JP2014116059A - トンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法及びトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置 - Google Patents

トンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法及びトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた膜質と膜厚均一性を有するトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って前記基板２に投影される領域をシールド１３９Ａで遮蔽し、さらに前記基板２の表面２ａの法線と前記ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向とのなす角度が４５°よりも大きい領域をシールド１３９Ａで遮蔽しながら、前記シールド１３９Ａに形成された開口部を通過するスパッタ粒子を、直線的に移動させた前記基板に堆積させることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、トンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法及びトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置に関するものである。
現在、製造されているほとんどすべてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、読込み部として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）トンネルバリアを用いた磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction：MTJ）素子を使用している。ＭｇＯトンネルバリアの製造方法として、ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタリングする方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
上記特許文献１には、Ｔａ、ＣｕＮ、ＣｏＦｅ、Ｒｕ、ＣｏＦｅＢ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、及びＺｒの１以上からなる、金属を含有するターゲットをスパッタリングして、成膜室の内壁に被着する第一工程と、前記第一工程後に、前記成膜室においてＭｇＯターゲットに高周波電力を印加してスパッタリング法によりトンネルバリア（ＭｇＯ）層を形成する第二工程とを有する磁気抵抗効果素子の製造方法が開示されている。
特許第4782037号公報
トンネルバリア層には、高いＭＲ比と1Ωμｍ２以下のＲＡを両立することが要求されている。ここで、ＭＲ（Magnetoresistance磁気抵抗）比は、２つの垂直磁化強磁性体の持つ磁化の向きが同方向の時と逆方向の時で、大きく変化するＴＭＲ（Tunnel Magneto - Resistance:トンネル磁気抵抗）素子の抵抗変化率をいう。また、ＲＡ（Resistance - Area）は、ＴＭＲ素子の単位面積（１μｍ２）で規格化した抵抗値である。トンネルバリア層の抵抗を低減するため、トンネルバリア層の膜厚はますます薄膜化する傾向にある。こうした中、例えば上記特許文献１に記載されるような従来の方法では、良好な膜厚均一性と分子層レベルの膜質を持ったトンネルバリア層を形成することが困難であった。そこで、発明者は、鋭意検討した結果、次のような知見を得た。すなわち、カソード電界は、ターゲット又は雰囲気中に含まれる酸素をイオン化し、基板表面に対し垂直に加速させる。加速された酸素イオンは、大きなエネルギーを持ったまま基板表面に衝突し、結果として膜質の劣化した酸化マグネシウム層が形成されてしまう、という問題がある。
さらに、上記特許文献１のスパッタリング法では、ターゲットの中心軸を基板の中心軸とずらして配置し、基板を回転しながら成膜するため、基板の中心部と基板の外縁部では、膜厚が不均一になってしまう。
そこで本発明は、優れた膜質と膜厚均一性を有するトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法及びトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置を提供することを目的とする。
本発明に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成する製造方法は、ターゲットをスパッタリングして、基板表面にトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成する製造方法であって、前記ターゲットのエロ―ジョン領域が前記ターゲット表面の法線に沿って前記基板に投影される領域をシールドで遮蔽し、さらに前記基板表面の法線と前記ターゲットの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向とのなす入射角度が４５°よりも大きい領域をシールドで遮蔽しながら、前記シールドに形成された開口部を通過するスパッタ粒子を、直線的に移動させた前記基板に堆積させることを特徴とする。
本発明に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置は、ターゲットをスパッタリングして、基板表面にトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成するための製造装置であって、前記ターゲットのエロ―ジョン領域が前記ターゲット表面の法線に沿って前記基板に投影される領域を遮蔽すると共に、前記ターゲットの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向と前記基板表面の法線とのなす入射角度が４５°よりも大きい領域を遮蔽するシールドと、前記基板を搬送経路に沿って、直線的に移動させる基板保持部とを備え、前記シールドに形成された開口部を通過した前記スパッタ粒子が前記基板表面に堆積することを特徴とする。
本発明によれば、カソード電界によって加速された酸素イオンを遮蔽することにより、酸素イオンが基板表面に衝突することを防ぐので、酸素イオンが衝突することによるトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の膜質の劣化を防止することができる。
また成膜中、基板を直線的に移動させることにより、ターゲット表面のある位置との距離が一定の位置を基板表面全体が通過するので、基板表面全体に優れた膜質を有するトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を均一に形成することができる。
