JP3151445B2 - イオン・ビーム・スパッタ付着システム及び磁気抵抗センサ構築方法 - Google Patents

イオン・ビーム・スパッタ付着システム及び磁気抵抗センサ構築方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、イオン・
ビーム・スパッタ付着による薄膜の製作に関する。さら
に詳細には、基板上に原子を付着する角度を制御するこ
とによって基板上に付着される複数の層の特性を制御す
るという、イオン・ビーム・スパッタ付着による磁気抵
抗センサなどの多層薄膜構造の製作に関する。
【０００２】
【従来の技術】当技術分野では、磁気記録センサ（たと
えば磁気抵抗センサ）や記憶媒体などの薄膜デバイスの
製作に、無線周波数（ＲＦ）または直流（ＤＣ）マグネ
トロン・スパッタ付着システムを利用することがよく知
られている。このようなスパッタ付着システムの特徴
は、アルゴンなどの不活性でイオン化可能なガスを投入
された真空チャンバ内で、電界と磁界が交差しているこ
とである。ガスは電界によって加速した電子でイオン化
され、ターゲット構造の近傍にプラズマを形成する。交
差した電界と磁界は電子をターゲット構造と基板構造と
の間のゾーンに閉じ込める。このガス・イオンがターゲ
ット構造に当たって原子を放出させ、その原子がワーク
ピース、一般に選択されたターゲット材料の１つまたは
複数の層をその上に付着しようとするウェーハ基板に衝
突する。
【０００３】従来のスパッタ付着システムでは、内部応
力の小さい膜を得るために比較的高い動作圧を使用し
て、基板上のスパッタ・フラックス（flux）を無指向性
にしている。しかし、デバイス・サイズが小型化するに
したがって、この無指向性フラックスは、製造プロセス
の困難さをもたらす。
【０００４】ある種の適用分野では、イオン・ビーム・
スパッタを使用して従来のＲＦ／ＤＣスパッタ技術に伴
う難点のいくつかを克服することが知られている。イオ
ン・ビーム・スパッタ付着システムのいくつかの態様
は、従来のスパッタ付着システムとは異なり、著しい利
点をもたらす。たとえば、（１）バックグラウンド圧を
低く抑えることで、スパッタされた粒子がターゲットか
らウェーハ基板まで通過する間に拡散するのを減少さ
せ、（２）イオン・ビームの指向性を制御することで、
ターゲットへのビーム衝突角度を変化させ、（３）エネ
ルギー分布の狭いほぼ単一エネルギーのビームによっ
て、イオン・エネルギーに応じてのスパッタ収率および
付着プロセスを制御し、かつビームの正確な合焦および
走査を可能にし、（４）イオン・ビームをターゲットお
よび基板処理から独立させることで、ビーム特性を一定
に維持し、ビーム・エネルギーと電流密度を独立に制御
しながら、ターゲットおよび基板の材料および幾何形状
を変更できるようにしている。
【０００５】イオン・ビーム・スパッタ付着システムを
使用して基板上に材料の薄い層を付着する装置および方
法は、たとえば米国特許第４９２３５８５号（’５８５
号特許）および米国特許第５９４２６０５号（’６０５
号特許）に記載されており、その内容を本明細書中で参
考として援用する。’５８５号特許は、コンピュータ制
御された単一イオン・ビームを水晶モニタと共に使用し
て、任意の組成の付着膜ならびに異なる材料の複数のタ
ーゲットから任意の厚さの成層構造を製作する方法を開
示している。’６０５号特許は、イオン・ビーム・ガス
の原子質量とターゲット材料の原子質量とを一致させ
て、それらのバルク（bulk）特性値に近似の密度および
物理的特性を有する薄膜を製作する方法を開示してい
る。’５８５号特許および’６０５号特許は多層膜の付
着方法を開示しているが、互いに隣接して付着される層
の間の接合部に付着されるフラックスの量の制御に関す
る問題は対処されていない。
【０００６】イオン・ビーム・スパッタ付着システム
は、磁気ディスク・ドライブで使用する異方性磁気抵抗
（ＡＭＲ）センサおよび巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ
の個々の層を付着するのに使用されてきた。たとえばＧ
ＭＲセンサでは、磁気抵抗（ＭＲ）感知層の抵抗は、非
磁性層（スペーサ）で分離された強磁性層間での伝導電
子のスピン依存伝導と、それに付随して強磁性層と非磁
性層との界面および強磁性層内部で発生するスピン依存
散乱とに応じて変化する。ＧＭＲを促進する非磁性金属
材料（たとえば銅）層で分離された２層の強磁性材料
（たとえば、ＮｉＦｅまたはＣｏまたはＮｉＦｅ／Ｃ
ｏ）のみを使用するＧＭＲセンサは、一般にスピン・バ
ルブ（ＳＶ）センサと呼ばれる。その内容を本明細書中
で参考として援用する米国特許第５２０６５９０号（’
５９０号特許）は、ＧＭＲの原理で動作するＭＲセンサ
を開示している。
【０００７】磁気抵抗（ＭＲ）センサ（ＡＭＲまたはＧ
ＭＲ）は非常に小型のデバイスであり、一般に大型のウ
ェーハ基板上でのスパッタ付着によって製作される。こ
のウェーハは通常直径５インチより大きく、数千個のセ
ンサがそこに形成される。前記ウェーハは続いてダイシ
ングされて、磁気記憶装置で使用される個々の磁気読取
変換器を形成する。
【０００８】ＭＲセンサの製作プロセスにおける重要な
問題点の１つは、互いに隣接して付着される層の間に形
成される接合部の物理的、電気的、および磁気的特性を
精密に制御することである。こうした接合部の一例とし
て、ＭＲセンサにおいてＭＲ層と縦バイアス層との間に
形成された隣接する接合部が挙げられる。
【０００９】ＭＲセンサの製作プロセスにおけるもう１
つの重要な問題点は、所与のウェーハ上に製作されるＭ
Ｒセンサのバッチ全体の動作特性（たとえば抵抗および
磁気抵抗）の均一性を制御するために、所与のウェーハ
の使用領域全体にわたってすべての付着層の厚さを均一
にすることである。
【００１０】本出願人の実験では、相互に隣接して付着
される層の間に形成される接合部の特性と、直径５イン
チのウェーハ基板（図５）上に形成されるＳＶセンサ２
００の端部領域２０６および２０４（図２）に付着され
る様々な層の厚さの均一性とを決定するために、イオン
・ビーム・スパッタ・システム１２０（図１）を開発し
使用した。
【００１１】図１を参照すると、本出願人により開発さ
れ使用されたイオン・ビーム・スパッタ付着システム１
２０を図示した簡略図が示してある。イオン・ビーム・
スパッタ付着システム１２０は真空チャンバ１２２を含
み、その中にイオン・ビーム源１２１が取り付けてあ
る。イオン・ビーム・システム１２０はさらに、回転タ
ーゲット支持台１２５上に形成または取り付けられた、
選択可能な複数のターゲット１２３を含む。イオン・ビ
ーム源１２１から放出されたイオン・ビーム１３３は、
選択可能な複数のターゲット１２３上の１つのターゲッ
トを直射し、それに当たったイオンが選択されたターゲ
ット材料のスパッタを発生させる。選択されたターゲッ
ト材料から放出されたスパッタ原子１２６は、ほぼ垂直
な角度（８５から９５度）でワークピース（ウェーハ基
板、ウェーハ、付着基板）１３１を直射し、選択された
ターゲット材料の層がそこに形成される。スパッタ原子
１２６は、ワークピース１３１にほぼ垂直な角度（８５
から９５度）で当たる（衝撃する）。ワークピース１３
１は、クランプまたは真空吸着（図示せず）によって基
板ステージ（ワークピース・ステージ）１４１上に固定
されている。基板ステージ１４１を、ゲート・バルブ１
３８を通ってローディング・ポート１３９内に回収し、
ワークピース１３１を交換することができる。
【００１２】厚さモニタ１３７がワークピース１３１に
近接して配置されており、ワークピース１３１の使用領
域全体にわたって、付着中に増加していく膜の厚さをリ
アルタイムでその場で監視する。ワークピース１３１の
前方に取り付けられた固定フラックス調節装置１５０が
スパッタ原子フラックスを部分的に遮断し、これをワー
クピース１３１の回転と併用することにより、付着プロ
セス中の付着層の厚さの均一性を改善する。固定フラッ
クス調節装置はフラックス調節装置と呼ばれており、そ
の位置は１つまたは複数の付着層のイオン・ビーム・ス
パッタ付着以前に固定され、付着プロセス全体の間、固
定されたままである（すなわち、フラックス調節装置の
位置は、前記１つまたは複数の付着層の付着プロセス中
は決して変更されない）。イオン・ビーム・スパッタ付
着システムの動作中、真空チャンバ１２２は、ポート１
３５を介して真空ポンプ（図示せず）により適切な低圧
に維持される。
【００１３】次に図２を参照すると、ＳＶセンサ２００
の断面図が示されており、端部領域２０４および２０６
を有し、それが中央領域２０２によって互いに分離され
ている。そこに出願人のイオン・ビーム・スパッタ・シ
ステム１２０を使用して、前記端部領域でシード層、バ
イアス層、およびリード層を付着した。自由層（自由Ｍ
Ｒ層、自由強磁性層）２１０は、非磁性で導電性のスペ
ーサ層２１５によって、ピン留め層（ピンＭＲ層、ピン
