金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システム
【課題】金属材料の保護性能を向上させた金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムを提供することにある。
【解決手段】制御装置１３が、各チャンバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を駆動制御し、基板１４を磁性層形成チャンバＦ２に搬入して基板１４に磁性層１５を形成する。また、制御装置１３が、基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬送し、斜め入射スパッタ法を用いて磁性層１５の全体にわたりタンタル層１６を被覆する。また、制御装置１３が、基板１４を酸化チャンバＦ４に搬送し、タンタル層１６の表面全体を酸素ラジカルに晒してタンタル層１６を酸化する。
【解決手段】制御装置１３が、各チャンバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を駆動制御し、基板１４を磁性層形成チャンバＦ２に搬入して基板１４に磁性層１５を形成する。また、制御装置１３が、基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬送し、斜め入射スパッタ法を用いて磁性層１５の全体にわたりタンタル層１６を被覆する。また、制御装置１３が、基板１４を酸化チャンバＦ４に搬送し、タンタル層１６の表面全体を酸素ラジカルに晒してタンタル層１６を酸化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の読み取りヘッドやＭＲＡＭ（Magneto resistive Random Access Memory）などの磁気デバイスには、Ｆｅ系合金などからなる磁性層が
備えられている。Ｆｅ系合金などからなる金属薄膜は、大気中に長く放置されたり、水や酸液中に長く浸されたりすると、容易に錆を発生して変質し、金属薄膜が本来有する性質を失ってしまう。
【０００３】
一方、アルミニウムは、アルムニウム自身が酸化して、その表面に酸化アルムニウムからなる不動態層を形成し、大気中や水中においても錆を発生し難い材料となる。また、鉄にニッケルとクロムを添加したステンレス鋼も、表面に不導態層となる極薄のクロム酸化物層を形成し、錆を発生し難い材料となる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、上記磁性層にクロム、ニオブ、タンタル、及びチタンからなる群より選ばれた少なくとも１種類の元素を添加し、磁性層の表面に酸素と結合した非磁性の金属酸化物層を形成する。これによって、磁性層の表面に極薄の不導体層を形成し、磁性層の磁気特性に影響を与えることなく、磁性層を化学的、機械的に保護する。
【特許文献１】特開２００１−１３４９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、磁性層の構成材料の中に不動態層の構成元素を添加させるため、磁性層の構成材料を限定させる必要があり、その適用範囲に限りがあった。また、不導体層の構成元素を磁性層の表面に積極的に偏析させるため、磁性層の構成材料の中に、さらにリン、ホウ素、ケイ素などを添加する。この結果、添加する各種元素の濃度分布にバラツキを招いて不導体層の厚さを制御し難くしていた。さらには、磁性層表面の酸化方法に関して何ら具体的に検討がなされていないため、酸化不足に起因した磁性層の腐食、あるいは過剰酸化に起因した磁気特性の劣化を招く虞があった。
【０００６】
そこで、金属材料を変更することなく、金属薄膜の表面に別途極薄の不動態層を均一に形成できれば、対象となる金属薄膜の範囲を拡張させることができ、不導体層を独立して形成する分だけ、不導体層の膜厚や膜質の制御性を向上させることができる。ひいては、金属材料の特性（例えば、電気的特性、磁気的特性、形状、サイズ、光沢など）の保護性能を向上させることができる。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、金属材料の保護性能を向上させた金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載する金属保護膜の形成方法では、基板に金属層を形成する金属層形成工程と、斜め入射スパッタ法を用いて前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する被覆工程と、リモートプラズマ法を用いて前記タンタル層の表面を酸素ラジカルに晒して前記タンタル層を酸化する酸化工程と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１の構成によれば、タンタルのスパッタ粒子が、金属層の表面に向けて斜め入射する。そのため、金属層の凹凸形状に関わらず、金属層の表面全体にわたりタンタル粒子を付着させることができる。金属層の表面付着するタンタル粒子は、層状成長による成長機構を取るため、金属層の表面全体を均一に被覆する。金属層の表面を被覆するタンタル層は、酸素ラジカルに晒されるため、イオン種などによるダメージを回避して、その表面から膜厚方向に順次酸化して不動態化する。そして、タンタル層の膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すことにより、所望する極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。この際、タンタル層は、酸素との高い親和性によって、金属層の酸化を抑制し、化学的耐性と機械的耐性の高い酸化物を形成する。
【００１０】
これによって、酸化されたタンタル層が金属層への水や酸素の浸入を遮断し、金属層の金属特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持する。したがって、金属層の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、金属材料の保護性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載する金属保護層の形成方法では、前記金属層が、磁性層であることを要旨とする。
請求項２の構成によれば、磁性層の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができ、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載する金属保護層の成膜システムでは、搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、前記基板に金属層を形成する金属層形成チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する斜め入射スパッタチャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源を搭載して前記タンタル層の表面を酸素ラジカルによって酸化する酸化チャンバと、前記搬送系と前記各チャンバを駆動制御して、前記基板を前記金属層形成チャンバに搬入して前記基板に前記金属層を形成する工程と、前記基板を前記斜め入射スパッタチャンバに搬入して前記基板の前記金属層にタンタル層を被覆する工程と、前記基板を前記酸化チャンバに搬入して前記タンタル層を酸化する工程と、を実行する制御装置と、を備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項３の構成によれば、制御装置が斜め入射スパッタチャンバを駆動制御し、タンタルのスパッタ粒子を金属層の表面に向けて斜め入射させる。よって、金属層の凹凸形状に関わらず、金属層の表面全体にわたりタンタル粒子を均一に付着させることができる。また、制御装置が酸化チャンバを駆動制御し、タンタル層を酸素ラジカルに晒す。よって、イオン種などによるダメージを回避した状態で、タンタル層を不動態化させることができる。また、タンタル層の膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すことにより、所望する極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。そして、制御装置が搬送系を駆動制御し、これらの各工程を共通する真空系で実行する。