従来のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置におけるターゲット及び基板の位置関係を示す模式図であり、図１Ａは縦面図、図１Ｂは基板の平面図である。 ハードディスクドライブの磁気ヘッドの読込み部の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置のシールドの変形例を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置のシールドの変形例を模式的に示す斜視図であり、図６（ａ）は変形例（１）、図６（ｂ）は変形例（２）ある。 本発明の第３実施形態に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置の全体構成を示す縦断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．本発明の要旨
図１に示す模式図は、従来のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜等の誘電膜の製造装置におけるターゲット１及び基板２の位置関係の一例を示す。基板２は表面２ａが水平となるように保持されている。ターゲット１は、基板表面２ａに対し斜めに傾けた状態で保持されている。成膜中、軸２ｂを中心として基板２を回転させることにより、基板表面２ａに均一な薄膜を形成する。
上記した通りターゲット１や雰囲気中に含まれる酸素イオンは、ターゲット１に印加された高周波電力によって形成されるカソード電界によってターゲット表面１ａに対し垂直に加速する。この酸素イオンは負に帯電している。加速された酸素イオンは、ターゲット表面１ａの法線１ｂに沿って前記基板２に投影される領域３に衝突する。これにより当該領域３の誘電膜の膜質が劣化する。
基板表面２ａの法線２ｃと前記ターゲット１の中心から生じたスパッタ粒子の入射方向５とのなす角度θ（以下、「入射角度」という）が４５°よりも大きくなる領域４では、スパッタ粒子が基板に略垂直方向に堆積できない。すなわち領域４では、堆積膜の（００１）配向性が劣化するため、当該領域４において成膜された誘電膜の膜質が劣化する。
基板２を回転させながら成膜するので、基板２の回転方向において膜質の均一性を図ることはできるものの、基板２の半径方向において膜質を均一に保つことは困難であるため、形成される誘電膜の均一性を向上するには限界がある。
これに対し本発明は、領域３、４に堆積するスパッタ粒子を遮蔽することにより、基板表面２ａに成膜される誘電膜の膜質が劣化するのを防ぐこととした。さらに本発明は、基板２を直線方向（図中矢印方向）に移動させ、ターゲット表面１ａのある位置との距離が例えばＬとなる位置を基板表面２ａ全体が通過することにより、基板表面２ａ全体において優れた膜質を有する誘電膜を均一に形成することとした。
２．磁気ヘッドの読込み部
次に本発明に係るトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置（以下、「製造装置」という。）により形成されるトンネルバリア層の適用例としてハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ヘッドの読込み部の構成について説明する。
図２に示すように、読込み部９は、ハードバイアス２０と、通常パーマロイからなる下部シールド１８ａ、及び上部シールド１８ｂによって挟持された磁気抵抗センサ１０とによって構成されている。ハードバイアス２０は、シード層２０ａ、磁気抵抗センサ１０に横断フィールドを提供する高飽和保持力を有する強磁性層２０ｂ、キャップ層２０ｃを備える。
絶縁層１９はハードバイアス２０から磁気抵抗センサ１０を電気的に分離する。磁気抵抗センサ１０は、通常、反強磁性層１１、磁気固定層１２、スペーサー層１３、磁気リファレンス層１４、トンネルバリア層１５、磁化自由層１６、キャップ層１７を備える。なお、トンネルバリア層１５は、ＭｇＯ等の金属酸化物からなる、膜厚５ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以下の極薄膜である。
磁気リファレンス層１４の磁気モーメントは、スペーサー層１３を介して、磁気固定層１２と反強磁性カップリングしている。磁気固定層１２の磁気モーメントは反強磁性層１１によって固定されている。
いくつかの設計においては、反強磁性層１１はなく、磁気固定層１２の磁気モーメントは、異方性応力によって対向面（ABS：Air Bearing Surface）に垂直に並べられている。磁気固定層１２と磁気リファレンス層１４の磁気モーメントは、対向面に対して実質的に垂直であるが、磁化自由層１６の磁気モーメントは、強磁性層２０ｂからの磁界によって横断方向にバイアスされている。
上部シールド１８ｂ、下部シールド１８ａを介して磁気抵抗センサ１０を通じて、検出電流が流れる。磁気ディスク媒体上のビットからの磁界により、磁化自由層１６の磁気モーメントがＡＢＳに垂直に回転し、結果的に磁気抵抗センサ１０の抵抗変化をもたらし、電圧変化として検知される。
上部シールド１８ｂ、下部シールド１８ａは、一般的に電気めっきによって形成される。一方、磁気抵抗センサ１０は、複数のターゲットを搭載した製造装置において形成される。なお、トンネルバリア層１５は、複数のターゲットを搭載した専用の製造装置において形成される。
３．第１実施形態
（３−１）全体構成
次に、上記トンネルバリア層を形成する本発明の第１実施形態に係る製造装置について説明する。図３に示すように、製造装置１００は、真空容器１２１を備える。真空容器１２１には、プロセスガス導入口１２４を通じて外部からスパッタリングによる成膜に必要なプロセスガスが供給される。真空容器１２１には、上記プロセスガスや、外部空間から流入した不純物ガスを排気するための真空ポンプ１２３が設けられている。トンネルバリア層を形成するためには、真空ポンプ１２３により、真空容器１２１内を８．０×１０−９Ｔｏｒｒ以下に排気することが好ましい。また、真空容器１２１には、真空容器内１２２に基板１５０を搬入及び搬出するための基板導入口１２５が設けられている。真空容器１２１は、内面を被覆材１２１ａで被覆してもよい。製造装置１００は、真空容器１２１内面に被覆材１２１ａを設けることにより、スパッタ粒子が真空容器１２１内面に付着することを防ぐことができる。
真空容器内１２２には、第１カソード部１２６、第２カソード部１２８、基板保持部１４９が設けられている。第１カソード部１２６はターゲットとしての第１ターゲット１２６ａと当該第１ターゲット１２６ａの裏面側に設けられた磁石ユニット１２６ｂとを有する。第１ターゲット１２６ａは誘電体、例えば酸化物ターゲットが好ましく用いられ、より具体的には酸化マグネシウムが適用される。第２カソード部１２８は第２ターゲット１２８ａと当該第２ターゲット１２８ａの裏面側に設けられた磁石ユニット１２８ｂとを有する。第２ターゲット１２８ａはゲッタ材、例えばＴａやＴｉで形成されている。
第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａは、表面が基板保持部１４９に保持された基板１５０表面に対し略平行に設けられている。また第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａは、図示しないが電力供給ラインからスパッタリングに必要な電力がそれぞれ投入される。電力供給ラインは、図示しないが高周波電源及び直流電源に接続されている。
第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａには、それぞれ第１ターゲットシャッタ１２７及び第２ターゲットシャッタ１２９が設けられている。第１ターゲットシャッタ１２７及び第２ターゲットシャッタ１２９は、第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａが互いに汚染し合うことを防止する。
