特許 7583566 磁気抵抗効果素子の製造方法、酸化処理装置、及び基板処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】磁気抵抗効果素子の製造方法、酸化処理装置、及び基板処理システム

(51)【国際特許分類】

   H10N 50/01 20230101AFI20241107BHJP

   H10N 50/10 20230101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H10N50/01

H10N50/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020158389

(22)【出願日】2020-09-23

(65)【公開番号】P2022052175

(43)【公開日】2022-04-04

【審査請求日】2023-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(72)【発明者】

【氏名】中村 貫人

【審査官】小山 満

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２０３４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０２６７０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１０６５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００１／００２１５３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２７０１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０５６３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３４５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３４６９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１１７３５９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ５０／０１

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ） 酸化処理装置の基板支持部上に基板を載置する工程であり、該基板は、強磁性層と該強磁性層上に設けられたマグネシウム層を有する、該工程と、
（ｂ） 前記マグネシウム層から酸化マグネシウム層を形成するために、前記基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に設定した状態で前記基板に酸素ガスを供給することにより、前記マグネシウム層を酸化させる工程と、
を含む磁気抵抗効果素子の製造方法。

【請求項2】

前記（ｂ）において、前記基板が回転される、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

【請求項3】

（ｃ） 前記（ｂ）の後に、前記基板の温度を上昇させる工程を更に含む、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

【請求項4】

（ｄ） 前記（ｃ）の後に、前記酸化マグネシウム層上に別のマグネシウム層を形成する工程と、
（ｅ） 前記別のマグネシウム層を酸化させるために、前記別のマグネシウム層を有する前記基板に酸素ガスを供給する工程と、
を更に含み、
前記（ｅ）における前記基板の温度は、前記（ｂ）における前記基板の温度よりも高い、
請求項３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

【請求項5】

チャンバと、
前記チャンバ内で基板を支持するように構成された基板支持部と、
１５０ケルビン以下の温度に該基板支持部を冷却するように構成された冷凍機と、
前記チャンバ内に酸素ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
を備え、
強磁性層と該強磁性層上に設けられたマグネシウム層を有する前記基板がその上に載置された前記基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に冷却した状態で、前記ガス供給部から前記チャンバ内に酸素ガスを供給するように構成されている、酸化処理装置。

【請求項6】

前記基板支持部を回転させるように構成された駆動機構を更に備える、請求項５に記載の酸化処理装置。

【請求項7】

複数のプロセスモジュールと、
前記複数のプロセスモジュールに接続された真空チャンバ及び該複数のプロセスモジュールのうち任意の二つのプロセスモジュール間で該真空チャンバを介して基板を搬送するように構成された搬送装置を含む搬送モジュールと、
を備え、
前記複数のプロセスモジュールは、
基板の強磁性層上にマグネシウム層を形成するように構成された成膜装置と、
請求項５又は６に記載の酸化処理装置であり、前記マグネシウム層から酸化マグネシウム層を形成するために、前記基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に設定した状態で前記基板に酸素ガスを供給するように構成された、該酸化処理装置と、
を含む、基板処理システム。

【請求項8】

前記複数のプロセスモジュールは、
前記基板を加熱し、前記酸化マグネシウム層上に別のマグネシウム層を形成し、前記別のマグネシウム層を酸化させるように構成された一つ以上のプロセスモジュールを含み、
前記一つ以上のプロセスモジュールは、前記基板の温度を、前記酸化処理装置における前記基板の温度よりも高い温度に設定するように構成されている、
請求項７に記載の基板処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の例示的実施形態は、磁気抵抗効果素子の製造方法、酸化処理装置、及び基板処理システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

磁気抵抗効果素子が、ハードディスクドライブ又はＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）といったデバイスにおいて利用されている。酸化マグネシウムから形成されたトンネルバリア層を有するトンネル磁気抵抗素子は、高いＭＲ比（磁気抵抗変化率）を示すことが知られている。トンネル磁気抵抗素子では、二つの強磁性層の間にトンネルバリア層が設けられている。

【0003】

磁気抵抗効果素子の製造においては、マグネシウム層が、二つの強磁性層のうち一方の強磁性層を有する基板上に形成される。そして、マグネシウム層が、酸素ガスを用いて酸化される。下記の特許文献１は、磁気抵抗効果素子の酸化マグネシウム層を形成する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１３４５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、酸化マグネシウム層の形成において下地の強磁性層の酸化を抑制する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一つの例示的実施形態において、磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。製造方法は、酸化処理装置の基板支持部上に基板を載置する工程（ａ）を含む。基板は、強磁性層とマグネシウム層を有する。マグネシウム層は、強磁性層上に設けられている。製造方法は、マグネシウム層から酸化マグネシウム層を形成するために、基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に設定した状態で基板に酸素ガスを供給することにより、マグネシウム層を酸化させる工程（ｂ）を更に含む。

