专利名称：用阴极溅射制作方向层的方法及其实施装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过阴极溅射在衬底表面上制作方向层的方法， 在每一情形下，在该表面的切向平面内有一个标称方向性.该类层通 常是磁性层或者磁性层的支承层，其特征为磁性优选方向。它们较多
地用于数据处理系统的存储组件内，例如在硬盘和MRAM的读/写头 中。本发明还涉及实施该方法的装置，
背景技术：
已在美国US67卯482B2中描述了该类方法.其在平坦衬底上提供 方向磁性层，允许在一个特定的基本恒定标称方向比其它方向上容易 地磁化，尤其是比与该标称方向垂直的那些方向.为了所述层的取向， 在衬底下方定位电磁体以产生磁场，颗粒沿着其磁力线撞击该衬底表 面，会被磁性地对齐使得所选标称方向平行于电磁通延伸。
该解决方案并不能满足于所有的场合，如在实际区域相邻取向与 通常所需恒定标称方向显著地偏离时。而且，该村底的尺寸和形状受
到太多限制而不能产生可接受的结果，
在US2003/0146084A1中，描述了 一个采用永久磁体的类似方法。
在该情形下，位于靶和衬底之间的接地准直仪，通过拦截其角度强烈 地偏离表面法向的颗粒来限制颗粒在衬底表面上入射角度，也将等离 子保持离开衬底。
类似于上述方法，在W096/08817A1中描述了另一种方法。其也采 用一种准直仪，纵横比起控制磁性层的参数的作用，使得晶体取向在 衬底表面的平面内延伸或者相对于后者以正交角度延伸。在前一情形 下，的确没有看到该平面内的特定标称方向性.
在US6482301B1中描述了另一种该类方法，其通过准直仪防止在 该衬底表面上入射余角的不规则性和各向异性。
发明内容
本发明的目的是提供一种通用方法，从而能够以简单而通用的适 用方式在衬底表面上产生方向层，该目的可以用权利要求1的具体特 征实现。本发明提供一种方法，可以制作方向层，相当精确地维持非常选 择的标称方向性.例如，该标称方向性可以是恒定的或者可以从中心 点是径向的.可以有许多不同的实施形式。例如，衬底和靶可以固定 地连接或者它们可以彼此相对移动.可以选择或控制它们的相对位置 或运动，以产生本发明的功能，但是，也可以用机械遮蔽的方法实现. 并不排除对方向层对齐使用其它磁场.可以以相当大的变化形式构型 该方法。但是，通常它们可以是非常简单的设计.在许多情形下，甚 至能改型现有设备，使其实施根据本发明的方法.
下面参照仅仅示出实施例的附图，详细描述本发明，其中
附图1示出表示第一实施例的根据本发明的装置的顶视附图2是沿附图1的II-II线的剖视附图3是附图1、 2的装置的靶的前视附图4示出表示第二实施例的根据本发明装置的示意附图5是附图4的遮蔽系统的顶视附图6是特定设计型的遮蔽系统的元件；
附图7a示出一个在衬底表面平行于彼此方向的目标点处通过入射 半周的剖面；
附图7b示出通过垂直于不出发行的入射半周的剖面；以及 附图8示出在目标点处的累积颗粒入射作为切向平面内方向性的 函数的视图。
具体实施例方式
附图l-3所示的装置放置于一个真空腔室(未示)内。其示出一 个柱形筐l，能绕着轴线2枢转，且在其外侧设置有支架，村底3与该 支架连接，它们平坦的衬底表面4面向外。衬底3可以是一个直径为 约200毫米的盘，在完成时，会被切断，再用于组装读/写头的元件。 在一定距离处，筐1由细长垂直板形式的靶5围绕，其靶表面6朝轴 线2取向，把5被构造为传统的磁控管把，即在靶表面6后面，它们 提供有磁体，在靶表面6的区域产生一个围绕闭环7 (附图3)同心的 磁场，使靶5主要在该区域被剥蚀，在靶表面6内产生相应的腐蚀槽.
在每个把5和氲l之间，较靠近衬底表面4而不是把表面6，定位有一个准直仪8形式的遮蔽系统，被构型为带几个矩形平行板9的梳 型准直仪，例如由铝一个在另一个之上均匀而一致地间隔构成.把表 面6和衬底表面4之间的间隔例如可以为75毫米，准直仪8和村底表 面4之间的间隔为30毫米，板9的长度为10毫米，其间隔为50毫米.