強磁性層）２２０と分離している。あるいは、ピン留め
層２２０を金属の非磁性導体（たとえばルテニウム）に
よって相互に分離した多層の強磁性材料（たとえば、コ
バルト、ＮｉＦｅ）から作成することもできる。こうし
た多層ピン留め層は、一般にアンチパラレル（ＡＰ）ピ
ン留め層と呼ばれる。一般に、ただし必ずではないが、
ピン留め層２２０の磁化は、反強磁性（ＡＦＭ）層２２
５の交換結合によって固定（すなわちピン留め）されて
いる。一般にＡＦＭ層２２５は、ＮｉＭｎ、ＭｎＦｅ、
またはＮｉＯで作成される。ただし自由層の磁化は、外
部磁場に応答して自由に回転する。自由層２１０、スペ
ーサ層２１５、ピン留め層２２０、およびＡＦＭ層２２
５（使用した場合）を総称してＭＲ材料と呼び、すべて
基板２２８上の中央領域２０２に形成される。ハード・
バイアス（ＨＢ）層２３０および２３５はそれぞれ端部
領域２０４および２０６に形成され、ＭＲ自由層２１０
に縦バイアスを提供する。ハード・バイアス層２３０お
よび２３５は一般に、ただし必ずではないが、それぞれ
シード層２８０および２８５の上に付着される。ハード
・バイアス層２３０および２３５はそれぞれ少なくとも
自由層２１０と接する接合部２７４および２７６を形成
する。リード２４０および２４５はそれぞれハード・バ
イアス層２３０および２３５の上に形成され、電源２６
０からＭＲセンサ２００に感知電流ＩSが流れるための
電気的接続を提供する。ＭＲ材料には、さらに第１およ
び第２の側縁部２７０および２７２を有する（図３）。
【００１４】図５は、出願人のイオン・ビーム・スパッ
タ・システムでＳＶセンサの製作用に製造したウェーハ
３００を示す。図５は、いくつかのブロック３０１の一
般的なパターンを概略図で示しており、各ブロックが多
数の行３０２を含む。各行３０２が、各行に沿って配置
されウェーハ基板３０６上に形成された複数のＳＶセン
サ（ＳＶセンサ２００や９００など）を含む。
【００１５】前述のように、出願人はイオン・ビーム・
スパッタ・システム１２０を使用してウェーハ基板３０
６上にＳＶセンサ２００を構築する実験を行った。この
実験において、ＳＶセンサ２００の中央領域２０２にあ
る層構造を含むスパッタ材料の層を、ウェーハ全体上に
個々に付着した。次にフォトレジスト材料２９０および
２９１をウェーハ全体上に付着し、その後選択した領域
を露光し現像して、中央領域２０２の外側の付着材料を
除去するための開口を設けた。図３は、フォトレジスト
２９０および２９１が現像され、中央領域２０２の外側
の付着材料がイオン・ミリングを使って除去された後
の、ＳＶセンサ２００の製造プロセスの１ステップを示
している。図３に示したステップに続いて、シード層材
料、ハード・バイアス材料、およびリード材料を端部領
域２０４および２０６に順番にスパッタ付着した。端部
領域２０４および２０６に付着される材料は、矢印２９
２で示すようにほぼ垂直の角度（８５から９５度）でス
パッタ付着された（図４）。
【００１６】ＳＶセンサ２００を詳細に検査したところ
（図２）、前述のステップに従って形成されたＳＶセン
サ２００には次のような欠点があることが明らかになっ
た。 （ｉ）シード層２８０および２８５の厚さが均一でな
い。 （ｉｉ）ハード・バイアス層２３０および２３５の厚さ
が均一でない。ハード・バイアス層２３０および２３５
は、それぞれ第１および第２の側縁部２７０および２７
２でテーパ形となり、ＭＲ材料の側縁部２７０および２
７２に隣接したハード・バイアス層２３０および２３５
のそれぞれにノッチが形成される。ハード・バイアスの
テーパ化により、ＭＲ材料の縁部に付着されるハード・
バイアス材料の保磁力が低下し、読取り動作中にＭＲセ
ンサが不安定になる。 （ｉｉｉ）リード層２４０および２４５の厚さが均一で
なく、ＭＲ材料の側縁部２７０および２７２付近でテー
パ形になる。リードのテーパ化により、電気信号が失わ
れる。
【００１７】さらに出願人は別の実験を行い、イオン・
ビーム・スパッタ・システム１２０を使用してウェーハ
基板３０６の使用領域上にＳＶセンサ２００を構築し、
ウェーハ３００の直径位置に表示した５つの位置３０５
で各付着層のシート抵抗を測定することにより、ウェー
ハの使用領域全体にわたる付着層の均一性を測定した。
ウェーハを横切るシート抵抗の均一性は、所与のウェー
ハ上に見られる膜の厚さの最大変動の尺度である均一率
（percent uniformity）として示されている。
【００１８】図６は、ウェーハ３００を横切る５つの位
置３０５で測定した、ＳＶセンサ２００のＣｕスペーサ
膜２１５の正規化したシート抵抗を示すグラフである。
図６からわかるように、ウェーハ３００の使用領域を横
切るＣｕ膜の厚さには１１．３％もの変動が見られた。
ウェーハ３００を横切る同じ５つの位置３０５で測定し
たＮｉＦｅ層およびＣｏ層の厚さには、それぞれ約３．
５％および２．７％の変動が見られた。
【００１９】ウェーハ３００を横切るＣｕスペーサ膜の
厚さに１１．３％の変動があるということは、ウェーハ
３００上のＭＲセンサの多くが正常に動作しないかまた
はその応答に許容できない大きな変動があることを意味
する。また、ウェーハの生産性を高めるためにサイズを
大きくするほど、ウェーハを横切る膜の均一性を達成す
るという問題は、逆に悪化する。
【００２０】従来の技術では、以下の点に関連する問題
が対処または認識されていない。 （ｉ）イオン・ビーム・スパッタ付着システムで構築す
る各ＭＲセンサの、シード層、ハード・バイアス層、お
よびリード層の厚さの不均一性。 （ｉｉ）互いに隣接して付着される材料間の隣接する接
合部における、不十分な物理的、電気的、および磁気的
特性。 （ｉｉｉ）イオン・ビーム付着システムにおいてウェー
ハの使用領域全体にわたって付着される薄層の厚さの不
均一性。
【００２１】したがって、イオン・ビーム・スパッタ・
システムにおいて、ウェーハ基板上に互いに隣接して付
着される多層薄膜構造の個々の膜の特性および厚さを制
御する方法および装置の発明が必要である。
【００２２】また、イオン・ビーム・スパッタ・システ
ムにおいて、ウェーハ基板上に付着される多層薄膜構造
の個々の膜の厚さの均一性を制御する方法および装置の
発明が必要である。
【００２３】さらにまた、イオン・ビーム・スパッタ・
システムにおいて、ウェーハ基板上に互いに隣接して付
着されるＭＲセンサの多層構造の個々の層の厚さを制御
する方法および装置を開示する発明が必要である。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、予
め定義された角度まで傾動させることのできる基板ステ
ージを有するイオン・ビーム・スパッタ・システムを開
示することである。
【００２５】本発明の他の目的は、付着プロセス前また
はプロセス中に、垂直軸に対して非垂直の角度を形成す
るように傾動させることのできる基板ステージを有す
る、イオン・ビーム・スパッタ・システムを開示するこ
とである。
【００２６】本発明の他の目的は、ステージ・アームに
連結された基板ステージを有し、このステージ・アーム
の長軸（縦軸）を中心に基板ステージを傾動させること
のできる、イオン・ビーム・スパッタ・システムを開示
することである。
【００２７】本発明の他の目的は、ステージ・アームに
連結された基板ステージを有し、このステージ・アーム
の短軸を中心に基板ステージを傾動させることのでき
る、イオン・ビーム・スパッタ・システムを開示するこ
とである。
【００２８】本発明の他の目的は、傾動させながら回転
することのできる基板ステージを有する、イオン・ビー
ム・スパッタ・システムを開示することである。
【００２９】本発明の他の目的は、ウェーハ基板上に付
着される多層構造の個々の層それぞれの物理的特性を向
上させたＭＲ（ＡＭＲ、ＧＭＲ、またはＳＶ）センサを
構築するための、イオン・ビーム・スパッタ付着プロセ
スを開示することである。
【００３０】本発明の他の目的は、傾動可能な基板ステ
ージおよび可動フラックス（flux）調節装置を有するイ
オン・ビーム・スパッタ・システムを開示することであ
る。
【００３１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記そ
の他の目的は、イオン・ビーム・スパッタ付着プロセス
中に基板ステージの頂面にワークピースが固定されてい
る、本出願人の発明のイオン・ビーム・スパッタ付着シ
ステムによって達成される。ワークピースが入射する付
着原子に対して非垂直の角度を形成するように、基板ス
テージを傾動させ、その垂直軸に対して非垂直の角度を
形成させることができる。基板ステージはさらに、垂直
軸に対して傾動させながら、その垂直軸の周りで回転さ
せることができる。基板ステージを傾動させることによ
り、スパッタ原子（フラックス）をワークピース上に非
垂直の付着角度（すなわち、９０度ではない角度）で付
着させることが可能になり、付着膜の物理的特性を制御
することができる。
【００３２】このイオン・ビーム・スパッタ付着システ