【発明の効果】

【0007】

一つの例示的実施形態によれば、酸化マグネシウム層の形成において下地の強磁性層の酸化を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一つの例示的実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の流れ図である。

【図2】磁気抵抗効果素子を含む一例の基板の部分拡大断面図である。

【図3】第１のマグネシウム層の形成後の状態の一例の基板の部分拡大断面図である。

【図4】酸化処理後の状態の一例の基板の部分拡大断面図である。

【図5】第２のマグネシウム層の形成後の状態の一例の基板の部分拡大断面図である。

【図6】酸化処理後の状態の一例の基板の部分拡大断面図である。

【図7】一つの例示的実施形態に係る基板処理システムを示す図である。

【図8】一つの例示的実施形態に係る酸化処理装置を示す図である。

【図9】実験の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

【0010】

一つの例示的実施形態において、磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。製造方法は、酸化処理装置の基板支持部上に基板を載置する工程（ａ）を含む。基板は、強磁性層とマグネシウム層を有する。マグネシウム層は、強磁性層上に設けられている。製造方法は、マグネシウム層から酸化マグネシウム層を形成するために、基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に設定した状態で基板に酸素ガスを供給することにより、マグネシウム層を酸化させる工程（ｂ）を更に含む。

【0011】

上記実施形態の製造方法では、酸素ガスを用いたマグネシウム層の酸化の際に、基板支持部の温度が、１５０ケルビン以下の低温に設定される。したがって、上記実施形態の製造方法では、深さ方向における基板の酸化速度の制御性が高い。故に、上記実施形態の製造方法によれば、マグネシウム層の下地の強磁性層の酸化を抑制することが可能となる。

【0012】

一つの例示的実施形態では、基板が、工程（ｂ）において回転されてもよい。

【0013】

一つの例示的実施形態において、製造方法は、工程（ｂ）の後に、基板の温度を上昇させる工程（ｃ）を更に含んでいてもよい。

【0014】

一つの例示的実施形態において、製造方法は、工程（ｃ）の後に、酸化マグネシウム層上に別のマグネシウム層を形成する工程（ｄ）を更に含んでいてもよい。製造方法は、別のマグネシウム層を酸化させるために、別のマグネシウム層を有する基板に酸素ガスを供給する工程（ｅ）を更に含んでいてもよい。工程（ｅ）における基板の温度は、工程（ｂ）における基板の温度よりも高い。この実施形態によれば、酸化マグネシウム層の結晶性が高められる。

【0015】

別の例示的実施形態において、酸化処理装置が提供される。酸化処理装置は、チャンバ、基板支持部、及び冷凍機を備える。基板支持部は、チャンバ内で基板を支持するように構成されている。冷凍機は、１５０ケルビン以下の温度に基板支持部を冷却するように構成されている。ガス供給部は、チャンバ内に酸素ガスを供給するように構成されている。酸化処理装置は、強磁性層と該強磁性層上に設けられたマグネシウム層を有する基板がその上に載置された基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に冷却した状態で、ガス供給部からチャンバ内に酸素ガスを供給するように構成されている。

【0016】

一つの例示的実施形態において、酸化処理装置は、基板支持部を回転させるように構成された駆動機構を更に備えていてもよい。

【0017】

更に別の例示的実施形態において、基板処理システムが提供される。基板処理システムは、複数のプロセスモジュール及び搬送モジュールを備える。搬送モジュールは、真空チャンバ及び搬送モジュールを含む。真空チャンバは、複数のプロセスモジュールに接続されている。搬送装置は、複数のプロセスモジュールのうち任意の二つのプロセスモジュール間で真空チャンバを介して基板を搬送するように構成されている。複数のプロセスモジュールは、成膜装置及び酸化処理装置を含む。成膜装置は、基板の強磁性層上にマグネシウム層を形成するように構成されている。酸化処理装置は、上述した例示的実施形態のうち何れかの酸化処理装置であり、マグネシウム層から酸化マグネシウム層を形成するために、基板支持部を１５０ケルビン以下の温度に設定した状態で基板に酸素ガスを供給するように構成されている。

【0018】

一つの例示的実施形態において、複数のプロセスモジュールは、基板を加熱し、酸化マグネシウム層上に別のマグネシウム層を形成し、別のマグネシウム層を酸化させるように構成された一つ以上のプロセスモジュールを含んでいてもよい。一つ以上のプロセスモジュールは、基板の温度を、酸化処理装置における基板の温度よりも高い温度に設定するように構成されている。