在给定涂覆时间，以基本传统的方式，在阴极溅射工艺中，在衬 底3上蒸汽淀积靶材料在村底表面4的每一个上制作方向层，而筐1 以每秒0.1围的速率緩慢和均匀地旋转.在每一情形下，该旋转与准 直仪8的效果的结合产生一个层，在村底表面4上有一个恒定的彼此 方向性，该方向性与正交于轴线2的延伸的平面和衬底表面4之间的 交叉线相应，在该情形下，在此所讨论的使其水平.下面详细对其进 行说明.
最终所希望的结果可能是，在衬底表面上的一个低保持层，带有 一个优选的磁化方向，即在该方向上该层通过相对小的磁场(即所谓 的容易轴线)以被磁化，从而在法向角度的方向要求一个基本强磁场 (即所谓的硬轴线)。还能使用由低保持材料构成的靶5，比如镍-铁， 比如NiFe21或者钴-铁，使得构成衬底表面4的基部层能够直接软磁 性材料溅射涂覆，提供磁化的优选方向。在多数情形下，其是法向方 向，但是不同的方向性，通常垂直于标称方向，也可以通过选择不同 材料获得。使用上述系统，已制作一个方向层，其中标称方向与所需 方向的最大偏差不会超过0. 5°。
在另一个可能的在村底表面4上制作带有优选磁化方向的磁性层 的方法中，初始步骤是蒸汽淀积方向支承层，例如由铬、钒或者鴒构 成，然后用磁性材料层涂覆该支承层，其优选磁化方向由支承层的标 称方向确定，通常取决于所用的材料，使其平行于后者或正交于后者 对齐。通常还是用阴极溅射来涂覆磁性层，不需要任何特定步骤来建 立标称方向性，尽管此种步骤可以附加地采取。在任何情形下，合适 时，通过在磁场下淀积磁性层，以基本传统的方式辅助形成磁性的优 选方向，该磁场在衬底表面4的区域是有效的，其中例如其在每个目 标点处向衬底表面的投影与磁性优选方向匹配，
附图4示出根据本发明的另一个装置。在该情形下，衬底3置于 真空腔室IO底部上的静止位置，平面衬底表面4向外取向。靶5安装 在真空腔室10顶部，其靶表面6面向衬底3.衬底3和把5都是盘型，
6再用靶表面6定位磁体，能够使其旋转，在靶5和衬底3之间有一个 遮蔽系统，还是准直仪8的形式。
还是把准直仪8构型为梳型准直仪，由彼此平行的平面板9构成 (附图5)，还是由铝构成，沿着相对于衬底表面4正交，在该情形下 为垂直的方向延伸.在Y方向平行于衬底表面4对齐。依次相邻的板9 以对y方向的垂直角度和平行于村底平面延伸，在x方向依次相邻的 板9之间的间隔优选地从中心向外部边缘緩慢增加。该板9可以有不 同的长度或平均长度和/或厚度或平均厚度，优选地它们的长度和/或 厚度逐渐地从中心点向x方向两个外端渐缩.其中单个板9的厚度在 其表面上变化，尤其是在y方向上，其平行于靶表面4延伸，其变化 还是从中心向外部边缘渐缩，如图6所示.
准直仪8能够相对长度3绕着中心轴线11旋转，其中通常容易使 衬底3枢转安装并把准直仪8连接于固定位置.板9被放置为，除了 球形板之外，每个板9都可以通过准直仪8的旋转180度来被移动， 使其从第一位置移动到笫二位置，至一个约在两点之间中点处，在所 述旋转之前，已定位相邻板9，从而由板9在准直仪8的笫一位置占据 的点在其被移到至笫二位置时是空缺的。这仅能在相邻板9之间等距 间隔下精确地完成，如图5所示，在板间间隔内治安渐进向外增加的 优选情形下，也能获得合理的精度。
再用传统阴极溅射制作一个方向层，带有与y轴线相应的恒定方 向性，在该情形下，主要沿着靶表面6上的心脏型环烧蚀靶材料。板9 的所述构型在很大程度上可以防止方向层的厚度变化，否则其会由系 统的非对称结构引起，其中优选角度范围的扩大补偿了较少的局部颗 粒密度。还如上所述，可能在涂覆时间过去一半后，准直仪8的移位 会起着相同的目的均衡板9的遮蔽效果。
但是，根据本发明的方法能够在比上述例子中建议的有更大的应 用范围。例如，即使弯曲衬底表面也能涂覆，标称方向性可以是位置 的函数，优选为连续函数，即目标点的函数，作为每一情形下的决定 性因数，必需控制颗粒于衬底表面上的入射，使得在涂覆期间平均计， 这些入射矢量的总量为占优势，其投影到衬底表面的切向区域，与平 面村底表面的情形下的后者一致，在目标点处符合标称方向。在该情 形下，标称方向被定义为符号中性参数，即与其起源于一側还是另一侧无关.