【００１４】
これによって、酸化されたタンタル層が金属層への水や酸素の浸入を遮断し、金属層の金属特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができる。したがって、金属層の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、金属材料の保護性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載する金属保護膜の成膜システムでは、前記金属層は、磁性層であることを要旨とする。
請求項４の構成によれば、磁性層の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができ、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記したように、本発明によれば、金属材料の保護性能を向上させた金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は、金属保護膜の成膜システムを説明する図である。図２は、上記成膜システムを用いて成膜した金属保護膜を示す断面図である。図３、図４は、それぞれ斜め入射スパッタチャンバと酸化チャンバを説明する図である。
【００１８】
図１において、金属保護膜の成膜システム１０は、移載機１１と、成膜処理装置１２と、制御装置１３と、を備えている。
移載機１１は、複数の基板１４を収容したカセットＣと、カセットＣに収容された基板１４を移載するロボットを搭載し、カセットＣに収容される基板１４を順次成膜処理装置１２に移載する。また、移載機１１は、成膜処理装置１２によって成膜処理の施された基板１４を対応するカセットＣに収容する。図２において、基板１４としては、例えば、金属、半導体、絶縁体、又は誘電体からなるものを用いることができる。あるいは、金属、半導体、絶縁体、又は誘電体からなる下地層を有したシリコン基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００１９】
図１において、成膜処理装置１２には、真空搬送チャンバＦＸが備えられている。真空搬送チャンバＦＸには、ロードチャンバＦＬと、下地処理チャンバＦ１と、金属層形成チャンバとしての磁性層形成チャンバＦ２と、斜め入射スパッタチャンバとしてのタンタル層形成チャンバＦ３と、酸化チャンバＦ４と、が真空搬送チャンバＦＸと連通可能に連結されている。
【００２０】
ロードチャンバＦＬは、複数の基板１４を収容するステージを有し、移載機１１から移載される各基板１４を収容してチャンバ内を所定の圧力まで減圧する。また、ロードチャンバＦＬは、成膜処理の施された各基板１４を収納してチャンバ内を大気開放する。
【００２１】
真空搬送チャンバＦＸは、所定の圧力に減圧された真空チャンバであって、搬送系を構成する搬送ロボットＲＢを搭載する。搬送ロボットＲＢは、ロードチャンバＦＬに収容された各基板１４を真空搬送チャンバＦＸに搬入して各チャンバＦ１〜Ｆ４に搬送する。真空搬送チャンバＦＸは、成膜処理の施された基板１４を順次ロードチャンバＦＬに収納する。
【００２２】
下地処理チャンバＦ１は、基板１４の表面をスパッタするスパッタチャンバであって、基板１４の表面をスパッタ洗浄する。
磁性層形成チャンバＦ２は、基板１４の表面に磁性層１５を形成するためのターゲットを装着したスパッタチャンバであって、ターゲット種に対応した薄膜を成膜する。磁性層形成チャンバＦ２は、１つに限らず、磁性層１５に要する層数分だけ成膜処理装置１２に搭載される構成であってもよい。図２において、磁性層１５としては、単層構造、多層構造、グラニュラ構造などの層構造からなる遷移金属元素を主成分とした磁性材料を用いることができる。磁性材料としては、例えば、Ｆｅ系合金（ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅなど）の強磁性材料、さらにはＦｅ系合金と非磁性材料の充填剤（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３など）を混合したグラニュラ構造膜、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯなどの反強磁性材料などを用いることができる。また、磁性層１５は、非磁性材料からなる非磁性層を含む構造であってもよい。非磁性材料としては、例えば、ＴＭＲ効果を発現するためのＭｇＯ、ＭｇＦ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、積層フェリ層を構成するためのＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄなどを用いることができる。
【００２３】
図１において、タンタル層形成チャンバＦ３は、磁性層１５にタンタル層を積層するチャンバである。図３において、タンタル層形成チャンバＦ３は、真空搬送チャンバＦＸに連結された真空槽（チャンバ本体２１）を有し、真空搬送チャンバＦＸの搬出する基板１４をチャンバ本体２１の内部に搬入する。チャンバ本体２１は、供給配管２２を介してＡｒとＮ２のマスフローコントローラＭＣに連結され、所定流量のＡｒとＮ２が供給される。チャンバ本体２１は、排気配管２３を介してターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなる排気系ＰＵに連結され、チャンバ内の圧力を所定圧力に減圧する。
【００２４】
チャンバ本体２１の内部底面には、基板ホルダ２４が配設されて、搬入した基板１４を載置して位置決め固定する。基板ホルダ２４は、チャンバ本体２１の下側に配設されたホルダモータ２５に駆動連結されて、載置する基板１４の中心軸Ａを回転中心にして基板１４をその周方向（図３の矢印方向）に回転する。基板ホルダ２４の周囲には防着板２６が配設されて、スパッタされたスパッタ粒子のチャンバ内側壁への付着を抑制する。
【００２５】
基板ホルダ２４の斜め上方には、円盤状に形成された一対のタンタルターゲットＴＧが配置されている。各タンタルターゲットＴＧは、中心軸Ａに対して対称に配設されて、その内表面の法線方向を基板１４の法線方向（中心軸Ａ）から所定の角度だけ傾斜させる。各タンタルターゲットＴＧの外側には、導電体からなるバッキングプレート２７が配設されている。各バッキングプレート２７は、それぞれ対応するタンタルターゲットＴＧを支持固定してチャンバ本体２１の上部に取付ける。各バッキングプレート２７は、外部電源に接続されて、対応するタンタルターゲットＴＧに所定の直流電圧を供給する。
【００２６】