【0019】

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0020】

図１は、一つの例示的実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の流れ図である。図１に示す製造方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、磁気抵抗効果素子を製造するために実行される。

【0021】

図２は、磁気抵抗効果素子を含む一例の基板の部分拡大断面図である。方法ＭＴは、図２に示す基板Ｗにおける磁気抵抗効果素子の製造に適用され得る。基板Ｗは、ベース領域ＢＲ、下部電極ＬＥ、下地層ＵＬ、反強磁性層ＡＬ、ピン層ＰＬ、スペーサ層ＳＬ、第１の強磁性層ＦＬ１、酸化マグネシウム層ＭＯＬ、第２の強磁性層ＦＬ２、及びキャップ層ＣＬを含む。

【0022】

下部電極ＬＥは、ベース領域ＢＲ上に設けられている。下地層ＵＬは、下部電極ＬＥ上に設けられている。下地層ＵＬは、第１の下地層ＵＬ１及び第２の下地層ＵＬ２を含んでいてもよい。第１の下地層ＵＬ１は、下部電極ＬＥ上に設けられており、例えばＴａから形成されている。第２の下地層ＵＬ２は、第１の下地層ＵＬ１上に設けられており、例えばＲｕから形成されている。反強磁性層ＡＬは、下地層ＵＬ上に設けられている。反強磁性層ＡＬは、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等から形成される。ピン層ＰＬは、反強磁性層ＡＬ上に設けられている。ピン層ＰＬは、ＣｏＦｅ等の強磁性材料から形成されている。スペーサ層ＳＬは、ピン層ＰＬ上に設けられている。スペーサ層ＳＬは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ等から形成されている。

【0023】

第１の強磁性層ＦＬ１は、スペーサ層ＳＬ上に設けられている。第１の強磁性層ＦＬ１は、参照層であり、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢとＣｏＦｅの組合せ等の強磁性材料から形成されている。酸化マグネシウム層ＭＯＬは、第１の強磁性層ＦＬ１上に設けられており、酸化マグネシウムから形成されている。第２の強磁性層ＦＬ２は、酸化マグネシウム層ＭＯＬ上に設けられている。第２の強磁性層ＦＬ２は、記憶層であり、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢとＣｏＦｅの組合せ等の強磁性材料から形成されている。キャップ層ＣＬは、第２の強磁性層ＦＬ２上に設けられている。

【0024】

キャップ層ＣＬは、第１のキャップ層ＣＬ１及び第２のキャップ層ＣＬ２を含んでいてもよい。第１のキャップ層ＣＬ１は、第２の強磁性層ＦＬ２上に設けられている。第２のキャップ層ＣＬ２は、第１のキャップ層ＣＬ１上に設けられている。第１のキャップ層ＣＬ１及び第２のキャップ層ＣＬ２は、基板Ｗのアニール時に下地の層からボロンを吸収し易い材料から形成され得る。例えば、第１のキャップ層ＣＬ１は、Ｔａから形成され、第２のキャップ層ＣＬ２は、Ｒｕから形成される。

【0025】

図１を再び参照する。方法ＭＴは、工程ＳＴ１で開始する。工程ＳＴ１では、下地領域ＵＲ上に下部電極ＬＥ、下地層ＵＬ、反強磁性層ＡＬ、ピン層ＰＬ、及びスペーサ層ＳＬを含む複数の層が形成される。下部電極ＬＥ、下地層ＵＬ、反強磁性層ＡＬ、ピン層ＰＬ、及びスペーサ層ＳＬは、一つ以上の成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0026】

続く工程ＳＴ２では、第１の強磁性層ＦＬ１が、スペーサ層ＳＬ上に形成される。第１の強磁性層ＦＬ１は、成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0027】

続く工程ＳＴ３では、第１のマグネシウム層ＭＬ１（第１のＭｇ層）が、図３に示すように、第１の強磁性層ＦＬ１上に形成される。第１のマグネシウム層ＭＬ１は、マグネシウムから形成される。第１のマグネシウム層ＭＬ１は、成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0028】

続く工程ＳＴａでは、第１のマグネシウム層ＭＬ１を有する基板Ｗ（図３参照）が、酸化処理装置の基板支持部上に準備される。基板Ｗは、基板支持部上に載置されて、基板支持部によって支持される。

【0029】

続く工程ＳＴｂでは、第１のマグネシウム層ＭＬ１の酸化処理が行われる。工程ＳＴｂでは、基板支持部を１５０ケルビン（－１２３．１５℃）以下の温度に設定した状態で、酸素ガスが基板Ｗに供給される。その結果、第１のマグネシウム層ＭＬ１が酸化して、図４に示すように、第１のマグネシウム層ＭＬ１から第１の酸化マグネシウム層ＭＯＬ１が形成される。工程ＳＴｂにおいては、基板支持部が回転されて、基板Ｗがその中心軸線周りに回転されてもよい。