当在目标点处的颗粒入射密度以表示p (e， (p， t)时，其中e代
表相对衬底表面4上法向的入射方向角度，cp代表入射方向到切向平面
的投影以及后者的固定方向之间的角度，入射密度在整个涂覆时间T 上积分为方向函数，即
(1 ) r(A p) = 伊，W 0《學/ 2 , 0《p〈211
附图7a、 7b以两个剖视图示出该函数，垂直于衬底表面4的切向 平面，其中y方向是标称方向，x方向与其成正交角度延伸，但是，最 终确定切向平面内标称方向的是入射累积密度，即在角度范围上的整 个加权总数反映入射的斜度，于是
(2 ) ) = P),W ， 0 ^ p〈2n
其中w (e)是重量的函数，例如可以是与sine的正比，即与法向
投影到切向平面的相对长度成正比.附图8示出R((p).该函数在(p
与标称方向相应的点处具有其最大值，因为颗粒入射以被具体地控制， 使得入射方向的投影主要集中或限制于包围标称方向的角度范围，例 如土n/4。由于标称方向被定义为符号中性变量，其基本满足下式在该 点具有最大值
+ +]!)， o^〈n ;
但是，作为一个原则，R至少约是镜像对称的.
有两个优选方法来控制衬底表面4上的颗粒入射， 一个是使用机械 遮蔽元件，比如准直仪8，另一个是调整或控制衬底和靶的相对位置。 例如，衬底可以相对靶或所述几个靶移动，使得投影到切向平面的入 射的一定的方向占主流，此种运动甚至可以是不规则和/或间歇的，此
8外，还能通过改变衬底相对靶的位置特定地改变装置的输出，意指从 靶发射出的颗粒流的密度，例如使得在主流瞬发颗粒入射平行于标称
方向时其特别的高.如图l-3的实施例所示，两种方法可以结合，比 如在衬底3约定位于两个相邻靶5之间而装置输出可以附加地增加时， 减慢或停止筐1的旋转.
在该情形下，遮蔽元件应被构型和定位为，颗粒的路径沿着连接靶 表面上的一点和衬底表面上的目标点的基本直线，与遮蔽元件抵触， 即颗粒被截获，否则如果它们会从一个方向撞击该目标点，该方向在 切向平面的投影位于优选角度范围之外.这至少应该适合在涂覆时间 上取的平均值和在入射斜度上的加权均值，即角度G.在本文中，必需 考虑的事实是，靶表面具有变化活性区域，其中大部分颗粒起始于相 对较小区域，例如起始于第一实施例的环7的周围区域，
此外，如上所述，可能把磁场施加于衬底的区域，但是，在大多数 情况下，没有必要.
部件列表
1筐
2轴线
3衬底
4衬底表面
5把
6把表面 7环
8准直仪 9板
IO真空腔室 11轴线
权利要求
1.一种用阴极溅射在涂覆期间于衬底表面(4)上制作方向层的方法，在每一情形下，在该表面的切向平面内有一个标称方向性，从而在真空腔室(10)内定位至少一个带靶表面(6)的靶(5)，从靶表面(6)的至少一个区域发射出的颗粒撞击衬底表面(4)的每个目标点，靶表面(6)的原始点确定目标点处的入射方向，其特征在于在每一情形下，以涂覆期间的平均值计，从入射方向撞击的颗粒的累积入射密度在与标称方向相应的方向上代表一个最大值，其中在目标点处相同正向投影于衬底表面(4)的切向平面。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于对于衬底表面(4)的 至少一部分以及涂覆期间的至少一部分，限制入射角的可能范围.