各バッキングプレート２７の外側には、それぞれ対応する磁気回路２８が配置されている。各磁気回路２８は、それぞれ対応するタンタルターゲットＴＧの内表面に沿ってマグネトロン磁場を形成する。
【００２７】
各タンタルターゲットＴＧの内側には、一部に開口部２９ａを有するシャッター板２９が配設されている。シャッター板２９及び前記防着板２６はそれぞれ電気的に接地されて、バッキングプレート２７とシャッター板２９及び防着板２６との間に所定の直流電圧を印加する。
【００２８】
基板１４を載置して基板ホルダ２４を回転し、タンタル層形成チャンバＦ３にスパッタガス（ＡｒあるいはＡｒ／Ｎ２）を供給してチャンバ内の圧力を所定の圧力に制御する。次いで、シャッター板２９や防着板２６用のアノード部分と、開口部２９ａに対応するバッキングプレート２７と、の間に直流電圧を印加する。これによって、タンタルターゲットＴＧと対応するシャッター板２９との間に電圧が印加され、この間で高密度のプラズマが生じ、タンタルターゲットＴＧがスパッタされる。スパッタされたタンタル粒子は、タンタルターゲットＴＧの内表面の略法線方向に沿って飛行し、開口部２９ａを介して、回転する基板１４の表面に到達する。すなわち、スパッタされたタンタル粒子は、基板１４の法線方向に対して傾斜する入射方向に沿って基板１４の表面（磁性層１５の表面）に着弾する。磁性層１５の表面に着弾したタンタル粒子は、磁性層１５の表面全体にわたり層状成長し、均一な膜厚からなるタンタル層１６を形成する。
【００２９】
これによって、タンタル層形成チャンバＦ３は、図２に示すように、磁性層１５の凹凸形状に関わらず、磁性層１５の表面全体にわたって極薄（数原子層分：例えば、１〜２ｎｍ）のタンタル層１６を均一に被覆させることができる。
【００３０】
酸化チャンバＦ４は、タンタル層を酸化するチャンバである。図４において、酸化チャンバＦ４は、真空搬送チャンバＦＸに連通可能に連結されたチャンバ本体３１を備えている。チャンバ本体３１は、供給配管３２を介してＡｒとＯ２のマスフローコントローラＭ
Ｃに連結され、所定流量のＡｒとＯ２が供給される。チャンバ本体３１は、排気配管３３を介して排気系ＰＵに連結され、チャンバ内の圧力を所定圧力（例えば、０．１〜１．０Ｐａ）に減圧する。
【００３１】
チャンバ本体３１の内部には、基板ホルダ３４が配設されて、搬入した基板１４を載置して位置決め固定する。チャンバ本体３１の内部には、上下方向に貫通する多数の貫通孔を有したグリッド３５が配設されている。グリッド３５は、チャンバ本体３１の内部空間を上下方向に区画し、上側に広がるプラズマ形成空間３１Ｕと、下側に広がるラジカル照射空間３１Ｌを区画形成する。グリッド３５は、プラズマ形成空間３１Ｕで酸素プラズマが形成されるとき、プラズマ形成空間３１Ｕからラジカル照射空間３１Ｌへのイオン種の通過を抑制し、酸素ラジカルのみをラジカル照射空間３１Ｌに通過させる。
【００３２】
チャンバ本体３１の上側であって基板ホルダ３４の上方には、誘導コイル３６が配設されている。誘導コイル３６は、マッチングボックス３７を介して高周波電源に接続され、所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が供給される。誘導コイル３６は、高周波電源から所定の高周波電力（例えば、３００Ｗ）が供給されるとき、酸素系の誘導結合プラズマ（酸素プラズマ）をプラズマ形成空間３１Ｕに形成する。基板ホルダ３４に保持される基板１４の表面は、プラズマ形成空間３１Ｕに酸素プラズマが形成されるとき、グリッド３５を通過した酸素ラジカルによって酸化される。すなわち、酸化チャンバＦ４は、リモートプラズマ源をプラズマ形成空間３１Ｕに有したリモートプラズマチャンバであって、ラジカル照射空間３１Ｌに載置された基板１４（タンタル層１６）の表面を酸素ラジカルによって酸化する。
【００３３】
基板ホルダ３４に基板１４を載置し、酸化チャンバＦ４に酸化ガス（Ｏ２あるいはＯ２／Ａｒ）を供給してチャンバ内の圧力を所定の圧力に制御する。次いで、誘導コイル３６に高周波電力を供給してプラズマ形成空間３１Ｕに酸素プラズマを形成する。そして、ラジカル照射空間３１Ｌに酸素ラジカルを供給し、磁性層１５の表面を被覆するタンタル層１６をその膜厚（例えば、１〜２ｎｍ）に応じた時間（例えば、１０〜１００秒）だけ酸素ラジカルに晒す。酸素ラジカルに晒されるタンタル層１６は、イオン種などによるダメージを回避し、その表面から膜厚方向に順次酸化されて不動態化する。タンタル層１６のタンタル原子は、酸素との高い親和性によって、磁性層１５の構成原子と酸素との結合を抑制し、供給される酸素ラジカルをタンタル層１６に取り込んで化学的耐性と機械的耐性の高い酸化物を形成する。なお、タンタル層１６を酸素ラジカルに晒す酸化時間は、予め試験等に基づいて設定されて、磁性層１５を酸化させない最長時間に設定されるのが好ましい。
【００３４】
これによって、酸化チャンバＦ４は、磁性層１５の表面全体にわたって均一で極薄の酸化タンタル層を形成させることができ、酸化されたタンタル層１６によって、磁性層１５への水や酸素の浸入を遮断させることができる。この結果、磁性層１５の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢などを保持させることができ、磁性層１５の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、磁性層１５の保護性能を向上させることができる。
【００３５】
図１において、制御装置１３は、各種制御指令を演算するためのＣＰＵや成膜プログラムを格納するためのメモリ、ＣＰＵのワーキングエリアとなるメモリなどを備えている。この制御装置１３には、移載機１１と、成膜処理装置１２が電気的に接続されている。
【００３６】
移載機１１は、搭載するカセットＣ（基板１４）の位置を検出して各基板１４の位置に関する情報（基板位置情報）を生成し、該基板位置情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、移載機１１からの情報に基づいて前記成膜プログラムを実行し、移載機１１に基板１４の移載処理を実施させる。
【００３７】
成膜処理装置１２の各チャンバは、それぞれチャンバの圧力や基板１４の有無を検出してチャンバの状態に関する情報（チャンバ情報）を生成し、該チャンバ情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、各チャンバ情報に基づいて前記成膜プログラムを実行し、各チャンバの各々に成膜処理を実行させる。
【００３８】
真空搬送チャンバＦＸの搬送ロボットＲＢは、搬送アームの手先位置を検出して手先位置に関する情報（手先位置情報）を生成し、該手先位置情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、手先位置情報と、上記各チャンバ情報と、に基づいて、成膜プログラムを実行し、ロードチャンバＦＬが収容する基板１４を、下地処理チャンバＦ１、磁性層形成チャンバＦ２、タンタル層形成チャンバＦ３、酸化チャンバＦ４の順に搬送する。
【００３９】
すなわち、制御装置１３は、まず、ロードチャンバＦＬから搬出された基板１４を下地処理チャンバＦ１に搬入し、下地処理チャンバＦ１で基板１４の表面をスパッタ洗浄する。次いで、制御装置１３は、下地処理チャンバＦ１から磁性層形成チャンバＦ２に基板１４を搬送し、洗浄された基板１４の表面に磁性層１５を形成する（金属層形成工程）。磁性層１５を形成すると、制御装置１３は、磁性層形成チャンバＦ２からタンタル層形成チャンバＦ３に基板１４を搬送し、基板１４（磁性層１５）の表面にタンタル層１６を積層する（被覆工程）。タンタル層１６を積層すると、制御装置１３は、タンタル層形成チャンバＦ３から酸化チャンバＦ４に基板１４を搬送し、予め設定された酸化時間だけ、タンタル層１６の表面に酸化処理を施す（酸化工程）。