すなわち製造装置１００は、第１カソード部１２６を用いてスパッタリングしている間、第１ターゲットシャッタ１２７を開き、同時に、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じる。このようにして製造装置１００は、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じることにより第１カソード部１２６によって第２ターゲット１２８ａが汚染されるのを防ぐ。
同様に製造装置１００は、第２カソード部１２８を用いてスパッタリングしている間、第２ターゲットシャッタ１２９を開き、同時に、第１ターゲットシャッタ１２７を閉じる。このようにして製造装置１００は、第１ターゲットシャッタ１２７を閉じることにより第２カソード部１２８によって第１ターゲット１２６ａが汚染されるのを防ぐ。
基板保持部１４９は、基板１５０を略水平に保持する保持台１５１と、当該保持台１５１を搬送経路に沿った方向（図中、Ｘ方向）に直線的に移動させるロボット１５２とを有する。ロボット１５２にはアーム１５３が設けられており、当該アーム１５３に保持台１５１が連結されている。この場合、方向Ｘは、基板１５０表面に対し平行である。なお、基板１５０の移動は、膜厚の均一性の観点から、等速直線運動であることが望ましい。また、酸化マグネシウムを用いたターゲットのスパッタ成膜レートは低い（約０．００５ｎｍ／ｓ）ので、基板１５０の搬送速度は、０．６ｍｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。
本実施形態に係る製造装置１００は、上記基本的構成に加え、本発明の特徴的構成を備える。以下特徴的構成について説明する。製造装置１００は、第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａと、保持台１５１に保持された基板１５０の間にシールド１３９Ａが設けられている。
シールド１３９Ａは、保持台１５１の表面に対し平行に配置された第１シールド１４０と第２シールド１４１とを有する。第１シールド１４０と第２シールド１４１とはそれぞれ板状の部材で形成され、１辺を対向させ所定の間隔を開けた状態で配置されている。第１シールド１４０と第２シールド１４１の対向する１辺で挟まれた領域に開口部１４２Ａが形成される。本実施形態の場合、開口部１４２Ａは矩形状に形成され、長辺が本図の紙面に対し垂直方向となるように配置される。
第１シールド１４０は、第１ターゲット１２６ａ表面のエロ―ジョン領域から法線方向に生じたスパッタ粒子を遮蔽し得るように設けられている。なお、エロ―ジョン領域とは、ターゲット表面においてスパッタ粒子が生じる領域であって、ターゲット表面の一部又は全部である。
本実施形態の場合、第１シールド１４０は第１カソード部１２６の直下であって、第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って第１ターゲット１２６ａが前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域を遮蔽するように配置される。より具体的には第１シールド１４０は、第１ターゲット１２６ａ中のどの部分にエロ―ジョンが生じても当該エロ―ジョン領域の外縁を通る、第１ターゲット１２６ａ表面の法線で囲まれる領域を遮蔽する。
第２シールド１４１は、第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向１４６ａと前記保持台１５１に保持された前記基板１５０表面の法線１５５とのなす角度、すなわち第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θが４５°よりも大きくなる領域を遮蔽するように配置される。これにより第２シールド１４１は、基板１５０表面に対する入射角度θが大きいスパッタ粒子の大部分を遮蔽する。
ここで入射角度θとは、第１ターゲット１２６ａから生じたスパッタ粒子の入射方向１４６ａと、基板１５０表面の法線１５５とのなす角度をいう。また、図３において第１ターゲット１２６ａ表面の法線に対し、スパッタ粒子の入射方向が時計回りに傾く場合の入射角度を正、スパッタ粒子の入射方向が反時計回りに傾く場合の入射角度を負とする。したがって第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θが４５°よりも大きいとは、正と負のそれぞれにおいて第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θが４５°よりも大きいことをいう。
第２シールド１４１は、保持台１５１が上下方向に移動し得るように段差１４８が設けられている。当該段差１４８は、基板導入口１２５へつながっている。製造装置１００は、段差１４８において保持台１５１を上昇させることにより、基板導入口１２５から保持台１５１に基板１５０を搬入したり、保持台１５１に載置された基板１５０を基板導入口１２５から搬出したりすることができる。
シールド１３９Ａは、開口部１４２Ａを閉塞するシャッタ１４４を有する。シャッタ１４４は、第１シールド１４０上に配置されており、当該第１シールド１４０表面に対し平行であって、搬送経路に沿って移動するように設けられている。シャッタ１４４は、開口部１４２Ａ上に進出することにより、開口部１４２Ａの前記搬送路に沿った方向の幅を調整する。すなわちシャッタ１４４は、開口部１４２Ａの一部又は全部を閉塞し得ると共に、第１シールド１４０上に退避することにより本図に示すように開口部１４２Ａを全開とし得る。
（３−２）作用及び効果
次に上記のように構成された製造装置１００の作用及び効果について説明する。磁気リファレンス層１４上にトンネルバリア層１５を形成するため、磁気リファレンス層１４が形成された基板１５０（図２）が、図３に示す基板導入口１２５から保持台１５１に搬入される。
製造装置１００は、シャッタ１４４及び第１ターゲットシャッタ１２７を閉じ、第２ターゲットシャッタ１２９を開いた状態で、第２ターゲット１２８ａに高周波電力を印加して、ゲッタ材のスパッタリングを行う。これにより、真空容器１２１の内面に第２ターゲット１２８ａからスパッタされたゲッタ材が被着される。製造装置１００は、所定時間スパッタリングした後、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じ、第２ターゲット１２８ａに印加する高周波電力をオフにする。
次いで製造装置１００は、シャッタ１４４及び第１ターゲットシャッタ１２７を開き、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じた状態で、第１ターゲット１２６ａに高周波電力を印加して、スパッタリングを行う。同時に基板保持部１４９は、基板１５０を直線的に移動させる。これにより基板１５０は、開口部１４２Ａ直下を通過する。当該スパッタリングによって第１ターゲット１２６ａ表面から生じたスパッタ粒子は、シールド１３９Ａに形成された開口部１４２Ａを通過して基板１５０表面に堆積する。
なお、第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域、及び第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θが４５°よりも大きくなる領域が遮蔽されている。したがって開口部１４２Ａを通過するスパッタ粒子の大部分は、入射角度θが４５°以下であって０°を含まない特定の方向性を有する粒子である。製造装置１００は、上記のような開口部１４２Ａを通過した特定の方向性を有する大部分のスパッタ粒子によって基板１５０表面にトンネルバリア層１５を形成する。