【0030】

続く工程ＳＴｃでは、基板Ｗの温度が上昇される。工程ＳＴｃでは、基板Ｗの温度は、後述する工程ＳＴｄにおいて用いられる成膜装置を用いて、上昇されてもよい。或いは、工程ＳＴｃにおいて、基板Ｗの温度は、工程ＳＴｄにおいて用いられる成膜装置とは別の加熱処理装置を用いて上昇されてもよい。

【0031】

続く工程ＳＴｄでは、別のマグネシウム層、即ち第２のマグネシウム層ＭＬ２（第２のＭｇ層）が、図５に示すように、第１の酸化マグネシウム層ＭＯＬ１上に形成される。第２のマグネシウム層ＭＬ２は、マグネシウムから形成される。第２のマグネシウム層ＭＬ２は、成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0032】

続く工程ＳＴｅでは、第２のマグネシウム層ＭＬ２の酸化処理が行われる。工程ＳＴｅでは、酸素ガスが基板Ｗに供給される。工程ＳＴｅにおける基板Ｗの温度は、工程ＳＴｂにおける基板Ｗの温度よりも高い温度に設定される。工程ＳＴｅにおいて、基板Ｗを支持する基板支持部が回転されて、基板Ｗがその中心軸線周りに回転されてもよい。工程ＳＴｅでは、第２のマグネシウム層ＭＬ２が酸化して、第２のマグネシウム層ＭＬ２から酸化マグネシウム層が形成される。第２のマグネシウム層ＭＬ２から形成される酸化マグネシウム層は、第１の酸化マグネシウム層ＭＯＬ１と共に、図６に示すように、酸化マグネシウム層ＭＯＬを構成する。

【0033】

続く工程ＳＴ４では、第２の強磁性層ＦＬ２が、酸化マグネシウム層ＭＯＬ上に形成される。第２の強磁性層ＦＬ２は、成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0034】

続く工程ＳＴ５では、キャップ層ＣＬが、第２の強磁性層ＦＬ２上に形成される。キャップ層ＣＬは、成膜装置を用いて、例えば物理気相成長法（又はスパッタリング法）により形成される。

【0035】

方法ＭＴでは、酸素ガスを用いた第１のマグネシウム層ＭＬ１の酸化の際に、基板支持部の温度が、１５０ケルビン以下の低温に設定される。したがって、方法ＭＴでは、深さ方向における基板Ｗの酸化速度の制御性が高い。故に、方法ＭＴによれば、第１のマグネシウム層ＭＬ１の下地の第１の強磁性層ＦＬ１の酸化を抑制することが可能となる。かかる方法ＭＴによれば、低い抵抗面積積（ＲＡ）及び高いＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が製造される。

【0036】

また、工程ＳＴｅにおける基板Ｗの温度は、工程ＳＴｂにおける基板Ｗの温度よりも高い。工程ＳＴｅによれば、酸化マグネシウム層ＭＯＬの結晶性が高められる。

【0037】

以下、方法ＭＴにおいて用いられ得る基板処理システムについて説明する。図７は、一つの例示的実施形態に係る基板処理システムを示す図である。図７に示す基板処理システムＰＳは、方法ＭＴにおいて用いられ得る。

【0038】

基板処理システムＰＳは、ロードポートＬＰ１～ＬＰ３、複数の容器ＦＰ、ローダモジュールＬＭ、アライナＡＮ、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６、搬送モジュールＴＭ、及び制御部ＭＣを備えている。なお、基板処理システムＰＳにおけるロードポートの個数、容器の個数、ロードロックモジュールの個数は一つ以上の任意の個数であり得る。また、基板処理システムＰＳにおけるプロセスモジュールの個数は、六つに限定されるものではない。

【0039】

ロードポートＬＰ１～ＬＰ３は、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。複数の容器ＦＰは、ロードポートＬＰ１～ＬＰ３に搭載されている。複数の容器ＦＰの各々は、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）と称される容器であり得る。複数の容器ＦＰの各々は、その内部に基板Ｗを収容するように構成されている。

【0040】

ローダモジュールＬＭは、チャンバを有する。ローダモジュールＬＭのチャンバ内の圧力は、大気圧に設定される。ローダモジュールＬＭは、搬送装置ＬＭＲを有する。搬送装置ＬＭＲは、例えば多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＬＭＲは、ローダモジュールＬＭのチャンバを介して基板Ｗを搬送するように構成されている。搬送装置ＬＭＲは、複数の容器ＦＰの各々とアライナＡＮとの間、アライナＡＮとロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２の各々との間、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２の各々と複数の容器ＦＰの各々との間で、基板Ｗを搬送し得る。アライナＡＮは、ローダモジュールＬＭに接続されている。アライナＡＮは、基板Ｗの位置の調整（位置の較正）を行うように構成されている。