【００４０】
次に、実施例を挙げて本発明の効果を説明する。
（実施例）
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１４として用い、基板１４を、下地処理チャンバＦ１及び磁性層形成チャンバＦ２に搬送して、膜厚が５０ｎｍのＦｅ系合金層（Ｃｏ−１０ａｔ％Ｆｅ：磁性層１５）を得た。次に、磁性層１５の形成された基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬送して、膜厚が１ｎｍのタンタル層１６を得た。
【００４１】
次いで、タンタル層１６によって被覆された基板１４（磁性層１５）を酸化チャンバＦ４に搬送し、酸化チャンバＦ４の内部にＡｒ／Ｏ２（Ａｒ：Ｏ２＝３：１）の混合ガスを供給して圧力を０．４Ｐａに調整した。そして、誘導コイル３６に３００Ｗの高周波電力を供給して酸素プラズマを生成し、タンタル層１６の表面を６０秒間だけ酸素ラジカルに晒して実施例の試料を得た。実施例の試料は、酸化されたタンタル層１６の膜厚が１ｎｍと極薄のため、タンタル層１６を有しない状態と略同じ形状、サイズ、色、光沢、平坦性などを呈する。この実施例の試料を所定の時間だけ酸液中に浸漬し、磁性層１５の膜厚を計測した。酸には、０．５規定のシュウ酸液を用いた。
【００４２】
（比較例）
実施例と同じく、シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１４として用い、基板１４を、下地処理チャンバＦ１及び磁性層形成チャンバＦ２に搬送し、膜厚が５０ｎｍのＦｅ系合金層（Ｃｏ−１０ａｔ％Ｆｅ：磁性層１５）を成膜して比較例の試料を得た。そして、比較例の試料を所定の時間だけ酸液中に浸漬し、磁性層１５の膜厚を計測した。酸には、実施例と同じく、０．５規定のシュウ酸液を用いた。
【００４３】
【表１】
表１において、比較例の磁性層１５は、浸漬時間が経過するともに徐々に侵食されて、２０分を経過した後には、磁性層１５の全てが侵食されて消失する。一方、実施例の磁性層１５は、浸漬時間が１２０分を経過した後も、シュウ酸による侵食を発生させることなく、その膜厚を保持し続ける。この結果、実施例のタンタル層１６は、良好な耐食性を発現し、磁性層１５の保護膜として機能することが分かる。
【００４４】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態では、基板１４に磁性層１５を形成し、その後、斜め入射スパッタ法を用いて、磁性層１５の表面に数原子層のタンタル層１６を被覆した。そして、リモートプラズマ法を用いて、タンタル層１６の表面を所定の時間だけ酸素ラジカルに晒し、タンタル層１６のみを酸化して不動態化した。
【００４５】
したがって、磁性層１５の表面の凹凸形状に関わらず、磁性層１５の表面全体にわたってタンタル粒子を付着させることができ、層状成長による成長機構によって、磁性層１５の表面全体にわたり均一なタンタル層１６を被覆させることができる。そして、タンタル層１６をその膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すため、イオン種などによるダメージを回避して、極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。この結果、酸化されたタンタル層１６が磁性層１５への水や酸素の浸入を遮断し、磁性層１５の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができる。よって、磁性層１５の表面に別途均一で極薄の不導体層を形成させる分だけ、磁性材料の構成元素に関わらず、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【００４６】
（２）上記実施形態では、制御装置１３が、各チャンバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を駆動制御し、基板１４を磁性層形成チャンバＦ２に搬入して基板１４に磁性層１５を形成する。また、制御装置１３が、基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬入し、斜め入射スパッタ法を用いて、磁性層１５の全体にわたりタンタル層１６を被覆する。また、制御装置１３が、基板１４を酸化チャンバＦ４に搬入し、タンタル層１６の全体を酸素ラジカルに晒して、タンタル層１６の全体を酸化する。そして、制御装置１３が搬送ロボットＲＢを駆動制御して、これらの各工程を共通する真空系によって実行する。
【００４７】
したがって、制御装置１３の駆動制御によって、所望する膜厚のタンタル層１６を磁性層１５の全体にわたって均一に形成させることができる。また、制御装置１３の駆動制御によって、タンタル層１６の膜厚に応じた処理時間だけ、タンタル層１６を酸素ラジカルに晒すことができる。よって、所望する膜厚の不動態層を、磁性層１５の表面全体にわたり、より確実に形成させることができる。しかも、これらの各工程を共通する真空系で実行させるため、磁性層１５の大気開放に起因した酸化などを確実に回避させることができ
る。
【００４８】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、金属層を磁性層１５に具体化したが、これに限らず、金属層を非磁性金属によって構成してもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、タンタル層形成工程と、酸化工程と、を共通する成膜処理装置１２によって実行する構成にした。これに限らず、タンタル層形成工程と、酸化工程と、をそれぞれ異なる成膜処理装置によって実行する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態の金属保護膜の成膜システムを示す図。
【図２】同じく、金属保護膜を説明する図。
【図３】同じく、タンタル層形成チャンバを説明する図。
【図４】同じく、酸化チャンバを説明する図。
【符号の説明】
【００５１】
ＦＸ…真空搬送チャンバ、Ｆ２…金属層形成チャンバとしての磁性層形成チャンバ、Ｆ３…斜め入射スパッタチャンバとしてのタンタル層形成チャンバ、Ｆ４…酸化チャンバ、１０…成膜システム、１２…成膜システムを構成する成膜処理装置、１３…成膜システムを構成する制御装置、１４…基板、１５…金属層としての磁性層、１６…タンタル層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の読み取りヘッドやＭＲＡＭ（Magneto resistive Random Access Memory）などの磁気デバイスには、Ｆｅ系合金などからなる磁性層が
備えられている。Ｆｅ系合金などからなる金属薄膜は、大気中に長く放置されたり、水や酸液中に長く浸されたりすると、容易に錆を発生して変質し、金属薄膜が本来有する性質を失ってしまう。
【０００３】
一方、アルミニウムは、アルムニウム自身が酸化して、その表面に酸化アルムニウムからなる不動態層を形成し、大気中や水中においても錆を発生し難い材料となる。また、鉄にニッケルとクロムを添加したステンレス鋼も、表面に不導態層となる極薄のクロム酸化物層を形成し、錆を発生し難い材料となる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、上記磁性層にクロム、ニオブ、タンタル、及びチタンからなる群より選ばれた少なくとも１種類の元素を添加し、磁性層の表面に酸素と結合した非磁性の金属酸化物層を形成する。これによって、磁性層の表面に極薄の不導体層を形成し、磁性層の磁気特性に影響を与えることなく、磁性層を化学的、機械的に保護する。