ムはさらに、ターゲットとワークピースとの間に配置し
たフラックス調節装置を含み、このフラックス調節装置
は、直交するＸ、Ｙ、およびＺの３つのデカルト方向に
基板に対して相対的に移動し、縦軸を中心に回転し、予
め定義した軸の平面内で予め定義した角度で旋回するこ
とができる。ワークピースに対する可動フラックス調節
装置の相対位置は、ウェーハの使用領域全体にわたって
付着される薄膜の厚さの均一性に影響を与える。複数回
の実験により、同一のイオン・ビーム・システムにおい
て異なるターゲットから付着される異なる材料につい
て、可動フラックス調節装置の最適位置が異なることが
判明している。本出願人の可動フラックス調節装置はフ
ラックス調節装置と呼ばれ、ワークピースに対するその
相対位置は付着する材料によって変えることができる。
【００３３】したがって、傾動可能な基板ステージを有
する本出願人のイオン・ビーム・スパッタ・システムで
は、ワークピース上のスパッタ・フラックス付着を非垂
直の角度で行うことができ、それによって互いに隣接し
て付着される層の間に形成される隣接する接合部の物理
的、電気的、および磁気的特性が大幅に改善される。さ
らに、可動フラックス調節装置を有する本出願人のイオ
ン・ビーム・スパッタ・システムは、ウェーハの使用領
域全体にわたって付着される各層の厚さを均一にする手
段を提供する。
【００３４】
【発明の実施の形態】図７ないし図１７を参照すると、
本発明のイオン・ビーム・スパッタ付着システム（イオ
ン・ビーム・システム、ＩＢＳ）５００に関するいくつ
かの図が示してある。イオン・ビーム・システム５００
は、ゲート・バルブ５０６で閉じることのできるポート
５０５を介して真空ポンプ５０７によって適切な低圧に
排気される真空チャンバ５２２を含む。イオン・ビーム
源５２１は、１つまたは複数の材料の選択可能な複数タ
ーゲット５２３に向けて高エネルギー・イオン５３３を
放出し、このイオンの衝突により、選択したターゲット
材料のスパッタが発生する。次に、選択したターゲット
材料から放射されたスパッタ原子５２６が、ワークピー
ス（ウェーハ）５３１上でスパッタ付着される。ワーク
ピース５３１は、図５に示したウェーハ３００と同様の
ウェーハである。イオン・ビーム源５２１は、Kaufman
源のような任意の適当なイオン・ビームでよい。選択可
能な複数のターゲット５２３は、一般に回転ターゲット
支持台５２５上に取り付けられる。別法として、選択可
能な複数のターゲット５２３の代わりに単一のターゲッ
ト材料を使用することもできる。
【００３５】イオン・ビーム・システム５００は、頂面
５３２、前記頂面５３２の平面内に位置する縦軸５３
７、および前記頂面５３２に垂直な垂直軸５３５を有す
る基板ステージ５４１をさらに含む。基板ステージ５４
１は、機械歯車（図示せず）を介してステージ・アーム
５４３に接続される。次に縦軸５６４および垂直軸５６
６を有するステージ・アーム５４３は、接続点５６８を
介してステージ・コントローラ５６０に接続される。ス
テージ・コントローラ５６０は一般にステージ・アーム
５４３の動作を制御する機械歯車を含む。次にステージ
・コントローラ５６０は制御システム５７０に接続さ
れ、これによって制御される。ワークピース５３１は、
基板ステージ５４１の傾動または回転あるいはその両方
によって、ワークピース５３１の傾動または回転あるい
はその両方が発生するように、クランプ（図示せず）を
介してまたは真空吸着（図示せず）によって、基板ステ
ージ５４１上に固定される。本発明の好ましい実施形態
では、基板ステージ５４１の縦（長）軸５６４を中心に
ステージ・アーム５４３を回転させることにより、前記
基板ステージを傾動させることができる。その結果、基
板ステージ５４１は、頂面５３２が垂直軸５３５に対し
て非垂直の角度を形成するように、垂直軸５３５に対し
て傾動する。したがって、ワークピース５３１の頂面
は、選択したターゲット材料から放出されるスパッタ原
子５２６に対して非垂直の角度を形成する。本発明の好
ましい実施形態では、基板ステージ５４１は、ワークピ
ース５３１を回転させるためにどの付着ステップ中に
も、回転／直進モータ（図示せず）を使用して垂直軸５
３５を中心に回転させることのできる円形ステージが好
ましい。
【００３６】制御システム５７０をステージ・コントロ
ーラ５６０に接続するコミュニケーション・バス５６
１、５６３、５６５、５６７を使用して、制御システム
５７０とステージ・コントローラ５６０との間で、基板
ステージ５４１を回転させるかどうか、どの速度で回転
させるか、基板ステージ５４１を傾動させるかどうか、
およびどの方向に傾動させるか、などの情報の転送を行
う。制御システム５７０が、回転、回転速度、基板ステ
ージ５４１の上方または下方への傾動または移動あるい
はその両方、薄膜付着プロセス中の傾動方向などのコマ
ンドをステージ・コントローラ５６０へ発すると、ステ
ージ・コントローラ５６０が、基板ステージ５４１の回
転、回転速度、傾動、および傾動方向を、ステージ・ア
ーム５４３を介して制御する。このステージ・アーム５
４３は、ステージ・アーム５４３が接続点５６８を中心
に全方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、ＸＹ平面、ＸＺ平
面、およびＹＺ平面）に傾動、回転、および旋回するよ
うに、接続点５６８を介してステージ・コントローラ５
６０に接続されている。本発明の好ましい実施形態で
は、ステージ・アーム５４３をその縦軸５６４を中心に
して回転させることにより、基板ステージ５４１を傾動
させる（図１２ないし図１７）。あるいは、ステージ・
アーム５４３が垂直軸５６６に対して非垂直の角度を形
成するように、接続点５６８を中心にステージ・アーム
５４３を上または下に移動させることで（図１０ないし
図１１）、基板ステージ５４１を傾動させることができ
る。
【００３７】イオン・ビーム・システム５００は、フラ
ックス調節装置シャフト５５１に接続された可動フラッ
クス調節装置５５０をさらに含む。フラックス調節装置
シャフト５５１は第１端５５２および第２端５５４を有
する。本発明の好ましい実施形態では、フラックス調節
装置シャフト５５１の第２端５５４を真空チャンバ５２
２の壁に取り付けたフラックス調節装置コントローラ５
４０に直接接続することで、前記シャフト５５１の動作
をステージ・アーム５４３の動作から完全に独立させて
いる（図７および図９）。あるいは、図８に示すよう
に、フラックス調節装置シャフト５５１の第２端５５４
をフラックス調節装置アーム５５３に接続し、そのフラ
ックス調節装置アーム５５３をステージ・アーム５４３
に接続することもできる。スパッタ原子フラックス５２
６がワークピース５３１に衝突するのを部分的に阻止
し、ワークピース５３１全体に付着されるフラックスの
分布を変更するために、フラックス調節装置５５０をタ
ーゲット５２３とワークピース５３１との間に配置す
る。フラックス調節装置５５０が適切に動作するかどう
かは、スパッタ原子の投射フラックスを平均化させるた
め、各付着ステップ中に垂直軸５３５を中心にワークピ
ース５３１を連続的に回転させることに依存する。一般
にスパッタ原子の入射フラックスは基板の中心部で最も
強くなるため、可動フラックス調節装置５５０の好まし
い形状は矢じり型で、その幅は先端部領域５５６から最
大幅５５７（約２．５ｃｍ）へと徐々に増加し、フラッ
クス調節装置シャフト５５１の幅まで徐々に減少してい
る（テーパ化）。フラックス調節装置５５０の先端部領
域５５６からフラックス調節装置シャフト５５１の第１
端５５２までの長さは、約５ｃｍである。フラックス調
節装置５５０が矢じり型であることにより、ワークピー
ス５３１では内側半径部分の方が外側半径部分よりも原
子フラックスが多く遮断される。フラックス調節装置５
５０は、接続点５５５の周りで動くことのできるフラッ
クス調節装置シャフト５５１の動きによって、ワークピ
ース５３１に対して相対的に移動できる（図８ないし図
９）。図８に示した実施形態の場合、フラックス調節装
置５５０をフラックス調節装置アーム５５３の動きに応
じて移動させることができる。フラックス調節装置コン
トローラ５４０は、一般に、Ｘ方向ドライブ５４０′、
Ｙ方向ドライブ５４２、Ｚ方向ドライブ５４４という、
３つの直交する直進ドライブ・システムと、フラックス
調節装置５５０を予め定義された軸平面内で角度Θ（１
８０度未満）まで旋回させる（図８）ための第４ドライ
ブ・システム５４６、およびフラックス調節装置を縦軸
を中心に角度Φ（１８０度未満）まで回転させる（図
８）ための第５ドライブ・システム５４８を備えてい
る。フラックス調節装置コントローラ５４０は制御シス
テム５７０によって制御され、ワークピース５３１上で
のターゲット材料のイオン・ビーム・スパッタ付着中
に、フラックス調節装置５５０を（回転／直進モータを
介して）所定の位置へ移動させる。本発明の実施の形態
では、可動フラックス調節装置５５０のＸ方向、Ｙ方
