＣｏＦｅ（第４層）がグループＡに属し、
Ｒｕ（第５層）とＣｏＦｅ（第６層）とＡｌ-Ｏ（第７
層）がグループＢに属し、ＣｏＦｅ（第８層）とＮｉＦ
ｅ（第９層）とＴａ（第１０層）がグループＣに属して
いる。なお第１層のＴａの下でクリーニング（Ｃｌ．）
のエッチングが行われる。また第７層のＡｌ-Ｏと第８
層のＣｏＦｅの間では酸化処理（Ｏｘ．）が行われ、Ａ
ｌ−ＯはＡｌ酸化膜となる。図２（Ａ）に示した８層の
ＭＲＡＭと比較すると、第２層および第３層としてＮｉ
Ｆｅ，ＰｔＭｎの磁性膜層が加入された点で異なり、そ
の他の多層の層構造の配列は同じである。
【００３４】図２（Ｃ）によれば、１３層のアドバンス
ドＧＭＲは、最下層の第１層から最上層の第１３層に向
かってＴａ，ＮｉＦｅＣｒ，ＰｔＭｎ，ＣｏＦｅ，Ｒ
ｕ，ＣｏＦｅ，ＮＯＬ(Nano Oxide Layer：ＣｏＦｅ-Ｏ
等)，ＣｏＦｅ，Ｃｕ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，Ｃｕ，Ｔ
ａの順序で磁性膜が積層されている。この積層状態にお
いて、Ｔａ（第１層）とＮｉＦｅＣｒ（第２層）とＰｔ
Ｍｎ（第３層）とＣｏＦｅ（第４層）がグループＡに属
し、Ｒｕ（第５層）とＣｏＦｅ（第６層）とＮＯＬ（第
７層）がグループＢに属し、ＣｏＦｅ（第８層）とＣｕ
（第９層）とＣｏＦｅ（第１０層）とＮｉＦｅ（第１１
層）とＣｕ（第１２層）とＴａ（第１３層）がグループ
Ｃに属している。なお第１層のＴａの下でクリーニング
（Ｃｌ．）のエッチングが行われる。また第６層のＣｏ
Ｆｅと第８層のＣｏＦｅの間では酸化処理（Ｏｘ．）が
行われ、その結果、第７層として極薄い酸化膜のＮＯＬ
(Nano Oxide Layer)が形成される。
【００３５】上記のごとく、製作対象としての磁性多層
膜デバイスは、いずれのものも、積層された磁性膜を３
つのグループＡ，Ｂ，Ｃに分け、各グループに属する複
数の磁性膜を連続して堆積させて成膜を行っている。グ
ループＡに属する磁性膜は成膜チャンバ１７Ａで順次に
成膜され、グループＢに属する磁性膜は成膜チャンバ１
７Ｂで順次に成膜され、グループＣに属する磁性膜は成
膜チャンバ１７Ｃで成膜される。さらに酸化膜の成膜は
酸化膜成膜チャンバ１８で成膜され、クリーニングのエ
ッチングはクリーニングチャンバ１９で実施される。
【００３６】上記多層磁気膜製作装置１０において上記
の８層のＭＲＡＭを製作するときには、装置内に搬入さ
れた基板は、最初にクリーニングチャンバ１９に導入さ
れイオンビーム等で基板表面の平坦化のためのエッチン
グ処理が行われ、次に成膜チャンバ１７Ａに導入されて
グループＡの第１層と第２層が各ターゲットを順次に用
いて連続してスパッタで堆積され、次に成膜チャンバ１
７Ｂに導入されてグループＢの第２層から第５層が各タ
ーゲットを順次に用いて連続してスパッタで堆積され、
次に酸化膜成膜チャンバ１８に導入されて酸化膜（アル
ミナ層）が形成され、最後に成膜チャンバ１７Ｃに導入
されグループＣの第６層から第８層が各ターゲットを順
次に用いて連続してスパッタにより堆積される。
【００３７】上記の磁性多層膜作製装置１０において、
図２を参照して前述した１０層のＴＭＲヘッド／ＭＲＡ
Ｍあるいは１３層のアドバンスドＧＭＲを作製するとき
にも、上記と同様に行われる。磁性多層膜は、グループ
ごとに、対応する成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ
でスパッタ成膜が連続して行われる。
【００３８】従来では前述のごとく１つの大型の成膜チ
ャンバで多層の磁性膜を最下層から最上層まで連続して
堆積させて製作していた磁性多層膜を、当該磁性多層膜
を特定の複数のグループに分割しグループごとの複数の
磁性膜を異なる環境による成膜チャンバを用いて成膜で
きるという知見を見出し、そこで、この知見に基づいて
上記のごとく複数のスパッタ成膜用の成膜チャンバを用
いて多層の磁性膜をグループに分割して成膜し、クラス
タ型の磁性多層膜作製装置を実現する。多層の磁性膜の
分割の仕方としては、図２に示すごとく、３つのグルー
プＡ，Ｂ，Ｃに分けることが好ましいが、これに限定さ
れるものではない。グループの分け方の基準としては、
好ましくは、金属酸化膜（例えばＡｌ-Ｏ）とそれに続
く磁性層との間で分離を行うと共に、アンチフェロ(Ant