【特許文献１】特開２００１−１３４９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、磁性層の構成材料の中に不動態層の構成元素を添加させるため、磁性層の構成材料を限定させる必要があり、その適用範囲に限りがあった。また、不導体層の構成元素を磁性層の表面に積極的に偏析させるため、磁性層の構成材料の中に、さらにリン、ホウ素、ケイ素などを添加する。この結果、添加する各種元素の濃度分布にバラツキを招いて不導体層の厚さを制御し難くしていた。さらには、磁性層表面の酸化方法に関して何ら具体的に検討がなされていないため、酸化不足に起因した磁性層の腐食、あるいは過剰酸化に起因した磁気特性の劣化を招く虞があった。
【０００６】
そこで、金属材料を変更することなく、金属薄膜の表面に別途極薄の不動態層を均一に形成できれば、対象となる金属薄膜の範囲を拡張させることができ、不導体層を独立して形成する分だけ、不導体層の膜厚や膜質の制御性を向上させることができる。ひいては、金属材料の特性（例えば、電気的特性、磁気的特性、形状、サイズ、光沢など）の保護性能を向上させることができる。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、金属材料の保護性能を向上させた金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載する金属保護膜の形成方法では、基板に金属層を形成する金属層形成工程と、斜め入射スパッタ法を用いて前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する被覆工程と、リモートプラズマ法を用いて前記タンタル層の表面を酸素ラジカルに晒して前記タンタル層を酸化する酸化工程と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１の構成によれば、タンタルのスパッタ粒子が、金属層の表面に向けて斜め入射する。そのため、金属層の凹凸形状に関わらず、金属層の表面全体にわたりタンタル粒子を付着させることができる。金属層の表面付着するタンタル粒子は、層状成長による成長機構を取るため、金属層の表面全体を均一に被覆する。金属層の表面を被覆するタンタル層は、酸素ラジカルに晒されるため、イオン種などによるダメージを回避して、その表面から膜厚方向に順次酸化して不動態化する。そして、タンタル層の膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すことにより、所望する極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。この際、タンタル層は、酸素との高い親和性によって、金属層の酸化を抑制し、化学的耐性と機械的耐性の高い酸化物を形成する。
【００１０】
これによって、酸化されたタンタル層が金属層への水や酸素の浸入を遮断し、金属層の金属特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持する。したがって、金属層の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、金属材料の保護性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載する金属保護層の形成方法では、前記金属層が、磁性層であることを要旨とする。
請求項２の構成によれば、磁性層の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができ、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載する金属保護層の成膜システムでは、搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、前記基板に金属層を形成する金属層形成チャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する斜め入射スパッタチャンバと、前記真空搬送チャンバに連結し、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源を搭載して前記タンタル層の表面を酸素ラジカルによって酸化する酸化チャンバと、前記搬送系と前記各チャンバを駆動制御して、前記基板を前記金属層形成チャンバに搬入して前記基板に前記金属層を形成する工程と、前記基板を前記斜め入射スパッタチャンバに搬入して前記基板の前記金属層にタンタル層を被覆する工程と、前記基板を前記酸化チャンバに搬入して前記タンタル層を酸化する工程と、を実行する制御装置と、を備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項３の構成によれば、制御装置が斜め入射スパッタチャンバを駆動制御し、タンタルのスパッタ粒子を金属層の表面に向けて斜め入射させる。よって、金属層の凹凸形状に関わらず、金属層の表面全体にわたりタンタル粒子を均一に付着させることができる。また、制御装置が酸化チャンバを駆動制御し、タンタル層を酸素ラジカルに晒す。よって、イオン種などによるダメージを回避した状態で、タンタル層を不動態化させることができる。また、タンタル層の膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すことにより、所望する極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。そして、制御装置が搬送系を駆動制御し、これらの各工程を共通する真空系で実行する。
【００１４】
これによって、酸化されたタンタル層が金属層への水や酸素の浸入を遮断し、金属層の金属特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができる。したがって、金属層の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、金属材料の保護性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載する金属保護膜の成膜システムでは、前記金属層は、磁性層であることを要旨とする。
請求項４の構成によれば、磁性層の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができ、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記したように、本発明によれば、金属材料の保護性能を向上させた金属保護膜の形成方法及び金属保護膜の成膜システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は、金属保護膜の成膜システムを説明する図である。図２は、上記成膜システムを用いて成膜した金属保護膜を示す断面図である。図３、図４は、それぞれ斜め入射スパッタチャンバと酸化チャンバを説明する図である。
【００１８】
図１において、金属保護膜の成膜システム１０は、移載機１１と、成膜処理装置１２と、制御装置１３と、を備えている。