【0041】

ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、ローダモジュールＬＭと搬送モジュールＴＭとの間に設けられている。ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、予備減圧室を提供している。

【0042】

搬送モジュールＴＭは、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々にゲートバルブを介して接続されている。搬送モジュールＴＭは、真空チャンバＴＭＣを有している。真空チャンバＴＭＣは、その内部空間が減圧可能であるように構成されている。搬送モジュールＴＭは、搬送装置ＴＭＲを有している。搬送装置ＴＭＲは、例えば多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＴＭＲは、真空チャンバＴＭＣを介して基板Ｗを搬送するように構成されている。搬送装置ＴＭＲは、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２の各々とプロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６の各々との間、及び、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６のうち任意の二つのプロセスモジュールの間において、基板Ｗを搬送し得る。

【0043】

プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６の各々は、専用の基板処理を行うように構成された装置である。プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６のうち一つのプロセスモジュールは、方法ＭＴの工程ＳＴｂにおいて用いられる酸化処理装置である。プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６のうち他のプロセスモジュールは、一つ以上の成膜装置を含む。プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ６のうち他のプロセスモジュールは、エッチング装置を含んでいてもよい。以下の説明では、基板処理システムＰＳは、プロセスモジュールＰＭ１がエッチング装置であり、プロセスモジュールＰＭ２、ＰＭ３、ＰＭ５、及びＰＭ６が成膜装置であり、プロセスモジュールＰＭ４が酸化処理装置である構成を有するものとする。しかしながら、基板処理システムＰＳは、他の構成を有していてもよい。

【0044】

制御部ＭＣは、基板処理システムＰＳの各部を制御するように構成されている。制御部ＭＣは、プロセッサ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部ＭＣは、記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行し、当該記憶装置に記憶されているレシピデータに基づいて基板処理システムＰＳの各部を制御する。方法ＭＴは、制御部ＭＣによる基板処理システムＰＳの各部の制御により、基板処理システムＰＳにおいて実行され得る。

【0045】

方法ＭＴの工程ＳＴ１では、下地層ＵＬ及び反強磁性層ＡＬが、プロセスモジュールＰＭ２において形成される。プロセスモジュールＰＭ２は、物理気相成長法（又はスパッタリング法）により、下地層ＵＬ及び反強磁性層ＡＬを形成する。

【0046】

工程ＳＴ１では、ピン層ＰＬ及びスペーサ層ＳＬが、プロセスモジュールＰＭ３において形成される。プロセスモジュールＰＭ３は、物理気相成長法（又はスパッタリング法）により、ピン層ＰＬ及びスペーサ層ＳＬを形成する。なお、反強磁性層ＡＬの形成後、ピン層ＰＬの形成前に、基板Ｗは、搬送モジュールＴＭの搬送装置ＴＭＲにより、プロセスモジュールＰＭ２からプロセスモジュールＰＭ３に搬送される。

【0047】

工程ＳＴ２では、第１の強磁性層ＦＬ１が、プロセスモジュールＰＭ３において形成される。工程ＳＴ３では、第１のマグネシウム層ＭＬ１が、プロセスモジュールＰＭ３において形成される。プロセスモジュールＰＭ３は、物理気相成長法（又はスパッタリング法）により、第１の強磁性層ＦＬ１及び第１のマグネシウム層ＭＬ１を形成する。

【0048】

工程ＳＴａでは、基板Ｗは、搬送モジュールＴＭの搬送装置ＴＭＲにより、プロセスモジュールＰＭ３からプロセスモジュールＰＭ４に搬送されて、プロセスモジュールＰＭ４（酸化処理装置）の基板支持部上に準備される。

【0049】

工程ＳＴｂでは、プロセスモジュールＰＭ４は、１５０ケルビン以下の温度に基板支持部を冷却した状態で基板Ｗに酸素ガスを供給する。プロセスモジュールＰＭ４により、第１のマグネシウム層ＭＬ１が酸化され、第１のマグネシウム層ＭＬ１から第１の酸化マグネシウム層ＭＯＬ１が形成される。

【0050】

工程ＳＴｃの実行前に、基板Ｗは、搬送モジュールＴＭの搬送装置ＴＭＲにより、プロセスモジュールＰＭ４からプロセスモジュールＰＭ５に搬送される。工程ＳＴｃでは、プロセスモジュールＰＭ５は、基板Ｗの温度を上昇させる。