第１ターゲット１２６ａに印加された高周波電力によって形成されるカソード電界によって、第１ターゲット１２６ａや真空容器内１２２に含まれる酸素イオンが第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って加速される。加速された酸素イオンは、第１シールド１４０に衝突する。
このように製造装置１００は、カソード電界によって加速された酸素イオンを第１シールド１４０で遮蔽することにより、当該酸素イオンが基板１５０表面に衝突することを防ぐことができる。したがって製造装置１００は、加速された酸素イオンが衝突することによるトンネルバリア層１５の膜質の劣化を防止することができる。
また、スパッタリングによって第１ターゲット１２６ａ表面から生じたスパッタ粒子のうち、入射角度θが４５°よりも大きくなるようなスパッタ粒子の大半は、第２シールド１４１に衝突する。このように製造装置１００は、入射角度θが４５°よりも大きくなるようなスパッタ粒子の大半を第２シールド１４１で遮蔽する。これにより、製造装置１００は、入射角度θが４５°よりも大きくなるスパッタ粒子が基板１５０表面に堆積することを抑制することができる。したがって製造装置１００は、入射角度θが４５°よりも大きくなるようなスパッタ粒子が堆積することによって、スパッタ粒子が基板１５０に略垂直方向に堆積できないことによるトンネルバリア層１５の膜質の劣化を防止することができる。
基板保持部１４９は、成膜中、基板１５０を直線的に移動させる。すなわち基板保持部１４９は、ロボット１５２にアーム１５３を伸縮させることにより、基板１５０及び保持台１５１をＸ方向の図中１５０’，１５１’の位置まで移動させる。これにより基板１５０は全面が開口部１４２Ａの直下をＸ方向へ通過する。再度、基板保持部１４９は、ロボット１５２にアーム１５３を伸縮させることにより、基板１５０’及び保持台１５１’をＸ方向と逆方向の図中１５０，１５１の位置まで移動させる。これにより基板１５０は全面が開口部１４２Ａの直下をＸ方向と逆方向へ通過する。
このように製造装置１００は、基板１５０をＸ方向へ移動させたり、再びＸ方向と逆方向へ移動させたりしながら成膜する。これにより製造装置１００は、第１ターゲット１２６ａ表面のある位置との距離が一定の位置を基板１５０表面全体が通過するので、基板１５０表面全体に優れた膜質を有するトンネルバリア層１５を均一に形成することができる。
本実施形態に係る製造装置１００は、被覆材１２１ａを設けたり、第２カソード部１２８によりゲッタ材を真空容器１２１の内面に被着させたりすることとした。これにより製造装置１００は、被覆材１２１ａやゲッタ材により水蒸気などの気体を吸収することができるので、トンネルバリア層１５の膜質をより向上することができる。
第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域は、成膜時間の経過と共に形状が変化する。そうすると第１ターゲット１２６ａ表面から生じるスパッタ粒子の方向も変化する。これにより酸素イオンが加速される方向は、第１ターゲット１２６ａ表面の法線に沿った方向から若干分散する。酸素イオンが第１ターゲット１２６ａ表面の法線に沿った方向からずれたことは、基板１５０上に形成されたトンネルバリア層１５の膜質が酸素イオンにより劣化が生じているか否かを確認することにより把握できる。
これに対し本実施形態に係る製造装置１００は、シャッタ１４４が開口部１４２Ａの一部を閉塞する構成としたことにより、第１ターゲット１２６ａ表面の法線に沿った方向からずれて加速された酸素イオンを遮蔽することができる。したがって製造装置１００は、より確実に酸素イオンを遮蔽することができるので、より確実に優れた膜質を有するトンネルバリア層１５を形成することができる。
第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａは、特に限定されるものではないが、矩形状とし、長辺が本図の紙面に対し垂直方向に配置するのが、基板１５０を直線方向に移動させながら基板１５０表面に均一に成膜する上で好ましい。
上記本実施形態の場合、シールド１３９Ａに形成される開口部１４２Ａは矩形状である場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば図４に示すシールド１３９Ｂは、１枚の板状部材で形成され、厚さ方向に開口した開口部１４２Ｂが設けられている。開口部１４２Ｂは、中心付近の幅長さＷ１が端部の幅長さＷ２より短くなるように形成されていてもよい。このように形成された開口部１４２Ｂは、その中心を第１ターゲット１２６ａの中心に合わせるように配置される。そして図中Ｘ方向に沿って基板１５０が直線方向に移動する。このように第１ターゲット１２６ａの中心付近で開口部１４２Ａの幅長さＷ１を短くすることにより、第１ターゲット１２６ａの中心部分と外周部分とにおける成膜レートを均一にすることができる。したがって製造装置１００は、変形例に係るシールド１３９Ｂを適用することにより、トンネルバリア層１５をより均一に形成することができる。
４．第２実施形態
（４−１）全体構成
次に、第２実施形態に係る製造装置について図５を参照して説明する。本実施形態に係る製造装置２００は、上記第１実施形態に対し、第３カソード部を備えている点が異なる。以下では、第３カソード部及び当該第３カソード部を設けたことによる変更点について説明し、上記第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。本図は、上記第１実施形態と同様の構成について同様の符号を付している。
本図に示すように、本実施形態に係る製造装置２００は、第１カソード部１２６、第２カソード部１２８に加え、第３カソード部２３０を備える。第３カソード部２３０は、第３ターゲット２３０ａと当該第３ターゲット２３０ａの裏面側に設けられた磁石ユニット２３０ｂとを有する。第３ターゲット２３０ａは第１ターゲット１２６ａに合わせ第１ターゲット１２６ａが酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成されている場合、マグネシウム（Ｍｇ）で形成されるのが好ましい。
第３ターゲット２３０ａは、保持台１５１に保持された基板１５０表面に対し略平行に設けられている。また第３ターゲット２３０ａは、図示しないが電力供給ラインからスパッタリングに必要な電力がそれぞれ投入される。電力供給ラインは、図示しないが高周波電源及び直流電源に接続されている。
第３ターゲット２３０ａには、第３ターゲットシャッタ２３１が設けられている。第３ターゲットシャッタ２３１は、第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａよって第３ターゲット２３０ａが汚染されることを防止する。
製造装置２００は、第１カソード部１２６を中央に配置し、基板導入口１２５側に第３カソード部２３０が設けられ、基板導入口１２５とは反対側に第２カソード部１２８が設けられている。
製造装置２００は、第１ターゲット１２６ａ、第２ターゲット１２８ａ、及び第３ターゲット２３０ａと、保持台１５１に保持された基板１５０の間にシールド２３９Ａが設けられている。シールド２３９Ａは、第１シールド２４０Ａと第２シールド２４１Ａとを有する。第１シールド２４０Ａと第２シールド２４１Ａの対向する１辺で挟まれた領域に、第１マスク２６１と第２マスク２６２とが設けられている。