向、およびＺ方向の位置を、各ターゲット材料がワーク
ピース５３１上にスパッタ付着されるように調整する。
ターゲットから放出される原子の入射を遮断するため
に、フラックス調節装置５５０とワークピース５３１と
の間に可動シャッタ５１０も配置し、付着ステップ中に
限って原子がワークピース５３１上に達するようにして
いる。
【００３８】図８および図１０、図１１を参照すると、
この実施形態では、フラックス調節装置アーム５５３が
ステージ・アーム５４３に固定されているため、基板ス
テージ５４１が上方または下方に移動しても、基板ステ
ージ５４１とフラックス調節装置５５０との間の距離は
一定に維持される。ただし、これとは対照的に、図９を
参照すると、ステージ・アーム５４３の動作がフラック
ス調節装置シャフト５５１の動作から独立しているた
め、基板ステージ５４１が上方または下方に移動する
と、基板ステージ５４１とフラックス調節装置５５０と
の間の距離はそれぞれ長くなったり短くなったりする。
スパッタ付着プロセス中に基板ステージ５４１が傾動す
ると、選択したターゲット材料の原子が非垂直の角度で
ワークピース５３１に当たるため、厚さの均一性ならび
に、ワークピース５３１上で互いに隣接して付着される
材料間に形成される隣接する接合部の電気的、物理的、
および磁気的特性が改善される。
【００３９】次に、図１８ないし図２３を参照すると、
傾動可能かつ回転可能な基板ステージ５４１を有する本
発明のイオン・ビーム・スパッタ・システム５００を使
用して、ワークピース（基板）９３１（図５のウェーハ
３００および図７のウェーハ５３１と同様）上で多数の
ＳＶセンサ９００を製造するいくつかのステップが示さ
れている。以下に記載の本発明の好ましい実施形態で
は、すべてのスパッタ付着ステップ中にワークピース９
３１が回転する。
【００４０】図１８は、フォトレジスト９９５（フォト
レジスト１）および９９０（フォトレジスト２）がＳＶ
材料の上に順番に付着された後の、多数のＳＶセンサ９
００を構築するために使用するステップを示すＡＢＳ
（Air Bearing Surface）面の略図である。本発明のイ
オン・ビーム・システムでは、多数のＳＶセンサ９００
が基板９３１上に同時に構築されるが、以下の説明では
１つのＳＶセンサだけを対象にしている。図からわかる
ように、基板９３１の全使用領域の上にまず自由層９１
０（一般にＮｉＦｅまたはＮｉＦｅ／Ｃｏからなる）が
付着され、続いて順に非磁性スペーサ層９１５（一般に
Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕからなる）、下層９１８（一般
にＣｏからなる）をさらに含むピン留め層９２０（一般
にＮｉＦｅなどの強磁性（ＦＭ）材料からなる）、およ
び反強磁性（ＡＦＭ）層９２５（一般にＮｉＯ、ＦｅＭ
ｎ、またはＮｉＭｎからなる）が付着される。各層は、
フラックス調節装置５５０によって所定のｘ位置に付着
され、前記フラックス調節装置のｙおよびｚ方向の位置
は固定されている。前記フラックス調節装置５５０の位
置決め目的に使用する基準点は、基板ステージ５４１の
中心点５３９（ｘ＝ｙ＝ｚ＝０）である。表１に、
（１）非可動フラックス調節装置（すべての付着ステッ
プでＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸位置が固定されている）を
有する図１のイオン・ビーム・システム、ならびに
（２）可動フラックス調節装置のＹ方向およびＺ方向位
置が固定され、Ｘ軸位置が個々の付着層ごとに最適化さ
れている可動フラックス調節装置を有する本発明のイオ
ン・ビーム・スパッタ・システムを使用して、直径５イ
ンチのウェーハ上にあるＳＶセンサ９００のいくつかの
イオン・ビーム・スパッタ材料の均一性に関するデータ
を示す。ウェーハの使用領域全体にわたる特にクリティ
カルなＣｕスペーサ層９１５の均一性の向上により、ほ
とんど同一の特性を有するＳＶセンサの製造が可能にな
った。
【００４１】
【表１】
【００４２】図１９は、フォトレジスト９９０の現像お
よびＳＶ材料のイオン・ミリング後の、本発明のイオン
・ビーム・システム５００を使用してＳＶセンサ９００
を製作する１ステップを示したＡＢＳ面の略図である。
付着したＳＶ材料のイオン・ミリングによって、側縁部
９７０および９７２に傾斜が生じることに留意された
い。
【００４３】図２０は、端部領域９０４および９０６に
それぞれシード層９８０および９８５を付着した後、な
らびにフォトレジスト９９０の上にシード層材料を付着
した後の、本発明のイオン・ビーム・システムを使用し
てＳＶセンサ９００を製造する１ステップを示したＡＢ
Ｓ面の略図である。本発明の好ましい実施形態におい
て、シード層９８０および９８５は、図１４または図１
６のいずれかに示すように、基板ステージ５４１の所定
の量の傾動（すなわち基板９３１の傾動）によって付着
される。
【００４４】図１４または図１６に示すように、前述の
傾動ステップにより、スパッタ原子フラックス９２６b
または９２６cが非垂直の角度でワークピース９３１に
当たり、その結果、側縁部９７０および９７２上ならび
に基板９３１の頂面の露出部分９６０および９６５上
に、シード層９８０および９８５が形成される。側縁部
９７０および９７２ならびに基板９３１の露出部分９６
０および９６５上に形成されるシード層は、基板ステー
ジ５４１が傾動しシード層材料の付着中に回転すること
から、厚さがほぼ均一になる。基板９３１は、たとえば
クランプまたは真空吸着によって基板ステージ５４１に
固定されているので、基板ステージ５４１が傾動すると
基板９３１も傾動することに留意されたい。
【００４５】シード層９８０および９８５は、基板ステ
ージ５４１が上方または下方のいずれかに移動する（図
１０および図１１）、図１２、図１４および図１６に示
されるように基板ステージ５４１がその縦軸５３７の周
りで傾動する（図８）、または基板ステージ５４１が上
方または下方に移動すると同時にその縦軸の周りで所定
の角度だけ傾動するという、いずれかの単一のステップ
で付着できることに留意されたい。本発明の好ましい実
施形態では、基板ステージ５４１の動作（上方または下
方移動、縦軸の周りでの傾動、およびこれら動作の組み
合わせ）が、当技術分野でも周知の必要な機械歯車を使
用して、接続点５６８の周りでステージ・アーム５４３
を動かすことによって制御される。
【００４６】図２１は、ハード・バイアス（ＨＢ）材料
の層９３０および９３５をそれぞれ端部領域９０４およ
び９０６のシード層９８０および９８５の上に付着し、
さらにハード・バイアス材料をフォトレジスト９９０の
上に付着した後の、本発明のイオン・ビーム・システム
５００を使用してＳＶセンサ９００の製造を行うステッ
プを示すＡＢＳ面の略図である。ハード・バイアス層９
３０および９３５を、まずワークピース上に垂直な角度
でハード・バイアス原子をスパッタ（スパッタ原子フラ
ックス９２６a）することにより、部分的に付着する。
次に、基板ステージ５４１を所定の角度だけ第１の方向
に傾動させて（図１４または図１６）、端部領域９０４
および９０６に追加のハード・バイアス材料（スパッタ
原子フラックス９２６b）を付着し、続いて基板ステー
ジ５４１を所定の角度だけ第２の方向に傾動させて（図
１４または図１６）端部領域９０４および９０６に追加
のハード・バイアス材料（スパッタ原子フラックス９２
６c）を付着する。バイアス材料の付着ステップ中に基
板ステージ５４１を傾動させることによって、その結果
生じるハード・バイアス層９３０および９３５の厚さが
均一になり、側縁部９７０および９７２付近にノッチが
発生しない。別法として、端部領域９０４および９０６
にハード・バイアス材料を付着するステップを、基板ス
テージ５４１を所定の方向に所定の角度で傾動させ、次
に端部領域９０４および９０６にハード・バイアス材料
をスパッタ付着するという単一のステップで実行するこ
ともできる。
【００４７】図２２は、端部領域９０４および９０６に
それぞれリード層９４０および９４５を付着し、フォト
レジスト９９０の上にリード層材料を付着した後の、本
発明のイオン・ビーム・システム５００を使用してＳＶ
センサ９００の製造を行う１ステップを示すＡＢＳ面の
略図である。リード層９４０および９４５は、基板ステ
ージ５４１をそれぞれ異なる角度で数回傾動させるとい
う、複数のステップで付着することもできる。図２２に
示すように、リード層９４０および９４５は、端部領域
９０４および９０６にスパッタ原子を５回部分付着する
ことによって付着される。この部分付着は、まず垂直な
角度でスパッタ原子を付着し（９２６a）、続いて第１
の非垂直の角度で原子を付着し（９２６b）、続いて第
２の非垂直の角度で原子を付着し（９２６c）、続いて
第３の非垂直の角度でスパッタ原子を付着し（９２
６d）、続いて第４の非垂直の角度でスパッタ原子を付
着する（９２６e）ことによって実行される。非垂直の