【0051】

工程ＳＴｄでは、第２のマグネシウム層ＭＬ２が、プロセスモジュールＰＭ５において形成される。プロセスモジュールＰＭ５は、物理気相成長法（又はスパッタリング法）により、第２のマグネシウム層ＭＬ２を形成する。

【0052】

工程ＳＴｅでは、プロセスモジュールＰＭ５が、基板Ｗに酸素ガスを供給する。プロセスモジュールＰＭ５は、工程ＳＴｅにおける基板Ｗの温度を工程ＳＴｂにおける基板Ｗの温度よりも高い温度に設定する。プロセスモジュールＰＭ５により、第２のマグネシウム層ＭＬ２が酸化され、酸化マグネシウム層ＭＯＬが得られる。なお、工程ＳＴｃ～工程ＳＴｅは、一つのプロセスモジュールではなく、二つ以上のプロセスモジュールを用いて行われてもよい。

【0053】

工程ＳＴ４の実行前に、基板Ｗは、搬送モジュールＴＭの搬送装置ＴＭＲにより、プロセスモジュールＰＭ５からプロセスモジュールＰＭ６に搬送される。工程ＳＴ４では、第２の強磁性層ＦＬ２が、プロセスモジュールＰＭ６において形成される。工程ＳＴ５では、キャップ層ＣＬが、プロセスモジュールＰＭ６において形成される。プロセスモジュールＰＭ６は、物理気相成長法（又はスパッタリング法）により、第２の強磁性層ＦＬ２及びキャップ層ＣＬを形成する。

【0054】

以下、方法ＭＴの工程ＳＴｂにおいて用いられ得る酸化処理装置について説明する。図８は、一つの例示的実施形態に係る酸化処理装置を示す図である。図８に示す酸化処理装置１は、方法ＭＴの工程ＳＴｂにおいて用いられ得る。

【0055】

酸化処理装置１は、チャンバ１０、基板支持機構１２、及びガス供給部１４を備えている。ガス供給部１４は、ガスソース１６からの酸素ガスをチャンバ１０内に導入して、基板Ｗに供給するように構成されている。チャンバ１０には、排気装置１８が接続されている。排気装置１８は、圧力制御器及びターボ分子ポンプ又はトライポンプのような真空ポンプを含んでいる。チャンバ１０内のガスの圧力は、マスフローコントローラーにより調整される。

【0056】

基板支持機構１２は、基板支持部２０を含んでいる。基板支持部２０は、チャンバ１０内に設けられており、その上に載置される基板Ｗを支持するように構成されている。基板支持部２０は、例えば銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料から形成される。基板支持部２０は、静電チャックを含んでいてもよい。静電チャックは、誘電体材料から形成された本体及び当該本体内に設けられた電極２０ｅを含む。電極２０ｅは、配線２０Ｌを介して直流電源に接続されている。直流電源からの電圧が電極２０ｅに印加されると、静電チャックと基板との間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、基板Ｗは、静電チャックに引き付けられて、静電チャックによって保持される。

【0057】

基板支持機構１２は、冷凍機２２を更に含んでいる。基板支持機構１２は、伝熱体２４及び外筒２６を更に含んでいてもよい。冷凍機２２は、伝熱体２４を保持しており、伝熱体２４を介して基板支持部２０を－１５０ケルビン以下の温度に冷却する。冷凍機２２は、ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ－ＭｃＭａｈｏｎ）サイクルを利用するタイプの冷凍機であり得る。

【0058】

伝熱体２４は、冷凍機２２上に配置され、固定されている。伝熱体２４の上部は、チャンバ１０内に配置されている。伝熱体２４は、例えば純銅（Ｃｕ）等の熱伝導性の高い材料から形成されている。伝熱体２４は、略円柱形状を有する。伝熱体２４は、基板支持部２０の中心軸線ＡＸにその中心軸線が一致するように配置されている。伝熱体２４は、その内部において、ガス供給部２４ａを提供している。ガス供給部２４ａは、後述する隙間１２ｇに連通している。ガス供給部２４ａは、冷却ガス（例えば、Ｈｅガス）を隙間１２ｇに供給する。

【0059】

基板支持部２０は、伝熱体２４の上面と基板支持部２０との間に隙間１２ｇが介在するように、配置されている。基板支持部２０は、一つ以上の貫通孔２０ｈを提供している。一つ以上の貫通孔２０ｈは、隙間１２ｇに連通している。隙間１２ｇに供給された冷却ガスは、一つ以上の貫通孔２０ｈを介して、基板支持部２０の上面と基板Ｗの下面との間の隙間に供給される。これにより、基板支持部２０と基板Ｗとの間での熱伝達効率が高められ、基板Ｗが効率的に冷却される。なお、隙間１２ｇは、熱伝導グリースで充填されていてもよい。