第１マスク２６１と第２マスク２６２とは、それぞれ板状の部材で形成され、１辺を対向させ所定の間隔を開けた状態で基板１５０表面に対し平行に配置されている。
第１マスク２６１と第２マスク２６２の対向する１辺で挟まれた領域に第１開口部２８２Ａが形成される。第２マスク２６２と第１シールド２４０Ａの対向する辺で挟まれた領域に、第２開口部２８３Ａが形成される。これにより、第２マスク２６２の一側に第１開口部２８２Ａが形成され、第１開口部２８２Ａと離間した他側に第２開口部２８３Ａが形成されている。
第１マスク２６１と第２シールド２４１Ａの対向する辺で挟まれた領域に、第３開口部２４３が形成される。第３開口部２４３は第３ターゲット２３０ａの直下に形成される。
第２マスク２６２は第１カソード部１２６の直下であって、第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域を遮蔽するように配置される。より具体的には第２マスク２６２は、第１ターゲット１２６ａ中のどの部分にエロ―ジョンが生じても当該エロ―ジョン領域の外縁の法線で囲まれる領域を遮蔽する。
第１シールド２４０Ａ及び第１マスク２６１は、第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向２４６ａ，２４７ａと前記保持台１５１に保持された前記基板１５０表面の法線２５５ａ，２５５ｂとのなす角度すなわち入射角度θ１，θ２が４５°よりも大きくなる領域を遮蔽するように配置される。これにより第１シールド２４０Ａ及び第１マスク２６１は、入射角度θ１，θ２が４５°よりも大きくなるようなスパッタ粒子の大部分を遮蔽する。
シールド２３９Ａは、第１開口部２８２Ａ、第２開口部２８３Ａ、及び第３開口部２４３をそれぞれ閉塞するシャッタ２４４を有する。シャッタ２４４は、第３開口部２４３を閉塞し得るように設けられた第１シャッタ２７１と、第１開口部２８２Ａを閉塞し得るように設けられた第２シャッタ２７２と、第２開口部２８３Ａを閉塞し得るように設けられた第３シャッタ２７３とからなる。第１シャッタ２７１、第２シャッタ２７２、第３シャッタ２７３は、第１マスク２６１、第２マスク２６２、第１シールド２４０Ａ上をそれぞれ平行であって、搬送経路に沿って移動するように設けられている。第１シャッタ２７１、第２シャッタ２７２、第３シャッタ２７３は、第３開口部２４３、第１開口部２８２Ａ、第２開口部２８３Ａの前記搬送路に沿った方向の幅を調整する。すなわち第１シャッタ２７１、第２シャッタ２７２、第３シャッタ２７３は、第３開口部２４３、第１開口部２８２Ａ、第２開口部２８３Ａの一部又は全部をそれぞれ独立的に閉塞し得ると共に、全開とし得る。
（４−２）作用及び効果
次に上記のように構成された製造装置２００の作用及び効果について説明する。磁気リファレンス層１４上にトンネルバリア層１５を形成するため、磁気リファレンス層１４が形成された基板１５０（図２）が、図５に示す基板導入口１２５から保持台１５１に搬入される。
製造装置２００は、第１シャッタ２７１、第２シャッタ２７２、第３シャッタ２７３、第１ターゲットシャッタ１２７、第３ターゲットシャッタ２３１を閉じ、第２ターゲットシャッタ１２９を開いた状態で、第２ターゲット１２８ａに高周波電力を印加して、ゲッタ材のスパッタリングを行う。
次いで製造装置２００は、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じ、第３ターゲットシャッタ２３１及び第１シャッタ２７１を開き、第３ターゲット２３０ａに高周波電力を印加して、スパッタリングを行う。同時に基板保持部１４９は、基板１５０を直線的に移動させる。これにより基板１５０は、第３開口部２４３の直下を通過する。
当該スパッタリングによって第３ターゲット２３０ａ表面から生じたスパッタ粒子は、第３開口部２４３を通過して基板１５０表面に堆積する。このようにして基板１５０表面にＭｇ膜を形成する。
次いで製造装置２００は、第３ターゲットシャッタ２３１及び第１シャッタ２７１を閉じ、第１ターゲットシャッタ１２７第２シャッタ２７２、及び第３シャッタ２７３を開き、第１ターゲット１２６ａに高周波電力を印加して、スパッタリングを行う。同時に基板保持部１４９は、基板１５０を直線的に移動させる。これにより基板１５０は、第１開口部２８２Ａ及び第２開口部２８３Ａの直下を通過する。
当該スパッタリングによって第１ターゲット１２６ａ表面から生じたスパッタ粒子は、第１開口部２８２Ａ及び第２開口部２８３Ａを通過して基板１５０表面に堆積する。これにより製造装置２００は、既に基板１５０表面に形成されたＭｇ膜上にＭｇＯ膜を形成する。実際上、Ｍｇ膜とＭｇＯ膜は一体となってＭｇＯからなるトンネルバリア層１５となる。さらに第３ターゲット２３０ａを用いてＭｇＯからなるトンネルバリア層１５上にＭｇ膜を形成してもよい。
上記のように構成された製造装置２００は、第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に沿って第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域と、第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θ１，θ２が４５°よりも大きくなる領域とを遮蔽することとした。したがって製造装置２００は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の場合、第１ターゲット１２６ａから生じたスパッタ粒子は、シールド２３９Ａに形成された第１開口部２８２Ａ及び第２開口部２８３Ａを通過して基板１５０表面に堆積する。スパッタ粒子の入射角度θは第１開口部２８２Ａと第２開口部２８３Ａとで正と負の関係となる。ここで、図５において第１ターゲット１２６ａ表面の法線１４５に対し、スパッタ粒子の入射方向が時計回りに傾く場合の入射角度を正、スパッタ粒子の入射方向が反時計回りに傾く場合の入射角度を負とする。そうすると第１開口部２８２Ａから入射するスパッタ粒子の入射角度θ１は正、第２開口部２８３Ａから入射するスパッタ粒子の入射角度θ２は負となる。したがって製造装置２００は、正の入射角度θ１を有するスパッタ粒子と、負の入射角度θ２を有するスパッタ粒子とを基板１５０表面に堆積させることができるので、より均一な膜質及び膜厚分布を有するトンネルバリア層１５を形成することができる。
本実施形態の場合、Ｍｇ膜上にＭｇＯからなるトンネルバリア層１５を形成することとしたことにより、トンネルバリア層としての特性を向上することができる。したがって製造装置２００は、より優れた膜質を有するトンネルバリア層１５を形成することができる。
（４−３）変形例
（変形例１）
次に、上記第２実施形態に係るシールドの変形例について説明する。図６（ａ）に示すシールド２３９Ｂは、第１シールド２４０Ｂと第２シールド２４１Ｂとを有する。第１シールド２４０Ｂと第２シールド２４１Ｂとは、真空容器（本図には図示しない）に固定されている。第１シールド２４０Ｂと第２シールド２４１Ｂの対向する１辺で挟まれた領域に、第１シャッタ２７５と第２シャッタ２７６とが設けられている。第１シャッタ２７５と第２シャッタ２７６とは上下に配置され、互いに相対的にかつ平行であって、搬送経路に沿って移動可能に設けられている。