移載機１１は、複数の基板１４を収容したカセットＣと、カセットＣに収容された基板１４を移載するロボットを搭載し、カセットＣに収容される基板１４を順次成膜処理装置１２に移載する。また、移載機１１は、成膜処理装置１２によって成膜処理の施された基板１４を対応するカセットＣに収容する。図２において、基板１４としては、例えば、金属、半導体、絶縁体、又は誘電体からなるものを用いることができる。あるいは、金属、半導体、絶縁体、又は誘電体からなる下地層を有したシリコン基板やガラス基板などを用いてもよい。
【００１９】
図１において、成膜処理装置１２には、真空搬送チャンバＦＸが備えられている。真空搬送チャンバＦＸには、ロードチャンバＦＬと、下地処理チャンバＦ１と、金属層形成チャンバとしての磁性層形成チャンバＦ２と、斜め入射スパッタチャンバとしてのタンタル層形成チャンバＦ３と、酸化チャンバＦ４と、が真空搬送チャンバＦＸと連通可能に連結されている。
【００２０】
ロードチャンバＦＬは、複数の基板１４を収容するステージを有し、移載機１１から移載される各基板１４を収容してチャンバ内を所定の圧力まで減圧する。また、ロードチャンバＦＬは、成膜処理の施された各基板１４を収納してチャンバ内を大気開放する。
【００２１】
真空搬送チャンバＦＸは、所定の圧力に減圧された真空チャンバであって、搬送系を構成する搬送ロボットＲＢを搭載する。搬送ロボットＲＢは、ロードチャンバＦＬに収容された各基板１４を真空搬送チャンバＦＸに搬入して各チャンバＦ１〜Ｆ４に搬送する。真空搬送チャンバＦＸは、成膜処理の施された基板１４を順次ロードチャンバＦＬに収納する。
【００２２】
下地処理チャンバＦ１は、基板１４の表面をスパッタするスパッタチャンバであって、基板１４の表面をスパッタ洗浄する。
磁性層形成チャンバＦ２は、基板１４の表面に磁性層１５を形成するためのターゲットを装着したスパッタチャンバであって、ターゲット種に対応した薄膜を成膜する。磁性層形成チャンバＦ２は、１つに限らず、磁性層１５に要する層数分だけ成膜処理装置１２に搭載される構成であってもよい。図２において、磁性層１５としては、単層構造、多層構造、グラニュラ構造などの層構造からなる遷移金属元素を主成分とした磁性材料を用いることができる。磁性材料としては、例えば、Ｆｅ系合金（ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅなど）の強磁性材料、さらにはＦｅ系合金と非磁性材料の充填剤（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３など）を混合したグラニュラ構造膜、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯなどの反強磁性材料などを用いることができる。また、磁性層１５は、非磁性材料からなる非磁性層を含む構造であってもよい。非磁性材料としては、例えば、ＴＭＲ効果を発現するためのＭｇＯ、ＭｇＦ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、積層フェリ層を構成するためのＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄなどを用いることができる。
【００２３】
図１において、タンタル層形成チャンバＦ３は、磁性層１５にタンタル層を積層するチャンバである。図３において、タンタル層形成チャンバＦ３は、真空搬送チャンバＦＸに連結された真空槽（チャンバ本体２１）を有し、真空搬送チャンバＦＸの搬出する基板１４をチャンバ本体２１の内部に搬入する。チャンバ本体２１は、供給配管２２を介してＡｒとＮ２のマスフローコントローラＭＣに連結され、所定流量のＡｒとＮ２が供給される。チャンバ本体２１は、排気配管２３を介してターボ分子ポンプやロータリポンプなどからなる排気系ＰＵに連結され、チャンバ内の圧力を所定圧力に減圧する。
【００２４】
チャンバ本体２１の内部底面には、基板ホルダ２４が配設されて、搬入した基板１４を載置して位置決め固定する。基板ホルダ２４は、チャンバ本体２１の下側に配設されたホルダモータ２５に駆動連結されて、載置する基板１４の中心軸Ａを回転中心にして基板１４をその周方向（図３の矢印方向）に回転する。基板ホルダ２４の周囲には防着板２６が配設されて、スパッタされたスパッタ粒子のチャンバ内側壁への付着を抑制する。
【００２５】
基板ホルダ２４の斜め上方には、円盤状に形成された一対のタンタルターゲットＴＧが配置されている。各タンタルターゲットＴＧは、中心軸Ａに対して対称に配設されて、その内表面の法線方向を基板１４の法線方向（中心軸Ａ）から所定の角度だけ傾斜させる。各タンタルターゲットＴＧの外側には、導電体からなるバッキングプレート２７が配設されている。各バッキングプレート２７は、それぞれ対応するタンタルターゲットＴＧを支持固定してチャンバ本体２１の上部に取付ける。各バッキングプレート２７は、外部電源に接続されて、対応するタンタルターゲットＴＧに所定の直流電圧を供給する。
【００２６】
各バッキングプレート２７の外側には、それぞれ対応する磁気回路２８が配置されている。各磁気回路２８は、それぞれ対応するタンタルターゲットＴＧの内表面に沿ってマグネトロン磁場を形成する。
【００２７】
各タンタルターゲットＴＧの内側には、一部に開口部２９ａを有するシャッター板２９が配設されている。シャッター板２９及び前記防着板２６はそれぞれ電気的に接地されて、バッキングプレート２７とシャッター板２９及び防着板２６との間に所定の直流電圧を印加する。
【００２８】
基板１４を載置して基板ホルダ２４を回転し、タンタル層形成チャンバＦ３にスパッタガス（ＡｒあるいはＡｒ／Ｎ２）を供給してチャンバ内の圧力を所定の圧力に制御する。次いで、シャッター板２９や防着板２６用のアノード部分と、開口部２９ａに対応するバッキングプレート２７と、の間に直流電圧を印加する。これによって、タンタルターゲットＴＧと対応するシャッター板２９との間に電圧が印加され、この間で高密度のプラズマが生じ、タンタルターゲットＴＧがスパッタされる。スパッタされたタンタル粒子は、タンタルターゲットＴＧの内表面の略法線方向に沿って飛行し、開口部２９ａを介して、回転する基板１４の表面に到達する。すなわち、スパッタされたタンタル粒子は、基板１４の法線方向に対して傾斜する入射方向に沿って基板１４の表面（磁性層１５の表面）に着弾する。磁性層１５の表面に着弾したタンタル粒子は、磁性層１５の表面全体にわたり層状成長し、均一な膜厚からなるタンタル層１６を形成する。
【００２９】
これによって、タンタル層形成チャンバＦ３は、図２に示すように、磁性層１５の凹凸形状に関わらず、磁性層１５の表面全体にわたって極薄（数原子層分：例えば、１〜２ｎｍ）のタンタル層１６を均一に被覆させることができる。
【００３０】
酸化チャンバＦ４は、タンタル層を酸化するチャンバである。図４において、酸化チャンバＦ４は、真空搬送チャンバＦＸに連通可能に連結されたチャンバ本体３１を備えている。チャンバ本体３１は、供給配管３２を介してＡｒとＯ２のマスフローコントローラＭ
Ｃに連結され、所定流量のＡｒとＯ２が供給される。チャンバ本体３１は、排気配管３３を介して排気系ＰＵに連結され、チャンバ内の圧力を所定圧力（例えば、０．１〜１．０Ｐａ）に減圧する。
【００３１】
チャンバ本体３１の内部には、基板ホルダ３４が配設されて、搬入した基板１４を載置して位置決め固定する。チャンバ本体３１の内部には、上下方向に貫通する多数の貫通孔を有したグリッド３５が配設されている。グリッド３５は、チャンバ本体３１の内部空間を上下方向に区画し、上側に広がるプラズマ形成空間３１Ｕと、下側に広がるラジカル照射空間３１Ｌを区画形成する。グリッド３５は、プラズマ形成空間３１Ｕで酸素プラズマが形成されるとき、プラズマ形成空間３１Ｕからラジカル照射空間３１Ｌへのイオン種の通過を抑制し、酸素ラジカルのみをラジカル照射空間３１Ｌに通過させる。