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于通过在靶表面(6)和 衬底表面(4)之间定位机械遮蔽元件获得对入射角可能范围的限制。
4. 如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于在涂覆期间控 制耙表面(6)相对于衬底表面(4)的空间取向，使得在每一情形下， 在期间中间点处，投影向衬底表面(4)的切向平面的那些入射方向位 于围绕标称方向的优选角度范围内，会占优势.
5. 如权利要求l-4之一所述的方法，其特征在于制作一个有优 选磁性方向的磁性层。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于该方向层是一个磁性 层，其优选磁性方向由标称方向确定。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于所述方向层是一个支 承层，其上依次涂覆有磁性层，在每一情形下其优选磁性方向由该支 承层的才示称方向确定。
8. 如权利要求l-7之一所述的方法，其特征在于所述衬底表面 (4)是一个平面。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于所述标称方向在所述 衬底表面(4)上是恒定的。
10. 实施权利要求l-9之一的方法的装置，其包括真空腔(10)， 其中放置有至少一个靶(5)，其包括至少一个支架来连接村底(3), 衬底表面(4 )面向所述至少一个靶(5 )的靶表面(6 )，其特征在于在所述靶表面(6)和支架之间提供和定位至少一个遮蔽系统，以 阻挡从所述靶表面(6)发射出的直线，其向衬底表面(4)的投影位 于围绕标称方向的优选角度范围之外.
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于所述遮蔽系统被构 型为一个准直仪，并带有几个基本平坦的板(9)，在与衬底表面(4) 正交角度处对齐。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于所述准直仪(8)相 对支架的位置可以在两个位置之间切换，使得在一个位置每个板(9) 占据一个在相应其它位置处时空闲的点。
13. 如权利要求11或12所述的装置，其特征在于所述板(9)被安装成基本彼此平行.
14. 如权利要求12或13所述的装置，其特征在于在准直仪(8) 的一个位置处，每个板(9)，但是端板可能是例外，占据一个几乎在 两点之间的中间的点，在相应的其它位置处，由其它板(9)占据，
15. 如权利要求13和14之一所述的装置，其特征在于通过相对 于衬底表面(4)绕着向该表面取向的轴线转半團，所述准直仪(8) 能被移动至相应的其它位置，
16. 如权利要求10-15之一所述的装置，其特征在于所述遮蔽 系统被设计为在至少两个相对的方向上，优选角度范围从衬底表面(4) 的中心点向后者的边缘增加。
17. 如权利要求13-16之一所述的装置，其特征在于相邻板(9) 之间的间隔从准直仪(8)的中心点向外端增加.
18. 如权利要求11-17之一所述的装置，其特征在于板(9)的 平均长度变化，优选为从准直仪(8)的中心向外端减小。
19. 如权利要求11-18之一所述的装置，其特征在于板(9)的 平均厚度变化，优选为从准直仪(8)的中心向外边缘成锥形，
20. 如权利要求11-19之一所述的装置，其特征在于所述板(9) 至少一部分的厚度平行于衬底表面(4 )变化，优选为所述厚度从板(9 ) 的中心点向外边缘减小。
21. 如权利要求13所述的装置，其特征在于所述支架能够相对 于靶表面(6)平行于板(9)移动。
全文摘要
为了制作例如带有恒定标称方向性的方向层，比如带优选磁性方向的低保持层，或者由阴极溅射在衬底表面(4)上形成的支承层，进行涂覆工艺使得从靶表面(6)发射的颗粒主要从其投影位于围绕标称方向的优选角度范围内的方向撞击。其实现例如是通过定位围绕板(9)的准直仪，所述板(9)以与衬底表面(4)正交的角度平行于标称方向在衬底表面(4)前方延伸，但是，代替或除该定位外，也能调整或控制衬底表面(4)相对于靶表面(6)的位置或运动。
文档编号C23C14/34GK101627146SQ200780049142
公开日2010年1月13日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年1月2日
发明者H·弗里德利, H·罗尔曼, J·韦查特, M·杜布斯, S·卡德莱克 申请人:Oc欧瑞康巴尔斯公司