角度９２６b、９２６c、９２６d、９２６eは、基板ステ
ージ５４１を所定の異なる４方向に所定の角度で順番に
傾動させることにより生じる。前述のステップにより、
厚さの均一なリード層９４０および９４５が、側縁部９
７０および９７２付近にノッチを発生させずに、ＡＦＭ
層９２５への接触を行い、フォトレジスト９９５のアン
ダーカット部９９１および９９２によって作られた空間
を部分的に満たすことができる。あるいは、端部領域９
０４および９０６にリード層材料を付着するステップ
を、基板ステージ５４１を所定の方向に所定の角度で傾
動させ、端部領域９０４および９０６にリード層材料を
スパッタ付着するという、単一のステップで実行するこ
ともできる。
【００４８】図２３は、フォトレジスト９９０および９
９５を除去した後の、本発明のイオン・ビーム・システ
ムを使用して製造される完全なＳＶセンサ９００のＡＢ
Ｓ面の略図である。傾動可能かつ回転可能な基板ステー
ジ５４１を有する本出願人のイオン・ビーム・システム
５００を使用して製造されるＳＶセンサ９００と、傾動
不可能な基板ステージを有するイオン・ビーム・システ
ム１２０を使用して製造されるＳＶセンサ２００とを比
較すると、ＳＶセンサ２００のすべての欠点および短所
がＳＶセンサ９００ではほぼなくなっていることが容易
にわかる。すなわち、傾動可能な基板ステージを有する
イオン・ビーム・システム５００は、以下の処理に必要
なツールを提供している。 （ｉ）すでに付着されている材料に隣接して付着される
材料の均一性を改善する。 （ｉｉ）互いに隣接して付着される材料間に形成される
隣接する接合部の、電気的および磁気的特性を改善す
る。 （ｉｉｉ）ＭＲセンサの不安定性の原因となるハード・
バイアス材料とセンサ材料との間の不連続性を誘発す
る、バイアス層のノッチングを除去する。
【００４９】次に図２４を参照すると、ステージ・サブ
システム５８０を有する本発明の代替イオン・ビーム・
システム５００の概略図が示されている。ステージ・サ
ブシステム５８０は、ステージ・シャフト５６６に接続
された基板ステージ５４１を含み、ステージ・シャフト
５６６はステージ・コントローラ５６０に接続されてい
る。前記ステージ・コントローラ５６０は、制御システ
ム５７０（図示せず）に接続されている。この実施形態
では、シャフト５６６が（直進モータを介して）ピボッ
ト・ポイント５６８を中心に旋回することでＸ方向、Ｙ
方向、またはＸＹ平面に傾動し、それによって基板ステ
ージ５４１を傾動させることができる。あるいは、ステ
ージ・シャフト５６６は傾動せずに、ステージ・シャフ
ト５６６内部に配置された、基板ステージ５４１を傾動
させることのできる機械歯車を介して、基板ステージ５
４１をＸ方向、Ｙ方向、またはＸＹ平面に傾動させるこ
ともできる。前記基板ステージ５４１は、スパッタ付着
プロセス中、回転モータ（図示せず）を介してステージ
・シャフト５６６を回転させることによって回転させ
る。機械歯車と回転モータおよびリニア・モータを使っ
て回転動作および線形動作を生じさせることは、当技術
分野で周知である。
【００５０】次に図２５を参照すると、可動フラックス
調節装置５５０のＸ軸位置の影響が、Ｃｕ薄膜付着につ
いてワークピース９３１（図５に示した基板３００およ
び図７に示したワークピース５３１と同様）上の位置の
関数として正規化シート抵抗をプロットしたグラフに示
されている。可動フラックス調節装置のＹおよびＺ方向
の位置は一定に保ったままで、前記可動フラックス調節
装置の位置をＸ方向に＋１．０ｍｍから−１．０ｍｍま
で変化させると、スペーサ９１５の形成に使用されるＣ
ｕ薄膜の均一性が１１．３％から３．７％へと大きく改
善されることが容易にわかる。
【００５１】次に図２６を参照すると、可動フラックス
調節装置５５０のＸ軸位置の影響が、Ｃｏ薄膜付着につ
いてワークピース上の位置の関数として正規化シート抵
抗をプロットしたグラフに示されている。可動フラック
ス調節装置のＹおよびＺ方向の位置は一定に保ったまま
で、前記可動フラックス調節装置の位置をＸ方向に＋
２．０ｍｍから＋１．０ｍｍまで変化させると、ピン留
め層９１８の形成に使用されるＣｏ薄膜の均一性が９．
０％から２．７％へと大きく改善されることが、容易に
わかる。
【００５２】図２５および図２６を再度参照すると、銅
薄膜の均一性を向上させる可動フラックス調節装置のＸ
軸位置と、コバルト薄膜の均一性を向上させる可動フラ
ックス調節装置のＸ軸位置とが異なることがわかる。
【００５３】ＳＶセンサを製作するには、複数のターゲ
ット５２３が、付着する各材料ごとに異なるターゲット
を含んでいなければならないことに留意されたい。上述
の図１８ないし図２３に図示したＳＶセンサ９００の場
合、中央領域９０２に構造を付着するには、ＡＦＭピン
留め層（ＮｉＯまたはＮｉＭｎまたはＦｅＭｎ）、ピン
留めＭＲ層および自由ＭＲ層のためのパーマロイ（Ｎｉ
Ｆｅ）、Ｃｏ界面層、スペーサ層（ＣｕまたはＡｕまた
はＡｇ）、およびピン留め層がＡＰピン留め（ＦｅＭｎ
／ルテニウム／ＦｅＭｎ）層である場合のルテニウム層
用のターゲットが必要である。自由ＭＲ層材料は、ピン
留めＭＲ層の強磁性層と同じターゲットを使用して付着
される。さらに、端部領域９０４および９０６に構造を
付着するには、Ｃｒのシード層、ＣｏＰｔＣｒのハード
・バイアス層、およびＴａのリード層用のターゲットが
必要である。各ターゲット材料について可動フラックス
調節装置に最適なＸ軸設定を達成するために、各膜ごと
に可動フラックス調節装置５５０に異なるＸ軸設定を使
用して、基板上に１組の薄膜をスパッタ付着する実験を
行った。適切な尺度、たとえばシート抵抗などを使用し
て、基板を横切って各膜の膜厚の均一性を測定した。図
２５および図２６のグラフは、それぞれＣｕ膜およびＣ
ｏ膜について得られた結果を示す。前述の実験を実施し
た結果、可動フラックス調節装置のＸ軸位置の設定は、
ウェーハ基板上に付着される材料の各層について最高の
厚さ均一性が達成されるものを選択する。可動フラック
ス調節装置に選択される設定値は、多層ＭＲセンサの後
続の付着時にも使用される設定値である。
【００５４】たとえば、本発明のイオン・ビーム・シス
テムは主に、ＭＲセンサを製作するためにウェーハ基板
上に付着される複数層の、物理的、電気的、および磁気
的特性と厚さの均一性とを向上させるために使用した
が、本発明は、基板上にイオン・ビーム・スパッタ付着
される層の電気的、物理的、および磁気的特性と厚さの
均一性が向上することで利益が得られるすべての技術に
等しく適用できるものである。
【００５５】さらに、本発明の好ましい実施形態では円
形の基板ステージ５４１を使用したが、本発明の精神か
ら逸脱することなく、楕円形、正方形、矩形、三角形、
菱形、またはその他どのような形状でも使用することが
できる。
【００５６】さらに、傾動するステージ・シャフトまた
は回転および傾動するステージ・アームを使用して基板
ステージ５４１を傾動させたが、本発明の精神を逸脱す
ることなく、他の機構を採用して基板ステージを傾動さ
せることもできる。
【００５７】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００５８】（１）イオン・ビーム・スパッタ付着シス
テムであって、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に
ある材料のターゲットと、前記真空チャンバ内に配置さ
れたウェーハ上に前記ターゲット材料を付着するため
に、前記ターゲットにイオンを向けるためのイオン・ビ
ーム源と、前記ウェーハを保持するための基板ステージ
とを含み、前記基板ステージが前記ターゲット材料の付
着前または付着中に傾動可能である、システム。 （２）前記基板ステージがさらに前記ターゲット材料の
付着中に垂直軸を中心として回転可能である、上記
（１）に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着システ
ム。 （３）前記ターゲットと前記ウェーハとの間に配置さ
れ、前記ウェーハ上に前記ターゲット材料の一部分が付
着するのを部分的に阻止するための可動フラックス調節
装置をさらに含む、上記（１）に記載のイオン・ビーム
・スパッタ付着システム。 （４）前記フラックス調節装置と前記ウェーハとの間に
配置されたシャッタをさらに含む、上記（３）に記載の
イオン・ビーム・スパッタ付着システム。 （５）イオン・ビーム・スパッタ付着システムであっ
て、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にある材料の
ターゲットと、前記真空チャンバ内に配置されたウェー
ハ上に前記ターゲット材料を付着するために、前記ター
ゲットにイオンを向けるためのイオン・ビーム源と、頂
面を有する基板ステージとを含み、前記ウェーハが前記
頂面上に配置され、前記基板ステージが前記頂面に対し
て垂直な垂直軸を有し、前記ターゲット材料の付着中に