第２シールド２４１Ｂと、第１シャッタ２７５及び第２シャッタ２７６の間に第１開口部２８２Ｂが形成されている。第１シールド２４０Ｂと、第１シャッタ２７５及び第２シャッタ２７６の間に第２開口部２８３Ｂが形成されている。第１シャッタ２７５及び第２シャッタ２７６は、それぞれ独立して移動することにより、第１開口部２８２Ｂ及び第２開口部２８３Ｂの一部又は全部をそれぞれ独立的に閉塞し得ると共に、全開とし得る。
このように本変形例に係るシールド２３９Ｂは、第１開口部２８２Ｂと第２開口部２８３Ｂとを有するので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
次に、上記第２実施形態に係るシールドの別の変形例について説明する。図６（ｂ）に示すシールド２３９Ｃは、第１シャッタ２８４と第２シャッタ２８５とを有する。第１シャッタ２８４及び第２シャッタ２８５は、それぞれ矩形状の板状の部材で形成され、上下に配置され、互いに相対的にかつ平行であって、搬送経路に沿って移動可能に設けられている。
第１シャッタ２８４は、厚さ方向に貫通する第１貫通穴２８６と、当該第１貫通穴２８６から長手方向に離間して設けられた厚さ方向に貫通する第２貫通穴２８７とを有する。第１貫通穴２８６及び第２貫通穴２８７は矩形状に形成されている。
第２シャッタ２８５は、第１貫通穴２８６に対応して設けられ厚さ方向に貫通する第３貫通穴２８８と、第２貫通穴２８７に対応して設けられた厚さ方向に貫通する第４貫通穴２８９とを有する。第３貫通穴２８８及び第４貫通穴２８９は矩形状に形成されている。
第１シャッタ２８４と第２シャッタ２８５とを上下に配置することにより、第１貫通穴２８６に対応して第３貫通穴２８８が配置され、第１開口部２８２Ｃが形成される。同時に、第２貫通穴２８７に対応して第４貫通穴２８９が配置され、第２開口部２８３Ｃが形成される。
第１シャッタ２８４と第２シャッタ２８５とは、長手方向に相対的に移動することにより、第１開口部２８２Ｃ及び第２開口部２８３Ｃの一部又は全部を同じように閉塞し得ると共に、全開とし得る。
このように本変形例に係るシールド２３９Ｃは、第１開口部２８２Ｃと第２開口部２８３Ｃとを有するので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
５．第３実施形態
（５−１）全体構成
次に、第３実施形態に係る製造装置について図７を参照して説明する。本実施形態に係る製造装置３００は、上記第２実施形態に対し、第１ターゲット及び第２ターゲットが保持台に保持された基板表面に対し斜めに傾いた状態で設けられている点が異なる。以下では、上記変更点について説明し、上記第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。本図は、上記第２実施形態と同様の構成について同様の符号を付している。
本図に示すように、本実施形態に係る製造装置３００は、第１カソード部１２６、第２カソード部１２８、及び第３カソード部２３０を備える。第１カソード部１２６及び第２カソード部１２８は、第１ターゲット１２６ａ及び第２ターゲット１２８ａが保持台１５１に保持された基板１５０表面に対し斜めに傾いた状態で保持されている。なお、第１ターゲット１２６ａの表面は、基板１５０に対して、２０〜７０°、より好ましくは３０〜６０°傾斜するように設定されている。第３カソード部２３０は、第３ターゲット２３０ａが保持台１５１に保持された基板１５０表面に対し略平行に保持されている。
第１ターゲット１２６ａは、当該第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５が保持台１５１に保持された基板１５０表面の法線３５６に対し傾いた状態で保持されている。第２ターゲット１２８ａは、当該第２ターゲット１２８ａ表面の法線３５５が第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５と交差する方向であって、保持台１５１に保持された基板１５０表面の法線３５６に対し傾いた状態で保持されている。
本実施形態の場合、真空容器３２１は上面の一部が山形形状に形成されており、対向する一方の辺３２２に第１カソード部１２６が設けられ、他方の辺３２３に第２カソード部１２８が設けられている。
製造装置３００は、第１カソード部１２６、第２カソード部１２８、及び第３カソード部２３０と、基板１５０の間にシールド３３９が設けられている。シールド３３９は、第１シールド３４０と第２シールド３４１とを有する。第１シールド３４０と第２シールド３４１の対向する１辺で挟まれた領域に、板状部材で形成されたマスク３６１が設けられている。
マスク３６１と第１シールド３４０の対向する辺で挟まれた領域に開口部３４２が形成される。マスク３６１と第２シールド３４１の対向する辺で挟まれた領域に第３開口部２４３が形成される。
第１シールド３４０は、第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５に沿って第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域を遮蔽するように配置される。より具体的には第１シールド３４０は、第１ターゲット１２６ａ中のどの部分にエロ―ジョンが生じても当該エロ―ジョン領域の外縁の法線で囲まれる領域を遮蔽する。本実施形態の場合、第１ターゲット１２６ａは当該第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５が保持台１５１に保持された基板１５０表面の法線３５６に対し傾いた状態で保持されているので、第１シールド３４０もその分第１ターゲット１２６ａの直下より本図中右方向にずれた位置に設けられている。
マスク３６１は、第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向３４６ａと前記保持台１５１に保持された前記基板１５０表面の法線３５６とのなす角度すなわち入射角度θが４５°よりも大きくなる領域を遮蔽するように配置される。これによりマスク３６１は、入射角度θが４５°よりも大きくなるようなスパッタ粒子の大半を遮蔽する。
シールド３３９は、開口部３４２及び第３開口部２４３をそれぞれ閉塞するシャッタ３４４を有する。シャッタ３４４は、第３開口部２４３を閉塞し得るように設けられた第１シャッタ３７１と、開口部３４２を閉塞し得るように設けられた第２シャッタ３７２とからなる。第１シャッタ３７１、第２シャッタ３７２は、マスク３６１、第１シールド３４０上をそれぞれ平行であって、搬送経路に沿って移動するように設けられている。第１シャッタ３７１、第２シャッタ３７２は、第３開口部２４３及び開口部３４２の搬送経路に沿った方向の幅を調整する。すなわち第１シャッタ３７１、第２シャッタ３７２は、第３開口部２４３及び開口部３４２の一部又は全部をそれぞれ閉塞し得ると共に、全開とし得る。
（５−２）作用及び効果
次に上記のように構成された製造装置３００の作用及び効果について説明する。磁気リファレンス層１４上にトンネルバリア層１５を形成するため、磁気リファレンス層１４が形成された基板１５０（図２）が、図７に示す基板１５０導入口から保持台１５１に搬入される。
製造装置３００は、第１シャッタ３７１、第２シャッタ３７２、第１ターゲットシャッタ１２７、第３ターゲットシャッタ２３１を閉じ、第２ターゲットシャッタ１２９を開いた状態で、第２ターゲット１２８ａに高周波電力を印加して、ゲッタ材のスパッタリングを行う。