i-Ferro)層（反強磁性層、例えばＰｔＭｎ層）とそれに
続く磁性層（主にＣｏＦｅ層）は必ず同一の成膜チャン
バ内で連続して成膜を行うということである。さらに成
膜チャンバを分離する観点としては、途中に酸化プロセ
スが入る場合には、酸化プロセスの前後で積層を分離す
ることが好ましい。さらに各成膜チャンバによる積層数
ができる限り均等に配分されることも考慮される必要が
ある。
【００３９】また異なる成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，
１７Ｃのそれぞれで同じ磁性膜（ＣｏＦｅ等）を堆積さ
せることもあるが、１つのチャンバは１回通過させる成
膜手順を採用することにより、成膜の効率化を高めてい
る。また上記構成のクラスタ型磁性多層膜作製装置の構
成によれば、各種の多層膜構造を有する磁性膜デバイス
の製作に対処することができる。
【００４０】上記のごとく磁性多層膜をグループに分離
してグループごとに異なる成膜チャンバでスパッタ成膜
を行うことによって、次のように膜の性能の向上するこ
とができる。例えば基板上において、下側から、Ｔａ
（５ｎｍ），ＮｉＦｅ（２ｎｍ），ＰｔＭｎ（２０ｎ
ｍ），ＣｏＦｅ（２ｎｍ），Ｒｕ（０．８５ｎｍ），Ｃ
ｏＦｅ（２．５ｎｍ），Ｃｕ（３ｎｍ），ＣｏＦｅ（１
ｎｍ），ＮｉＦｅ（３ｎｍ），Ｔａ（３ｎｍ）の順で積
層されるスピンバルブＧＭＲ膜に関して、全層を連続的
に成膜した場合には７．３９％のＭＲ比を得ることがで
きる。これに対して、ＰｔＭｎ層（第３層）とＣｏＦｅ
層（第４層）の間で中断して分離成膜を行う場合にはＭ
Ｒ比が６．６７％に低下する。そのため、反強磁性層と
それに続く磁性層の成膜は同一の成膜チャンバ内で連続
的に成膜することが好ましい。さらに、Ｒｕ層（第５
層）とＣｏＦｅ層（第６層）の間で中断して分離成膜を
行う場合にはＭＲ比が７．４５％となり、ＣｏＦｅ層
（第６層）とＣｕ層（第７層）の間で中断して分離成膜
を行う場合にはＭＲ比が７．６６％となり、Ｃｕ層（第
７層）とＣｏＦｅ層（第８層）の間で中断して分離成膜
を行う場合にはＭＲ比が７．６７％となる。これらの場
合には、ＭＲ比を向上させる界面である。このようなこ
とから、全層を同一の成膜チャンバで連続的に成膜する
必要性は必ずしもなく、特性の向上、および生産性を考
慮すると、磁性多層膜をグループに分け、成膜チャンバ
を複数用意し、分離成膜することが望ましい。
【００４１】次に成膜チャンバ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ
の各々に設けられる特徴的な構造を図３を参照してより
詳しく説明する。図３の（Ａ）は例えば成膜チャンバ１
７Ｃの平面図であり、（Ｂ）は特徴的構造を示すその縦
断面図である。図３において、図１で説明した要素と実
質的に同一の要素には同一の符号を付している。成膜チ
ャンバ１７Ｃの容器５１の天井部５２には前述の通り４
つのターゲット３５〜３８が設けられている。これらの
ターゲット３５〜３８は天井部５２において傾斜した状
態にて取り付けられている。成膜チャンバ１７Ｃの底面
部の中央に回転自在に設けられた基板ホルダ３３は基板
３４を水平状態にて搭載している。基板３４へのスパッ
タ成膜のとき基板３４は回転状態にある。なお基板ホル
ダ３３上の基板３４の周囲にはリング状のマグネット５
３が設置されている。傾斜して設けられたターゲット３
５〜３８は、それぞれ、下方で水平に配置された基板３
４の上面に対して向くような姿勢にて配置されている。
これらのターゲットと基板３４の間にはシャッタ機構５
４が配置されている。シャッタ機構５４は二重のシャッ
タを有している。シャッタ機構５４の動作によって、４
つのターゲット３５〜３８のうちスパッタ成膜に使用さ
れるターゲットが選択される。かかる構成によって、ス
パッタされたターゲット物質の斜め入射を実現し、多層
成膜において高均一な膜厚分布を達成し、かつターゲッ
ト相互の汚染や磁性膜同士で汚染が生じるのを防止して
いる。
【００４２】図４を参照してシャッタ機構５４の構造と
動作を概念的により詳しく説明する。シャッタ機構５４
は二重回転シャッタとして構成されている。この図示例
では、４つのターゲット３７〜３８は説明簡略のために
平行に配置した状態を示している。シャッタ機構５４
は、２枚のシャッタ板６１，６２を実質的に平行に配置