前記頂面が前記垂直軸に対して非垂直の角度を形成す
る、システム。 （６）前記基板ステージが前記ターゲット材料の付着中
に垂直軸を中心として回転する、上記（５）に記載のイ
オン・ビーム・スパッタ付着システム。 （７）イオン・ビーム・スパッタ付着システムであっ
て、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあるターゲ
ットの材料と、前記真空チャンバ内に配置されたウェー
ハ上に前記ターゲット材料を付着するために、前記ター
ゲットにイオンを向けるイオン・ビーム源と、前記ター
ゲットと前記ウェーハとの間に配置されており、前記ウ
ェーハを基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向に移動
できる、前記ウェーハ上に前記ターゲット材料の一部分
が付着するのを部分的に阻止するための可動フラックス
調節装置と、前記可動フラックス調節装置と前記ウェー
ハとの間に配置されたシャッタと、前記ターゲット材料
の付着中に前記ウェーハを保持するための傾動可能な基
板ステージとを含む、システム。 （８）前記傾動可能な基板ステージがさらに前記ターゲ
ット材料の付着中に垂直軸を中心として回転可能であ
る、上記（７）に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着
システム。 （９）イオン・ビーム・スパッタ付着システムであっ
て、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあるターゲ
ットの材料と、前記真空チャンバ内に配置されたウェー
ハ上に前記ターゲット材料を付着するために、前記ター
ゲットにイオンを向けるためのイオン・ビーム源と、前
記ターゲットと前記ウェーハとの間に配置されており、
前記ウェーハを基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向
に移動できる、前記ウェーハ上に前記ターゲット材料の
一部分が付着するのを部分的に阻止するための可動フラ
ックス調節装置と、前記可動フラックス調節装置と前記
ウェーハとの間に配置されたシャッタと、垂直軸を有
し、前記ターゲット材料の付着中に前記垂直軸に対して
非垂直の角度を形成する、付着プロセス中に前記ウェー
ハを保持するための傾動可能な基板ステージとを含む、
システム。 （１０）前記傾動可能な基板ステージがさらに前記ター
ゲット材料の付着中に前記垂直軸を中心として回転す
る、上記（９）に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着
システム。 （１１）イオン・ビーム・スパッタ付着システムであっ
て、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にある複数の
材料のターゲットと、ウェーハ上に所定数の前記ターゲ
ット材料を順番に付着するために、前記複数のターゲッ
トにイオンを向けるためのイオン・ビーム源と、前記複
数のターゲットと前記ウェーハとの間に配置されてお
り、前記基板を基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向
に移動できる、前記ウェーハ上に付着される前記所定数
のターゲット材料がそれぞれ均一の厚さになるよう制御
するための可動フラックス調節装置と、傾動可能な基板
ステージとを含むシステムであって、前記所定数のター
ゲット材料の付着中に、前記ウェーハが、前記傾動可能
な基板ステージ上に配置されて、垂直軸を有し、前記垂
直軸に対して非垂直の角度を形成する、システム。 （１２）前記傾動可能な基板ステージが、さらに前記所
定数のターゲット材料の前記ウェーハ上への付着中に回
転可能である、上記（１１）に記載のイオン・ビーム・
スパッタ付着システム。 （１３）前記非垂直の角度が、前記ウェーハ上に付着さ
れるターゲット材料に基づいて調整される、上記（１
１）に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着システム。 （１４）前記複数のターゲットを保持するターゲット・
ホルダと、前記ターゲット・ホルダを回転させるための
回転ステージとをさらに含む、上記（１１）に記載のイ
オン・ビーム・スパッタ付着システム。 （１５）真空チャンバと、前記真空チャンバ内の複数の
ターゲット材料と、イオン・ビーム源と、可動フラック
ス調節装置と、ウェーハ保持用の傾動可能な基板ステー
ジとを有するイオン・ビーム・スパッタ・システムにお
いて、前記イオン・ビーム・スパッタ・システム内で前
記ウェーハ上に磁気抵抗センサを構築する方法であっ
て、非磁性材料層で互いに分離されている２層の強磁性
材料を含む磁気抵抗材料を、前記ウェーハ上に付着する
ステップと、フォトレジスト材料を付着し、続いてその
フォトレジストをパターン化し現像して、前記フォトレ
ジスト材料中に開口を作成するステップと、前記開口を
通して露出した前記磁気抵抗材料を除去するステップ
と、前記ウェーハ基板をその垂直軸に対して非垂直の角
度を形成するように傾動させながら、前記ウェーハ基板
上に第１のターゲット材料をスパッタ付着するステップ
とを含む方法。 （１６）前記第１ターゲット材料がＣｒである、上記
（１５）に記載の方法。 （１７）前記ウェーハ基板をその垂直軸に対して非垂直
の角度を形成するように傾動させながら、前記第１ター
ゲット材料上に第２ターゲット材料をスパッタ付着する
ステップをさらに含む、上記（１５）に記載の方法。 （１８）前記第２ターゲット材料がＣｏＰｔＣｒであ
る、上記（１７）に記載の方法。 （１９）前記ウェーハ基板をその垂直軸に対して非垂直
の角度を形成するように傾動させながら、前記第２ター
ゲット材料上に第３ターゲット材料の原子をスパッタ付
着するステップをさらに含む、上記（１７）に記載の方
法。 （２０）前記第３ターゲット材料がＴａである、上記
（１９）に記載の方法。 （２１）イオン・ビーム・スパッタ付着システムであっ
て、真空チャンバと、垂直軸に対して非垂直の角度を形
成するように傾動可能な、ウェーハ基板を保持するため
の基板ステージと、材料ターゲットと、前記ウェーハ基
板上に前記材料を付着するために前記ターゲットにイオ
ンを向けるためのイオン・ビーム源と、前記基板上に付
着されるターゲット材料の均一性を制御するための可動
フラックス調節装置とを含むシステム。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のイオン・ビーム・スパッタ付着システム
の構成図である。
【図２】電源に接続したＳＶセンサの原寸に比例しない
ＡＢＳ面の略図である。
【図３】図２のＳＶセンサ製作の１ステップである中央
領域が形成された後の、原寸に比例しないＡＢＳ面の略
図である。
【図４】図２のＳＶセンサ製作の他のステップである端
部領域が形成された後の原寸に比例しないＡＢＳ面の略
図である。
【図５】イオン・ビーム・スパッタ付着システムにおい
て、ウェーハ上に形成されるＳＶセンサの一般的なパタ
ーンを示す、ウェーハの平面図である。
【図６】図１のイオン・ビーム・スパッタ・システムを
使用して付着された図５のウェーハを横切る各点での銅
層のシート抵抗の変動を示すグラフである。
【図７】基板ステージを傾動させた、本発明のイオン・
ビーム・スパッタ・システムの好ましい実施形態を示す
構成図である。
【図８】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システム
において、ターゲットと基板との間に配置した可動フラ
ックス調節装置に対する本発明の基板ステージを示す原
寸に比例しない図である。
【図９】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システム
において、ターゲットと基板との間に配置した可動フラ
ックス調節装置に対する本発明の基板ステージの代替実
施形態を示す図である。
【図１０】本発明の傾動可能な基板ステージを、その垂
直軸に対して下方に傾動させた図である。
【図１１】本発明の傾動可能な基板ステージを、その垂
直軸に対して上方に傾動させた図である。
【図１２】本発明の基板ステージを傾動させていない場
合の正面図である。
【図１３】本発明の基板ステージを傾動させていない場
合の（５−５面から見た）側面図である。
【図１４】本発明の基板ステージをその縦軸に対して第
１方向に傾動させた場合の正面図である。
【図１５】本発明の基板ステージをその縦軸に対して第
１方向に傾動させた場合の側面図である。
【図１６】本発明の基板ステージをその縦軸に対して第
２方向に傾動させた場合の正面図である。
【図１７】本発明の基板ステージをその縦軸に対して第
２方向に傾動させた場合の側面図である。
【図１８】本発明の傾動可能な基板ステージを有するイ
オン・ビーム・スパッタ・システムにおいて、ＭＲセン
サ９００製造のフォトレジスト付着ステップの原寸に比