【００３２】
チャンバ本体３１の上側であって基板ホルダ３４の上方には、誘導コイル３６が配設されている。誘導コイル３６は、マッチングボックス３７を介して高周波電源に接続され、所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が供給される。誘導コイル３６は、高周波電源から所定の高周波電力（例えば、３００Ｗ）が供給されるとき、酸素系の誘導結合プラズマ（酸素プラズマ）をプラズマ形成空間３１Ｕに形成する。基板ホルダ３４に保持される基板１４の表面は、プラズマ形成空間３１Ｕに酸素プラズマが形成されるとき、グリッド３５を通過した酸素ラジカルによって酸化される。すなわち、酸化チャンバＦ４は、リモートプラズマ源をプラズマ形成空間３１Ｕに有したリモートプラズマチャンバであって、ラジカル照射空間３１Ｌに載置された基板１４（タンタル層１６）の表面を酸素ラジカルによって酸化する。
【００３３】
基板ホルダ３４に基板１４を載置し、酸化チャンバＦ４に酸化ガス（Ｏ２あるいはＯ２／Ａｒ）を供給してチャンバ内の圧力を所定の圧力に制御する。次いで、誘導コイル３６に高周波電力を供給してプラズマ形成空間３１Ｕに酸素プラズマを形成する。そして、ラジカル照射空間３１Ｌに酸素ラジカルを供給し、磁性層１５の表面を被覆するタンタル層１６をその膜厚（例えば、１〜２ｎｍ）に応じた時間（例えば、１０〜１００秒）だけ酸素ラジカルに晒す。酸素ラジカルに晒されるタンタル層１６は、イオン種などによるダメージを回避し、その表面から膜厚方向に順次酸化されて不動態化する。タンタル層１６のタンタル原子は、酸素との高い親和性によって、磁性層１５の構成原子と酸素との結合を抑制し、供給される酸素ラジカルをタンタル層１６に取り込んで化学的耐性と機械的耐性の高い酸化物を形成する。なお、タンタル層１６を酸素ラジカルに晒す酸化時間は、予め試験等に基づいて設定されて、磁性層１５を酸化させない最長時間に設定されるのが好ましい。
【００３４】
これによって、酸化チャンバＦ４は、磁性層１５の表面全体にわたって均一で極薄の酸化タンタル層を形成させることができ、酸化されたタンタル層１６によって、磁性層１５への水や酸素の浸入を遮断させることができる。この結果、磁性層１５の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢などを保持させることができ、磁性層１５の表面に別途均一な不導体層を形成する分だけ、磁性層１５の保護性能を向上させることができる。
【００３５】
図１において、制御装置１３は、各種制御指令を演算するためのＣＰＵや成膜プログラムを格納するためのメモリ、ＣＰＵのワーキングエリアとなるメモリなどを備えている。この制御装置１３には、移載機１１と、成膜処理装置１２が電気的に接続されている。
【００３６】
移載機１１は、搭載するカセットＣ（基板１４）の位置を検出して各基板１４の位置に関する情報（基板位置情報）を生成し、該基板位置情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、移載機１１からの情報に基づいて前記成膜プログラムを実行し、移載機１１に基板１４の移載処理を実施させる。
【００３７】
成膜処理装置１２の各チャンバは、それぞれチャンバの圧力や基板１４の有無を検出してチャンバの状態に関する情報（チャンバ情報）を生成し、該チャンバ情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、各チャンバ情報に基づいて前記成膜プログラムを実行し、各チャンバの各々に成膜処理を実行させる。
【００３８】
真空搬送チャンバＦＸの搬送ロボットＲＢは、搬送アームの手先位置を検出して手先位置に関する情報（手先位置情報）を生成し、該手先位置情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、手先位置情報と、上記各チャンバ情報と、に基づいて、成膜プログラムを実行し、ロードチャンバＦＬが収容する基板１４を、下地処理チャンバＦ１、磁性層形成チャンバＦ２、タンタル層形成チャンバＦ３、酸化チャンバＦ４の順に搬送する。
【００３９】
すなわち、制御装置１３は、まず、ロードチャンバＦＬから搬出された基板１４を下地処理チャンバＦ１に搬入し、下地処理チャンバＦ１で基板１４の表面をスパッタ洗浄する。次いで、制御装置１３は、下地処理チャンバＦ１から磁性層形成チャンバＦ２に基板１４を搬送し、洗浄された基板１４の表面に磁性層１５を形成する（金属層形成工程）。磁性層１５を形成すると、制御装置１３は、磁性層形成チャンバＦ２からタンタル層形成チャンバＦ３に基板１４を搬送し、基板１４（磁性層１５）の表面にタンタル層１６を積層する（被覆工程）。タンタル層１６を積層すると、制御装置１３は、タンタル層形成チャンバＦ３から酸化チャンバＦ４に基板１４を搬送し、予め設定された酸化時間だけ、タンタル層１６の表面に酸化処理を施す（酸化工程）。
【００４０】
次に、実施例を挙げて本発明の効果を説明する。
（実施例）
シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１４として用い、基板１４を、下地処理チャンバＦ１及び磁性層形成チャンバＦ２に搬送して、膜厚が５０ｎｍのＦｅ系合金層（Ｃｏ−１０ａｔ％Ｆｅ：磁性層１５）を得た。次に、磁性層１５の形成された基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬送して、膜厚が１ｎｍのタンタル層１６を得た。
【００４１】
次いで、タンタル層１６によって被覆された基板１４（磁性層１５）を酸化チャンバＦ４に搬送し、酸化チャンバＦ４の内部にＡｒ／Ｏ２（Ａｒ：Ｏ２＝３：１）の混合ガスを供給して圧力を０．４Ｐａに調整した。そして、誘導コイル３６に３００Ｗの高周波電力を供給して酸素プラズマを生成し、タンタル層１６の表面を６０秒間だけ酸素ラジカルに晒して実施例の試料を得た。実施例の試料は、酸化されたタンタル層１６の膜厚が１ｎｍと極薄のため、タンタル層１６を有しない状態と略同じ形状、サイズ、色、光沢、平坦性などを呈する。この実施例の試料を所定の時間だけ酸液中に浸漬し、磁性層１５の膜厚を計測した。酸には、０．５規定のシュウ酸液を用いた。
【００４２】
（比較例）
実施例と同じく、シリコン酸化膜を有したシリコン基板を基板１４として用い、基板１４を、下地処理チャンバＦ１及び磁性層形成チャンバＦ２に搬送し、膜厚が５０ｎｍのＦｅ系合金層（Ｃｏ−１０ａｔ％Ｆｅ：磁性層１５）を成膜して比較例の試料を得た。そして、比較例の試料を所定の時間だけ酸液中に浸漬し、磁性層１５の膜厚を計測した。酸には、実施例と同じく、０．５規定のシュウ酸液を用いた。
【００４３】
【表１】
表１において、比較例の磁性層１５は、浸漬時間が経過するともに徐々に侵食されて、２０分を経過した後には、磁性層１５の全てが侵食されて消失する。一方、実施例の磁性層１５は、浸漬時間が１２０分を経過した後も、シュウ酸による侵食を発生させることなく、その膜厚を保持し続ける。この結果、実施例のタンタル層１６は、良好な耐食性を発現し、磁性層１５の保護膜として機能することが分かる。
【００４４】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態では、基板１４に磁性層１５を形成し、その後、斜め入射スパッタ法を用いて、磁性層１５の表面に数原子層のタンタル層１６を被覆した。そして、リモートプラズマ法を用いて、タンタル層１６の表面を所定の時間だけ酸素ラジカルに晒し、タンタル層１６のみを酸化して不動態化した。