次いで製造装置３００は、第２ターゲットシャッタ１２９を閉じ、第３ターゲットシャッタ２３１及び第１シャッタ３７１を開き、第３ターゲット２３０ａに高周波電力を印加して、スパッタリングを行う。同時に基板保持部１４９は、基板１５０を直線的に移動させる。これにより基板１５０は、第３開口部２４３の直下を通過する。
当該スパッタリングによって第３ターゲット２３０ａ表面から生じたスパッタ粒子は、第３開口部２４３を通過して基板１５０表面に堆積する。このようにしてスパッタリング装置３００は、基板１５０表面にＭｇ膜を形成する。
次いで製造装置３００は、第３ターゲットシャッタ２３１及び第１シャッタ３７１を閉じ、第１ターゲットシャッタ１２７及び第２シャッタ３７２を開き、第１ターゲット１２６ａに高周波電力を印加して、スパッタリングを行う。同時に基板保持部１４９は、基板１５０を直線的に移動させる。これにより基板１５０は、開口部３４２の直下を通過する。
当該スパッタリングによって第１ターゲット１２６ａ表面から生じたスパッタ粒子は、開口部３４２を通過して基板１５０表面に堆積する。これにより製造装置３００は、既に基板１５０表面に形成されたＭｇ膜上にＭｇＯ膜を形成する。さらに第３ターゲット２３０ａを用いてＭｇＯからなるトンネルバリア層１５上にＭｇ膜を形成してもよい。
上記のように構成された製造装置３００は、第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５に沿って第１ターゲット１２６ａのエロ―ジョン領域が前記保持台１５１に保持された基板１５０に投影される領域と、第１ターゲット１２６ａの中心から生じたスパッタ粒子の入射角度θが４５°よりも大きくなる領域とを遮蔽することとした。したがって製造装置３００は、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態の場合、第１ターゲット１２６ａは、当該第１ターゲット１２６ａ表面の法線３４５が保持台１５１に保持された基板１５０表面の法線３５６に対し傾いた状態で保持されている。したがって製造装置３００は、酸素イオンによる基板１５０のダメージを抑制しつつ、第１ターゲット１２６ａから、垂直に近い入射角度を有するスパッタ粒子を基板１５０に堆積することができる。さらに製造装置３００は、正負両方の入射角度θを有するスパッタ粒子が開口部３４２を通過することができるので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態に係る製造装置３００は、正負両方の入射角度θを有するスパッタ粒子を単一の開口部３４２を通過させることとしたことにより、第２開口部を省略することができるので全体として小型化することができる。
本実施形態の場合、Ｍｇ膜上にＭｇＯからなるトンネルバリア層１５を形成することとしたので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
６．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
上記実施形態では、ＨＤＤの読込部に用いられるＭＴＪのトンネルバリア層１５について説明したが、本発明はＭＲＡＭのＭＴＪのトンネルバリア層についても適用できる。
上記実施形態の場合、第１ターゲットの具体例として酸化マグネシウムで形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、酸化亜鉛や、高誘電率ターゲット絶縁膜等に用いられる酸化物を含むゲート絶縁膜（酸化ハフニウム）で形成してもよい。ゲート絶縁膜も５ｎｍ以下、より好ましくは３ｎｍ以下の極薄酸化膜である。
上記実施形態の場合、第１ターゲットの具体例として酸化マグネシウムで形成した場合について説明したが、本発明は、マグネシウム（Mg）などの金属ターゲットを用いて、基板付近に設けられたガス導入口より酸素を導入しながら、反応性スパッタリングを行う場合にも、適用できる。マグネシウムターゲットをチャンバ内に酸素を導入しながら、スパッタリングした場合、マグネシウムターゲットの表面が酸化され、上述したように、酸素負イオンが発生し、堆積膜へのダメージの問題が生じる。そのため、本発明のシャッタを用いて、この酸素負イオンを遮蔽することで、より優れた膜質を有するトンネルバリア層１５又はゲート絶縁膜を形成することができる。この場合、金属ターゲットには、ＤＣ電力を印加すればよい。
上記実施形態の場合、製造装置はＨＤＤの磁気ヘッドの読込み部を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の磁気デバイスを成膜する場合に適用することができる。
上記実施形態の場合、基板保持部は、基板を直線的に移動させるロボットを有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えばレールと当該レール上を走行する台車とを有し、前記台車上に保持台を連結することとしてもよい。
１ ：ターゲット
２ ：基板
２ａ ：基板表面
１００ ：製造装置（トンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置）
１２６ａ ：第１ターゲット
１３９Ａ ：シールド
１４０ ：第１シールド
１４１ ：第２シールド
１４２Ａ ：開口部
１４４ ：シャッタ
１４５ ：法線
１４６ａ ：入射方向
１４９ ：基板保持部
１５５ ：法線

Claims (9)

  1. ターゲットをスパッタリングして、基板表面にトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成する製造方法であって、
    前記ターゲットのエロ―ジョン領域が前記ターゲット表面の法線に沿って前記基板に投影される領域をシールドで遮蔽し、
    さらに前記基板表面の法線と前記ターゲットの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向とのなす入射角度が４５°よりも大きい領域をシールドで遮蔽しながら、前記シールドに形成された開口部を通過するスパッタ粒子を、直線的に移動させた前記基板に堆積させることを特徴とするトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法。
  2. 前記トンネルバリア層又はゲート絶縁膜の膜厚は、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法。
  3. 前記基板表面の法線と前記ターゲットから生じたスパッタ粒子の入射方向とのなす角度が、前記基板表面の法線に対し正の入射角度のスパッタ粒子と負の入射角度のスパッタ粒子とを、前記基板表面に堆積させトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法。
  4. 前記基板を前記ターゲット表面に略平行に移動し、
    前記シールドに形成された第１開口部を通過する、前記正の入射角度のスパッタ粒子を前記基板に堆積させ、
    前記シールドに形成され、かつ前記第１開口部と離間して設けられた第２開口部を通過する、前記負の入射角度のスパッタ粒子を、前記基板に堆積させる
    ことを特徴とする請求項３に記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造方法。
  5. ターゲットをスパッタリングして、基板表面にトンネルバリア層又はゲート絶縁膜を形成するための製造装置であって、