【0060】

基板支持部２０の下面は、下方に突出する凸部２０ｐを含んでいる。凸部２０ｐは、略筒形状を有し、中心軸線ＡＸの周りで延在していてもよい。凸部２０ｐは、基板支持部２０の下面の表面積を増加させる。凸部２０ｐの表面は、ブラスト加工等により、粗面化されていてもよい。凸部２０ｐにより、基板支持部２０と伝熱体２４との間の熱伝達効率が高められる。なお、基板支持部２０の下面は、凸部２０ｐのような複数の凸部を有していてもよい。また、基板支持部２０において、静電チャックを含む部分と凸部２０ｐは、一体的に形成されていてもよく、別体として形成されて互いに接合されていてもよい。

【0061】

伝熱体２４の上面は、凹部２４ｒを画成している。凹部２４ｒの数は、基板支持部２０の凸部２０ｐの数と同数である。基板支持部２０の凸部２０ｐは、伝熱体２４の上面と凸部２０ｐとの間に隙間１２ｇが介在するように、凹部２４ｒの中に配置される。凹部２４ｒを画成する伝熱体２４の上面は、ブラスト加工等により、粗面化されていてもよい。凹部２４ｒにより、基板支持部２０と伝熱体２４との間の熱伝達効率が高められる。

【0062】

外筒２６は、伝熱体２４の周囲に設けられている。外筒２６は、伝熱体２４の上部を覆うように中心軸線ＡＸの周りで延在している。外筒２６の上端は、基板支持部２０に固定されている。外筒２６は、円筒部２６ａ及びフランジ部２６ｂを含んでいる。円筒部２６ａ及びフランジ部２６ｂは、例えばステンレス等の金属から形成されている。円筒部２６ａは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。円筒部２６ａは、伝熱体２４の外径よりも僅かに大きい内径を有する。伝熱体２４の上部は、円筒部２６ａの内側に配置されている。フランジ部２６ｂは、円筒部２６ａの下端から径方向において外側に延びている。フランジ部２６ｂは、断熱部材２８上に配置されている。

【0063】

断熱部材２８は、略環形状を有している。断熱部材２８は、中心軸線ＡＸの周りで延在しており、フランジ部２６ｂに固定されている。断熱部材２８は、アルミナのようなセラミックスから形成されている。断熱部材２８は、磁性流体シール３０上に設けられている。

【0064】

磁性流体シール３０は、回転部３０ａ、内側固定部３０ｂ、外側固定部３０ｃ、及び加熱部３０ｄを有する。回転部３０ａは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。回転部３０ａは、断熱部材２８に固定されている。即ち、回転部３０ａは、断熱部材２８を介して外筒２６に接続されている。断熱部材２８により、磁性流体シール３０は、外筒２６から熱的に分離される。したがって、磁性流体シール３０のシール性能の低下、磁性流体シール３０における結露の発生が抑制される。

【0065】

内側固定部３０ｂは、伝熱体２４と回転部３０ａとの間に磁性流体を介して設けられている。内側固定部３０ｂは略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。内側固定部３０ｂの内径は伝熱体２４の外径よりも大きく、内側固定部３０ｂの外径は回転部３０ａの内径よりも小さい。外側固定部３０ｃは、回転部３０ａの外側に磁性流体を介して設けられている。外側固定部３０ｃは略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。外側固定部３０ｃの内径は回転部３０ａの外径よりも大きい。加熱部３０ｄは、内側固定部３０ｂの内部に埋め込まれており、磁性流体シール３０の全体を加熱する。加熱部３０ｄにより、磁性流体シール３０のシール性能の低下、磁性流体シール３０における結露の発生が抑制される。

【0066】

磁性流体シール３０では、回転部３０ａが、気密状態で内側固定部３０ｂ及び外側固定部３０ｃに対して回転可能となっている。回転部３０ａに接続された外筒２６は、磁性流体シール３０により回転可能に支持されている。

【0067】

磁性流体シール３０の外側固定部３０ｃとチャンバ１０の底部との間には、ベローズ３２が設けられている。ベローズ３２は、金属製の蛇腹構造体であり、上下方向に伸縮可能である。ベローズ３２は、伝熱体２４、外筒２６、及び断熱部材２８を囲んでおり、チャンバ１０内の空間とチャンバ１０の外部とを互いから分離している。

