[发明专利]真空加热/冷却装置及磁阻元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在真空中高速加热/冷却半导体器件、电子器件、磁性器件、显示器件等的真空加热/冷却装置以及磁阻元件的制造方法。

背景技术

具有氧化镁隧道阻挡层的用作磁性随机存取存储器(MRAM)的传感器元件或者磁头的隧道磁阻元件形成金属膜(磁性膜和非磁性膜)和绝缘体膜以多层形式被层叠(laminate)的结构。这种磁阻元件是通过具有良好生产性的溅射法成膜的，然后，在其他装置(磁场中的热处理炉)中在施加1特斯拉(tesla)以上的高磁场的状态下实施热处理(参见非专利文献1)。作为氧化镁隧道阻挡层的形成方法，已公开了如下方法：通过RF溅射氧化镁靶的直接溅射成膜方法(参见专利文献1)，通过反应性溅射法在氧气氛中形成金属镁膜，并且在形成金属镁膜之后在最后阶段施加氧化处理的方法(参见专利文献2)；在形成金属镁膜之后施加氧化处理，然后在最后阶段再次形成金属镁膜的方法(参见专利文献3)；在形成金属镁膜之后施加氧化处理，并且经受热处理，然后再次形成金属镁膜以及再次经受热处理(参见专利文献4)等。

作为更高质量氧化镁隧道阻挡层的形成方法，如非专利文献2中公开的，已知如下方法：在通过RF溅射法使氧化镁靶直接经受溅射成膜之后立即在将基板保持在真空的同时用红外线照射基板并且促进氧化镁膜的结晶化。

作为在真空中高速加热基板的方法，在形成半导体元件的步骤中，如专利文献5公开的，已知如下方法：经由诸如O形环等真空密封构件透过加热光的窗被设置在真空室中，并且被保持在真空室中的基板由配置在大气侧并且放射辐射热的放射能量源加热，该放射能量源例如为红外线灯等。

此外，作为急速地冷却被加热的基板的方法，如专利文献6中公开的，已知通过将基板移到与加热室相邻并且与加热室热隔离的室来冷却基板的方法。在该方法的冷却方法中，设计出通过直接将基板放置在被冷却的基板支撑台上，并且通过热传递急速地冷却所述基板。作为在基板留在加热室而未移动到冷却室的状态下冷却基板的方法，如专利文献7中公开的，已知将冷却气体导入到加热室利用气体的对流来进行冷却的方法。在该方法中，公开了通过在加热之后在放射能量源和基板之间插入用于切断来自放射能量源的余热的遮避板来提高冷却效率的思想。

作为进一步提高冷却效率的方法，如专利文献8中公开的，已知使用设置有冷却源和固定于作为加热室的同一空间内的可移动冷却板的热处理装置的方法。在专利文献8中公开的方法中，可移动的冷却板被配置并且被冷却以便在加热基板过程中与冷却源接触。接着，在完成基板的加热之后，可移动的冷却板与冷却源分离并且与基板接触，使得通过基板与可移动的冷却板之间的热传递来实现冷却。

作为在作为加热室的同一空间中冷却基板的另一方法，专利文献9公开了通过使可移动的冷却源与装有加热抵抗体(heating resistor body)的基板支撑台接触来间接地冷却基板的方法。此外，在专利文献10和11中，公开了通过使基板支撑台与加热源或者冷却源接触来加热或者冷却基板的类似方法。

在专利文献11中，基板支撑台本身已具有加热和冷却功能以及用于提高加热和冷却效率的静电吸附功能，而且该具有静电吸附功能的基板支撑台还具有刻在与基板的背面接触的面上的槽，并且用于促进热交换的气体被导入到该槽中。

作为加热源和冷却源分别地设置在一个真空室中以直接地加热和冷却仅基板本身的示例，在专利文献12中已经公开了示例，其中，溅射装置的装载锁定室(load lock chamber)设置有利用来自灯加热器的加热光加热的机构和通过静电吸收而使基板与被冷却的基板支撑台接触并且冷却基板的机构。在该示例中，由于这两个机构均设置在装载锁定室中，所以不能连续地进行加热和冷却。然而，通过分别地在装载锁定室的抽真空和通气时进行加热和冷却，减小了用于实现基板加热的溅射成膜的处理时间。

在专利文献13至15中公开了将磁场施加到配置于真空中的基板以处理基板的示例。专利文献13和14中的示例中均涉及在真空中施加磁场的同时对多个基板实施加热处理的装置，并且设计成能够在均匀的磁场中进行大量的热处理。然而，他们都不能在连续真空中进行成膜处理和加热/冷却处理。此外，专利文献15中的示例具有如下思想：在将磁场施加到基板的同时进行溅射成膜的装置中，设置使产生与基板面平行的磁场的磁体与基板的转动同步地转动的机构，使得能够施加相对于基板总是沿一个方向的平行的磁场。