    前記ターゲットのエロ―ジョン領域が前記ターゲット表面の法線に沿って前記基板に投影される領域を遮蔽すると共に、前記ターゲットの中心から生じたスパッタ粒子の入射方向と前記基板表面の法線とのなす入射角度が４５°よりも大きい領域を遮蔽するシールドと、
    前記基板を搬送経路に沿って、直線的に移動させる基板保持部と
    を備え、
    前記シールドに形成された開口部を通過した前記スパッタ粒子が前記基板表面に堆積する
    ことを特徴とするトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置。
  6. 前記基板保持部は、０．６ｍｍ／ｓｅｃ以下で前記基板を搬送することを特徴とする請求項５記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置。
  7. 前記シールドは、第１開口部と、前記第１開口部から離間した位置に形成された第２開口部とを有し、
    前記直線的に移動する基板に対して、前記第１開口部を通過した、前記入射角度が正のスパッタ粒子が堆積するとともに、
    前記第２開口部を通過した、前記入射角度が負のスパッタ粒子が堆積する
    ことを特徴とする請求項５又は６記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置。
  8. 前記開口部の前記搬送経路に沿った方向の幅を調整するシャッタが設けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置。
  9. 前記シールドは、第１シャッタと当該第１シャッタ上に配置された第２シャッタとを有し、
    前記第１シャッタは第１貫通穴と第２貫通穴とを有し、
    前記第２シャッタは前記第１貫通穴に対応して設けられた第３貫通穴と、前記第２貫通穴に対応して設けられた第４貫通穴とを有し、
    前記第１貫通穴と前記第３貫通穴とにより前記第１開口部が形成され、
    前記第２貫通穴と前記第４貫通穴とにより前記第２開口部が形成され、
    前記第１シャッタ及び前記第２シャッタを相対的に移動させることにより、前記第１開口部及び前記第２開口部の前記搬送経路に沿った方向の幅を調整することを特徴とする請求項７記載のトンネルバリア層又はゲート絶縁膜の製造装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020019996A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP2020033594A (ja) * 2018-08-29 2020-03-05 国立研究開発法人産業技術総合研究所 マグネトロンスパッタリング装置および金属酸化物膜の製造方法
JP2022529821A (ja) * 2019-04-22 2022-06-24 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ガス流システム

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150019147A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Qualcomm Incorporated Method and device for estimating damage to magnetic tunnel junction (mtj) elements
US9869013B2 (en) * 2014-04-25 2018-01-16 Applied Materials, Inc. Ion assisted deposition top coat of rare-earth oxide
JP6832130B2 (ja) 2016-11-04 2021-02-24 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
JP6741564B2 (ja) * 2016-12-06 2020-08-19 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
KR20190051319A (ko) * 2017-11-06 2019-05-15 삼성전자주식회사 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 자기 기억 소자의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07180056A (ja) * 1993-12-24 1995-07-18 Kobe Steel Ltd 蒸着メッキ材の製造方法
JP2006002168A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Hitachi Maxell Ltd 薄膜形成方法、マスク及びそのマスクを備えた薄膜形成装置
WO2009044474A1 (ja) * 2007-10-04 2009-04-09 Canon Anelva Corporation 真空薄膜形成加工装置
WO2011122411A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 株式会社 アルバック スパッタ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07180056A (ja) * 1993-12-24 1995-07-18 Kobe Steel Ltd 蒸着メッキ材の製造方法
JP2006002168A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Hitachi Maxell Ltd 薄膜形成方法、マスク及びそのマスクを備えた薄膜形成装置
WO2009044474A1 (ja) * 2007-10-04 2009-04-09 Canon Anelva Corporation 真空薄膜形成加工装置
WO2011122411A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 株式会社 アルバック スパッタ装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020019996A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP7134009B2 (ja) 2018-07-31 2022-09-09 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP2020033594A (ja) * 2018-08-29 2020-03-05 国立研究開発法人産業技術総合研究所 マグネトロンスパッタリング装置および金属酸化物膜の製造方法
JP2022529821A (ja) * 2019-04-22 2022-06-24 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ガス流システム
JP7277609B2 (ja) 2019-04-22 2023-05-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ガス流システム

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