し、それぞれを個別に軸６３の周りに自在に回転できる
ように設けられている。シャッタ板６１には直径方向に
並んだ２つの孔６１ａ，６１ｂが形成され、シャッタ板
６２には１つの孔６２ａが形成されている。図３に示さ
れた状態では、ターゲット３８に対してシャッタ板６１
の孔６１ａとシャッタ板６２の孔６２ａの位置を重ねる
ことによりターゲット３８を利用したスパッタ成膜が行
われ、回転中の基板３４の表面に所定の磁性膜を堆積さ
せる。このときターゲット３６，３７は２枚のシャッタ
板６１，６２で覆われ、スパッタされたターゲット物質
が付着されるのを防止される。またターゲット３５はシ
ャッタ板６１では孔６１ｂに対向しているが、シャッタ
板６２で覆われているので、同様に保護される。上記の
ごとく二重回転シャッタから成るシャッタ板６１，６２
によってターゲット間のクロスコンタミネーションを防
止するようにしている。
【００４３】前述の実施形態では、磁性多層膜を３つの
グループに分けたため３つの成膜チャンバ１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃを設けるようにしたが、グループの分け数は
任意であり、成膜チャンバの数は任意に設定することが
できる。また多層の磁性膜の堆積順序も前述の実施形態
に限定されず、任意設定することができる。
【００４４】多層の磁性膜のスパッタ成膜をグループに
分割し、１つの成膜チャンバで連続成膜する磁性膜の数
を少なくしたため、膜の平坦性を良好にすることがで
き、膜質を高めることができる。
【００４５】
【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素子から成る磁気ヘッドやＭＲＡＭ等の磁
性多層膜の製作において、多層膜を複数のグループに分
けグループごとの磁性膜を共通の１つの成膜チャンバで
スパッタ成膜するようにしたため、磁性多層膜作製装置
について、半導体多層膜作製装置としてはノーマルなク
ラスタ型成膜装置の構成を実現でき、特に半導体メーカ
の半導体方式に適した磁性多層膜製作装置を実現でき、
さらに膜性能を高めることができ、生産性を向上でき
る。また二重シャッタ機構を備えることによりターゲッ
ト間のクロスコンタミネーションを防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁性多層膜作製装置の代表的な実
施形態の構成を示す平面図である。
【図２】作製対象である磁性多層膜の積層構造の３つの
例とそのグループ化（Ａ，Ｂ，Ｃ）を説明する図であ
る。
【図３】本発明に係る磁性多層膜作製装置の１つの成膜
チャンバの構成を概略的に示す平面図（Ａ）と縦断面図
（Ｂ）を示す図である。
【図４】本発明による二重シャッタ機構を概略的に示す
説明図である。
【図５】従来の代表的な磁性多層膜作製装置の平面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 磁性多層膜作製装置 １１ ロボット制御装置 １２ 搬送チャンバ １７Ａ〜１７Ｃ 成膜チャンバ １８ 成膜チャンバ １９ クリーニングチャンバ ５４ シャッタ機構
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月６日（２０００．１２．
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】グループＡに属する磁性膜を成膜する成膜
チャンバ１７Ａでは例えばＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦ
ｅＣｒ（Seed層：この層は省略できる），ＰｔＭｎまた
はＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ（アンチフェロ層：反強
磁性層），ＣｏＦｅの各磁性膜が所定順序で連続的に堆
積される。このため、成膜チャンバ１７Ａでは、その底
部中央の基板ホルダ２１上に配置された基板２２に対
し、天井部にＴａ，ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｒ，Ｐｔ
ＭｎまたはＰｄＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ，ＣｏＦｅのそ
れぞれに対応する４つのターゲット２３〜２６が取り付