例しないＡＢＳ面の略図である。
【図１９】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システ
ムにおいて、ＭＲセンサ９００製造のフォトレジスト現
像ステップの原寸に比例しないＡＢＳ面の略図である。
【図２０】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システ
ムにおいて、ＭＲセンサ９００製造のシード材料付着ス
テップの原寸に比例しないＡＢＳ面の略図である。
【図２１】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システ
ムにおいて、ＭＲセンサ９００製造のハード・バイアス
材料付着ステップの原寸に比例しないＡＢＳ面の略図で
ある。
【図２２】本発明のイオン・ビーム・スパッタ・システ
ムにおいて、ＭＲセンサ９００製造のリード材料付着ス
テップの原寸に比例しないＡＢＳ面の略図である。
【図２３】本発明の傾動可能な基板ステージを有するイ
オン・ビーム・スパッタ・システムを使用して製作し
た、ＭＲセンサ９００のＡＢＳ面の略図である。
【図２４】傾動可能な基板ステージを有する本発明のイ
オン・ビーム・スパッタ・システムの代替実施形態を示
す原寸に比例しない構成図である。
【図２５】本発明の可動フラックス調節装置のＸ設定に
応じた付着基板全体にわたる銅のシート抵抗の均一性を
示すグラフである。
【図２６】本発明の可動フラックス調節装置のＸ設定に
応じた付着基板全体にわたるコバルトのシート抵抗の均
一性を示すグラフである。
【符号の説明】
５００ イオン・ビーム・システム ５０５ ポート ５０６ ゲート・バルブ ５０７ 真空ポンプ ５１０ 可動シャッタ ５２１ イオン・ビーム源 ５２２ 真空チャンバ ５２３ ターゲット ５２５ 回転ターゲット支持台 ５２６ スパッタ原子フラックス ５３１ ワークピース ５３２ 頂面 ５３３ 高エネルギー・イオン ５４０ フラックス調節装置コントローラ ５４０′Ｘ方向ドライブ ５４１ 基板ステージ ５４２ Ｙ方向ドライブ ５４３ ステージ・アーム ５４４ Ｚ方向ドライブ ５４６ 第４ドライブ・システム ５４８ 第５ドライブ・システム ５５０ フラックス調節装置 ５５１ フラックス調節装置シャフト ５５２ 第１端 ５５４ 第２端 ５５５ 接続点 ５６０ ステージ・コントローラ ５６１ コミュニケーション・バス ５６３ コミュニケーション・バス ５６５ コミュニケーション・バス ５６７ コミュニケーション・バス ５６８ 接続点 ５７０ 制御システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−33564（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−205071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195264（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−158294（ＪＰ，Ａ) （社）表面技術協会編「表面技術便 覧」（平10−２−27）日刊工業新聞社 ｐ．1319 金原編「薄膜＜その機能と応用＞」 （平３−４−20）日本規格協会ｐ．257 −265 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01F 41/18 H01L 43/12

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イオン・ビーム・スパッタ付着システムで
    あって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある材料のターゲットと、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に前記ター
    ゲット材料を付着するために、前記ターゲットにイオン
    を向けるためのイオン・ビーム源と、 前記ウェーハを保持するための基板ステージと、を含
    み、 前記基板ステージはステージ・アームに取り付けられ、 前記ステージ・アームは、ステージ・コントローラとの
    接続点を有し、 前記ステージ・アームは、前記基板ステージが前記ター
    ゲット材料の付着前または付着中に、前記接続点に対し
    て、第１の面（ｘ−ｙ）第２の面（ｘ−ｚ）、そして第
    ３の面（ｙ−ｚ）において傾動可能である、 システム。
  2. 【請求項２】前記基板ステージがさらに前記ターゲット
    材料の付着中に垂直軸を中心として回転可能である、請
    求項１に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着システ
    ム。
  3. 【請求項３】前記ターゲットと前記ウェーハとの間に配
    置され、前記ウェーハ上に前記ターゲット材料の一部分
    が付着するのを部分的に阻止するための可動フラックス
    調節装置をさらに含む、請求項１に記載のイオン・ビー
    ム・スパッタ付着システム。
  4. 【請求項４】前記フラックス調節装置と前記ウェーハと
    の間に配置されたシャッタをさらに含む、請求項３に記
    載のイオン・ビーム・スパッタ付着システム。
  5. 【請求項５】イオン・ビーム・スパッタ付着システムで
    あって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある材料のターゲットと、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に前記ター
    ゲット材料を付着するために、前記ターゲットにイオン
    を向けるためのイオン・ビーム源と、 前記ウェーハを保持するための基板ステージと、を含
    み、 前記基板ステージは頂面を有し、 前記ウェーハは、前記頂面に設置され、 前記基板ステージは、前記頂面に対して垂直な垂直軸を
    有し、 前記基板ステージは、第１の面における第１の軸に対し
    て傾動可能であり、 前記基板ステージは、第２の面における第２の軸に対し
    て傾動可能であり、 前記ステージ・アームは、ステージ・コントローラとの
    接続点を有し、 前記頂面は、前記ターゲット材料の付着中に、前記垂直
    軸に対して非直角の角度を形成する、 システム。
  6. 【請求項６】前記基板ステージがさらに前記ターゲット
    材料の付着中に前記垂直軸を中心として回転可能であ
    る、請求項５に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着シ
    ステム。
  7. 【請求項７】イオン・ビーム・スパッタ付着システムで
    あって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある材料のターゲットと、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に前記ター
    ゲット材料を付着するために、前記ターゲットにイオン
    を向けるためのイオン・ビーム源と、 前記ウェーハを保持するための基板ステージと、を含
    み、 前記基板ステージは頂面を有し、 前記ウェーハは前記頂面に設置され、 前記基板ステージは、前記頂面に対して垂直な垂直軸を
    有し、 前記基板ステージはステージ・アームに取り付けられ、 前記ステージ・アームは、前記垂直軸に垂直な縦軸を有
    し、 前記ステージ・アームは、ステージ・コントローラとの
    接続点を有し、 前記ステージ・アームは、第１の面において前記基板を
    傾動させるように前記接続点において第１の軸の対して
    傾動可能であり、、 前記ステージ・アームは、前記ウェーはを第２の面にお
    いて傾動させるように前記縦軸の周りに回転可能であ
    る、 システム。
  8. 【請求項８】前記基板ステージがさらに前記ターゲット
    材料の付着中に前記垂直軸を中心として回転可能であ
    る、請求項７に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着シ
    ステム。
  9. 【請求項９】イオン・ビーム・スパッタ付着システムで
    あって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある複数の材料のターゲットと、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に予め定め
    られた数の前記ターゲット材料を順次付着するために、
    前記複数のターゲットにイオンを向けるためのイオン・
    ビーム源と、 前記ウェーハを保持するための基板ステージと、を含