【0068】

基板支持機構１２は、スリップリング３４を更に含んでいてもよい。スリップリング３４は、磁性流体シール３０の下に設けられている。スリップリング３４は、金属リングを含む回転体３４ａ及びブラシを含む固定体３４ｂを有する。回転体３４ａは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。回転体３４ａは、磁性流体シール３０の回転部３０ａに固定されている。固定体３４ｂは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。固定体３４ｂは、回転体３４ａの外径よりも僅かに大きい内径を有する。スリップリング３４は、直流電源と電気的に接続されており、直流電源から供給される電力を、固定体３４ｂのブラシ及び回転体３４ａの金属リングを介して、配線２０Ｌに伝達する。スリップリング３４により、配線２０Ｌにねじれを生じさせることなく、電極２０ｅに電圧を印加することが可能となる。スリップリング３４の回転体３４ａは、駆動機構３６に取り付けられている。

【0069】

駆動機構３６は、ダイレクトドライブモータであり、ロータ３６ａ及びステータ３６ｂを有する。ロータ３６ａは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。ロータ３６ａは、スリップリング３４の回転体３４ａに固定されている。ステータ３６ｂは、略円筒形状を有しており、中心軸線ＡＸの周りで延在している。ステータ３６ｂの内径は、ロータ３６ａの外径よりも大きい。ロータ３６ａが回転すると、スリップリング３４の回転体３４ａ、磁性流体シール３０の回転部３０ａ、外筒２６、及び基板支持部２０は、伝熱体２４に対して回転する。

【0070】

基板支持機構１２は、断熱体３８を更に含んでいてもよい。断熱体３８は、冷凍機２２及び伝熱体２４の周囲に設けられている。断熱体３８は、冷凍機２２とロータ３６ａとの間、及び、伝熱体２４の下部とロータ３６ａとの間に配置されている。断熱体３８は、冷凍機２２及び伝熱体２４の各々とロータ３６ａとの間の熱の伝達を抑制する。

【0071】

冷凍機２２及び伝熱体２４の周囲には、ガス供給部４０が設けられていてもよい。ガス供給部４０は、伝熱体２４と外筒２６の間の空間１２Ｓに冷却ガスを供給する。空間１２Ｓに供給される冷却ガスは、隙間１２ｇに供給されるガスとは異なるガスである。空間１２Ｓに供給される冷却ガスは、隙間１２ｇに供給されるガスの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有していてもよい。また、空間１２Ｓに供給される冷却ガスの圧力は、隙間１２ｇに供給されるガスの圧力よりも高くてもよい。空間１２Ｓに供給される冷却ガスは、アルゴン、ネオン等の低沸点ガスであり得る。

【0072】

基板支持機構１２は、伝熱体２４、隙間１２ｇ等の温度を検出するために、一つ以上の温度センサを含んでいてもよい。一つ以上の温度センサは、シリコンダイオード温度センサ、白金抵抗温度センサ等の低温用温度センサであり得る。

【0073】

酸化処理装置１は、昇降機構４２を更に備えていてもよい。昇降機構４２は、基板支持機構１２をチャンバ１０に対して昇降させる。昇降機構４２により、ガス供給部１４と基板支持部２０との間の距離を調整することが可能である。

【0074】

酸化処理装置１は、第１のマグネシウム層ＭＬ１を有する基板Ｗがその上に載置された基板支持部２０を１５０ケルビン以下の温度に冷却した状態で、ガス供給部１４からチャンバ１０内に酸素ガスを供給するように構成されている。したがって、酸化処理装置１によれば、第１のマグネシウム層ＭＬ１の下地の第１の強磁性層ＦＬ１の酸化を抑制することが可能となる。

【0075】

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

【0076】

以下、方法ＭＴの評価のために行った実験について説明する。実験では、方法ＭＴを行って、図２に示す構造と同じ構造を有する複数の磁気抵抗効果素子を作成した。実験では、方法ＭＴの工程ＳＴｂにおける基板支持部の温度として、５０Ｋ（ケルビン）、１５０Ｋ、及び３００Ｋの三種の温度を用いた。即ち、複数の磁気抵抗効果素子の作成では、工程ＳＴｂにおける基板支持部の温度を、５０Ｋ（ケルビン）、１５０Ｋ、及び３００Ｋのうち何れかに設定した。実験では、作成した複数の磁気抵抗効果素子の各々の抵抗面積積（ＲＡ）及びＭＲ比（ＭＲ Ｒａｔｉｏ）を求めた。その結果を、図９に示す。図９に示すように、工程ＳＴｂにおける基板支持部の温度が１５０Ｋ以下の温度である場合には、相当に高いＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得られた。

【0077】

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

【符号の説明】

【0078】

ＰＳ…基板処理システム、ＰＭ１～ＰＭ６…プロセスモジュール、ＴＭ…搬送モジュール、１…酸化処理装置、１０…チャンバ、１４…ガス供給部、２０…基板支持部、２２…冷凍機、Ｗ…基板、ＦＬ１…第１の強磁性層、ＭＬ１…第１のマグネシウム層、ＭＯＬ１…第１の酸化マグネシウム層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】