けられている。なお図１において、成膜チャンバ１７Ａ
の内部を所要の真空状態にするための真空排気機構、タ
ーゲット２３〜２６のスパッタに要する電力を供給する
ための機構、プラズマを生成するための機構等の図示は
省略されており、このことは他の成膜チャンバ等でも同
じである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】グループＣに属する磁性膜を成膜する成膜
チャンバ１７Ｃでは例えばＴａ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，
Ｃｕの各磁性膜が所定順序で連続的に堆積される。この
ため、成膜チャンバ１７Ｃでも、上記と同様に、その底
部中央の基板ホルダ３３上に配置された基板３４に対
し、天井部にＴａ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，Ｃｕのそれぞ
れに対応する４つのターゲット３５〜３８が取り付けら
れている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｚ 43/08 43/12 43/12 27/10 ４４７ (72)発明者 恒川 孝二 東京都府中市四谷５丁目８番１号 アネル バ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 BA03 BA16 BA21 BA24 BA25 BA43 BB02 BC06 BD04 CA05 CA06 DA01 DC16 KA01 5D034 BA02 DA04 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 CB01 GC01 5F083 FZ10 PR22

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に複数の磁性膜を含む多層膜を順
    次に積層状態で堆積して磁性多層膜を作製する磁性多層
    膜作製装置において、 前記複数の磁性膜を複数のグループに分け、前記複数の
    グループの各々は、連続して積層状態で堆積される複数
    の磁性膜から成り、 前記複数のグループの各々に含まれる前記複数の磁性膜
    は同じ成膜チャンバで前記基板に順次に堆積させるよう
    に構成した、 ことを特徴とする磁性多層膜作製装置。
  2. 【請求項２】 前記複数のグループの各々に対応して１
    つの成膜チャンバが設けられ、前記グループの数に対応
    する個数の複数の前記成膜チャンバが備えられることを
    特徴とする請求項１記載の磁性多層膜作製装置。
  3. 【請求項３】 前記磁性膜を形成するための前記複数の
    成膜チャンバの他に、他の性質の膜を形成するための成
    膜チャンバを備え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。
  4. 【請求項４】 前記複数の成膜チャンバは、基板搬送装
    置を備えた中央に位置する搬送チャンバの周囲に配置さ
    れることを特徴とする請求項２または３記載の磁性多層
    膜作製装置。
  5. 【請求項５】 前記グループに含まれる前記複数の磁性
    膜を形成するため前記成膜チャンバには、前記グループ
    に含まれる前記複数の磁性膜に対応する複数のターゲッ
    トが配置され、前記成膜チャンバでは底面の中央に前記
    基板が回転状態で配置され、前記複数のターゲットは前
    記基板に向くように傾斜して設けられることを特徴とす
    る請求項２記載の磁性多層膜作製装置。
  6. 【請求項６】 前記成膜チャンバで、前記複数のターゲ
    ットの前面には個別に回転する２枚のシャッタ板から成
    る二重シャッタ機構を設けたことを特徴とする請求項５
    記載の磁性多層膜作製装置。
  7. 【請求項７】 前記複数のグループの形成について、金
    属酸化層とそれに続く磁性層の間で分けてグループを作
    り、かつ反強磁性層とそれに続く磁性層は同じグループ
    としたことを特徴とする請求項１記載の磁性多層膜作製
    装置。
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