    み、 前記基板ステージはステージ・アームに取り付けられ、 前記ステージ・アームは、ステージ・コントローラとの
    接続点を有し、 前記ステージ・アームは、前記基板ステージが前記ター
    ゲット材料の付着前または付着中に、前記接続点に対し
    て、第１の面（ｘ−ｙ）、第２の面（ｘ−ｚ）、そして
    第３の面（ｙ−ｚ）において傾動可能であり、 前記基板ステージは、頂面と前記頂面に対して垂直な垂
    直軸とを有し、 前記基板ステージは、前記ターゲット材料の付着中に、
    前記垂直軸に対して非直角の角度を形成する、 システム。
  10. 【請求項１０】前記基板ステージがさらに前記ターゲッ
    ト材料の付着中に前記垂直軸を中心として回転可能であ
    る、請求項９に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着シ
    ステム。
  11. 【請求項１１】イオン・ビーム・スパッタ付着システム
    であって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある複数の材料のターゲットと、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に予め定め
    られた数の前記ターゲット材料を順次付着するために、
    前記複数のターゲットにイオンを向けるためのイオン・
    ビーム源と、 前記ウェーハを保持するための基板ステージと、を含
    み、 前記基板ステージは頂面を有し、 前記ウェハは前記頂面に設置され、 前記基板ステージは前記頂面に垂直な垂直軸を有し、 前記基板ステージはステージ・アームに取り付けられ、 前記ステージ・アームは、ステージ・コントローラとの
    接続点を有し、 前記ステージ・アームは、前記垂直軸に対して垂直な縦
    軸を有し、 前記ステージ・アームは、第１の面において前記基板を
    傾動させるように、前記接続点において第１の軸に対し
    て傾動可能であり、 前記ステージ・アームは、前記基板を第２の面において
    傾動させるように、前記縦軸の周りに回転可能であ
    り、、 前記基板ステージは、前記ターゲット材料の付着中に、
    前記垂直軸に対して非直角の角度を形成する、 システム。
  12. 【請求項１２】前記基板ステージがさらに前記ターゲッ
    ト材料の付着中に前記垂直軸を中心として回転可能であ
    る、請求項１１に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着
    システム。
  13. 【請求項１３】イオン・ビーム・スパッタ付着システム
    であって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にあるターゲットの材料と、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に前記ター
    ゲット材料を付着するために、前記ターゲットにイオン
    を向けるイオン・ビーム源と、 前記ターゲットと前記ウェーハとの間に配置されてお
    り、前記ウェーハを基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸
    方向に移動できる、前記ウェーハ上に前記ターゲット材
    料の一部分が付着するのを部分的に阻止するための可動
    フラックス調節装置と、 前記可動フラックス調節装置と前記ウェーハとの間に配
    置されたシャッタと、 前記ターゲット材料の付着中に前記ウェーハを保持する
    ための傾動可能な基板ステージとを含む、システム。
  14. 【請求項１４】前記傾動可能な基板ステージがさらに前
    記ターゲット材料の付着中に垂直軸を中心として回転可
    能である、請求項１３に記載のイオン・ビーム・スパッ
    タ付着システム。
  15. 【請求項１５】イオン・ビーム・スパッタ付着システム
    であって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にあるターゲットの材料と、 前記真空チャンバ内に配置されたウェーハ上に前記ター
    ゲット材料を付着するために、前記ターゲットにイオン
    を向けるためのイオン・ビーム源と、 前記ターゲットと前記ウェーハとの間に配置されてお
    り、前記ウェーハを基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸
    方向に移動できる、前記ウェーハ上に前記ターゲット材
    料の一部分が付着するのを部分的に阻止するための可動
    フラックス調節装置と、 前記可動フラックス調節装置と前記ウェーハとの間に配
    置されたシャッタと、 垂直軸を有し、前記ターゲット材料の付着中に前記垂直
    軸に対して非垂直の角度を形成する、付着プロセス中に
    前記ウェーハを保持するための傾動可能な基板ステージ
    とを含む、システム。
  16. 【請求項１６】前記傾動可能な基板ステージがさらに前
    記ターゲット材料の付着中に前記垂直軸を中心として回
    転する、請求項１５に記載のイオン・ビーム・スパッタ
    付着システム。
  17. 【請求項１７】真空チャンバと、前記真空チャンバ内の
    複数のターゲット材料と、イオン・ビーム源と、可動フ
    ラックス調節装置と、ウェーハ保持用の傾動可能な基板
    ステージとを有し、前記基板ステージはステージ・アー
    ムに取り付けられ、前記ステージ・アームはステージ・
    コントローラとの接続点を有し、前記ステージ・アーム
    は前記基板ステージが前記ターゲット材料の付着前また
    は付着中に前記接続点に対して第１の面（ｘ−ｙ）、第
    ２の面（ｘ−ｚ）、そして第３の面（ｙ−ｚ）において
    傾動可能であるイオン・ビーム・スパッタ・システムに
    おいて、前記イオン・ビーム・スパッタ・システム内で
    前記ウェーハ上に磁気抵抗センサを構築する方法であっ
    て、 非磁性材料層で互いに分離されている２層の強磁性材料
    を含む磁気抵抗材料を、前記ウェーハ上に付着するステ
    ップと、 フォトレジスト材料を付着し、続いてそのフォトレジス
    トをパターン化し現像して、前記フォトレジスト材料中
    に開口を作成するステップと、 前記開口を通して露出した前記磁気抵抗材料を除去する
    ステップと、 前記ウェーハ基板をその垂直軸に対して非垂直の角度を
    形成するように傾動させながら、前記ウェーハ基板上に
    第１のターゲット材料をスパッタ付着するステップとを
    含む方法。
  18. 【請求項１８】イオン・ビーム・スパッタ付着システム
    であって、 真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にある複数の材料のターゲットと、 ウェーハ上に所定数の前記ターゲット材料を順番に付着
    するために、前記複数のターゲットにイオンを向けるた
    めのイオン・ビーム源と、 前記複数のターゲットと前記ウェーハとの間に配置され
    ており、前記基板を基準としてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸
    方向に移動できる、前記ウェーハ上に付着される前記所
    定数のターゲット材料がそれぞれ均一の厚さになるよう
    制御するための可動フラックス調節装置と、 傾動可能な基板ステージとを含むシステムであって、前
    記所定数のターゲット材料の付着中に、前記ウェーハ
    が、前記傾動可能な基板ステージ上に配置されて、垂直
    軸を有し、前記垂直軸に対して非垂直の角度を形成す
    る、システム。
  19. 【請求項１９】前記傾動可能な基板ステージが、さらに
    前記所定数のターゲット材料の前記ウェーハ上への付着
    中に回転可能である、請求項１８に記載のイオン・ビー
    ム・スパッタ付着システム。
  20. 【請求項２０】前記非垂直の角度が、前記ウェーハ上に
    付着されるターゲット材料に基づいて調整される、請求
    項１８に記載のイオン・ビーム・スパッタ付着システ
    ム。
  21. 【請求項２１】前記複数のターゲットを保持するターゲ
    ット・ホルダと、前記ターゲット・ホルダを回転させる
    ための回転ステージとをさらに含む、請求項１８に記載
    のイオン・ビーム・スパッタ付着システム。
JP15325599A 1998-06-05 1999-06-01 イオン・ビーム・スパッタ付着システム及び磁気抵抗センサ構築方法 Expired - Fee Related JP3151445B2 (ja)

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