【００４５】
したがって、磁性層１５の表面の凹凸形状に関わらず、磁性層１５の表面全体にわたってタンタル粒子を付着させることができ、層状成長による成長機構によって、磁性層１５の表面全体にわたり均一なタンタル層１６を被覆させることができる。そして、タンタル層１６をその膜厚に応じた時間だけ酸素ラジカルに晒すため、イオン種などによるダメージを回避して、極薄の均一な酸化タンタル層、すなわち不導体層を形成させることができる。この結果、酸化されたタンタル層１６が磁性層１５への水や酸素の浸入を遮断し、磁性層１５の磁気特性や形状、サイズ、色彩、光沢を保持させることができる。よって、磁性層１５の表面に別途均一で極薄の不導体層を形成させる分だけ、磁性材料の構成元素に関わらず、磁性材料の保護性能を向上させることができる。
【００４６】
（２）上記実施形態では、制御装置１３が、各チャンバＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を駆動制御し、基板１４を磁性層形成チャンバＦ２に搬入して基板１４に磁性層１５を形成する。また、制御装置１３が、基板１４をタンタル層形成チャンバＦ３に搬入し、斜め入射スパッタ法を用いて、磁性層１５の全体にわたりタンタル層１６を被覆する。また、制御装置１３が、基板１４を酸化チャンバＦ４に搬入し、タンタル層１６の全体を酸素ラジカルに晒して、タンタル層１６の全体を酸化する。そして、制御装置１３が搬送ロボットＲＢを駆動制御して、これらの各工程を共通する真空系によって実行する。
【００４７】
したがって、制御装置１３の駆動制御によって、所望する膜厚のタンタル層１６を磁性層１５の全体にわたって均一に形成させることができる。また、制御装置１３の駆動制御によって、タンタル層１６の膜厚に応じた処理時間だけ、タンタル層１６を酸素ラジカルに晒すことができる。よって、所望する膜厚の不動態層を、磁性層１５の表面全体にわたり、より確実に形成させることができる。しかも、これらの各工程を共通する真空系で実行させるため、磁性層１５の大気開放に起因した酸化などを確実に回避させることができ
る。
【００４８】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、金属層を磁性層１５に具体化したが、これに限らず、金属層を非磁性金属によって構成してもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、タンタル層形成工程と、酸化工程と、を共通する成膜処理装置１２によって実行する構成にした。これに限らず、タンタル層形成工程と、酸化工程と、をそれぞれ異なる成膜処理装置によって実行する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態の金属保護膜の成膜システムを示す図。
【図２】同じく、金属保護膜を説明する図。
【図３】同じく、タンタル層形成チャンバを説明する図。
【図４】同じく、酸化チャンバを説明する図。
【符号の説明】
【００５１】
ＦＸ…真空搬送チャンバ、Ｆ２…金属層形成チャンバとしての磁性層形成チャンバ、Ｆ３…斜め入射スパッタチャンバとしてのタンタル層形成チャンバ、Ｆ４…酸化チャンバ、１０…成膜システム、１２…成膜システムを構成する成膜処理装置、１３…成膜システムを構成する制御装置、１４…基板、１５…金属層としての磁性層、１６…タンタル層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に金属層を形成する金属層形成工程と、
斜め入射スパッタ法を用いて前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する被覆工程と、
リモートプラズマ法を用いて前記タンタル層の表面を酸素ラジカルに晒して前記タンタル層を酸化する酸化工程と、
を備えたことを特徴とする金属保護膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載する金属保護膜の形成方法において、
前記金属層は、磁性層であることを特徴とする金属保護膜の形成方法。
【請求項３】
搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、前記基板に金属層を形成する金属層形成チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する斜め入射スパッタチャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源を搭載して前記タンタル層の表面を酸素ラジカルによって酸化する酸化チャンバと、
前記搬送系と前記各チャンバを駆動制御し、前記基板を前記金属層形成チャンバに搬入して前記基板に前記金属層を形成する工程と、前記基板を前記斜め入射スパッタチャンバに搬入して前記基板の前記金属層にタンタル層を被覆する工程と、前記基板を前記酸化チャンバに搬入して前記タンタル層を酸化する工程と、を実行する制御装置と、
を備えたことを特徴とする金属保護膜の成膜システム。
【請求項４】
請求項３に記載する金属保護膜の成膜システムにおいて、
前記金属層は、磁性層であることを特徴とする金属保護膜の成膜システム。
【請求項１】
基板に金属層を形成する金属層形成工程と、
斜め入射スパッタ法を用いて前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する被覆工程と、
リモートプラズマ法を用いて前記タンタル層の表面を酸素ラジカルに晒して前記タンタル層を酸化する酸化工程と、
を備えたことを特徴とする金属保護膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載する金属保護膜の形成方法において、
前記金属層は、磁性層であることを特徴とする金属保護膜の形成方法。
【請求項３】
搬送系を有して基板を搬送する真空搬送チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、前記基板に金属層を形成する金属層形成チャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、前記金属層に数原子層のタンタル層を被覆する斜め入射スパッタチャンバと、
前記真空搬送チャンバに連結し、酸素ラジカルを生成するリモートプラズマ源を搭載して前記タンタル層の表面を酸素ラジカルによって酸化する酸化チャンバと、
前記搬送系と前記各チャンバを駆動制御し、前記基板を前記金属層形成チャンバに搬入して前記基板に前記金属層を形成する工程と、前記基板を前記斜め入射スパッタチャンバに搬入して前記基板の前記金属層にタンタル層を被覆する工程と、前記基板を前記酸化チャンバに搬入して前記タンタル層を酸化する工程と、を実行する制御装置と、
を備えたことを特徴とする金属保護膜の成膜システム。
【請求項４】
請求項３に記載する金属保護膜の成膜システムにおいて、
前記金属層は、磁性層であることを特徴とする金属保護膜の成膜システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１０３０２６（Ｐ２００８−１０３０２６Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８４９６３（Ｐ２００６−２８４９６３）
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]