溅射设备和膜沉积方法

专利名称：溅射设备和膜沉积方法
技术领域：
本发明涉及溅射设备和膜沉积方法。
背景技术：
近年来，由于在读/写头、微型感应器(micro-inductor)、微型变压器 (micro-transformer)等中广泛使用用于高频用途的磁性元件，并且也需要在GHz带域中 具有良好的高频特性的磁性薄膜，因此，也积极地进行了相关的研究开发。使用位于高频带 域中的磁性薄膜要求增加薄膜的电阻，以减小涡电流并且增大共振频率。作为增大共振频 率的方法，可以增大各向异性磁场Hk或饱和磁化强度Ms，但是一般很难同时增大Hk和Ms， Hk和Ms处于权衡(trade-off)关系。然而，近年来，通过利用溅射方法或离子束方法使溅 射粒子斜入射到基板上并且被配向到基板，已经可以基于晶体的形状效果而增大单轴磁各 向异性，从而在保持高Ms的同时增大Hk。如上所述的溅射粒子的斜入射的目的是为了通过斜入射而在膜内产生形状磁各 向异性，并且提供高的磁各向异性。以下几点是重要的(1)如何抑制磁各向异性的变化。(2)易磁化轴(难磁化轴)应该被对齐的程度。这是因为，由于从单一晶片大量地切出头芯片，因此，如果在晶片表面内上述两个 方面存在大的变化，则单独切出的头芯片的性能变得不均一。在现有的溅射粒子的斜入射膜沉积中，当考虑到批量生产(volume production) 时，具有多个入射角度的溅射粒子到达基板并且多个入射角度产生磁各向异性的变化。< 情况 1>例如，在使溅射粒子的入射角度均一化的膜沉积中，如图1的〈情况1>所示，准直 器(collimator) 1可以被配置在靶材2和基板4之间。这样，选择由靶材2产生的溅射粒 子3的入射方向允许高均一性的膜沉积。然而，这种方法造成了溅射粒子3的到达数减少， 导致了生产率的降低。〈情况2>如图1的 < 情况2>所示，当准直器1的直径增大时，溅射粒子3从多个方向入射 到基板4上。因此，可能产生磁各向异性的变化，但是也可以期望用于批量生产。〈情况3>然而，在 < 情况2>的情况下，在基板4的整个表面上进行均一的膜沉积需要移动 基板4或靶材2。在该情况下，溅射粒子3到基板4的入射角度根据靶材2和基板4之间的 相对位置关系而变化。也就是，如图1的 < 情况3>所示，当靶材2被固定并且基板4被移 动时，溅射粒子3的入射角度可以根据移动中的基板4的位置而增大或减小。因此，溅射粒 子3的入射角度的变化造成了形成于基板4上的膜的磁各向异性的变化。本说明书中的“入射角度”表示由作为溅射粒子所入射到的膜沉积对象的基板的 法线和入射的溅射粒子的入射方向形成的角度。因此，“小入射角度”是当溅射粒子的入射方向从基板的法线倾斜较小时的入射角度，而“大入射角度”是当溅射粒子的入射方向从基 板的法线倾斜较大时的入射角度。磁各向异性根据入射角度而产生变化的原因是易磁化轴(难磁化轴)的方向或各 向异性磁场的大小(Hk)极大地依赖于入射角度。例如，如图2所示，当溅射粒子5的入射角度位于10° 70°的范围时，沿与入射 方向垂直的方向形成易磁化轴6。另一方面，当溅射粒子5的入射角度是70°以上时，与入 射方向平行地形成易磁化轴6。也就是，因为易磁化轴的方向根据构成磁性膜的入射的溅射 粒子的入射角度而改变，因此，最终影响了歪斜分散角(skew dispersion angle)(定义易 磁化轴的角度偏移宽度)。专利文献1公开了一种控制使用旋转型溅射设备形成的强铁磁性膜的各向异性 的技术。更具体地，通过布置开口宽度在磁性靶材和转动基板保持件之间可变的掩模并且 改变该掩模的开口宽度，来控制磁各向异性的方向和大小。此外，专利文献2公开了一种用于在磁头上沉积绝缘薄膜并且在大的表面积上均 一地形成绝缘薄膜的方法。图3是专利文献2所公开的沉积设备的示意图。图3所示的沉 积设备设置有室11，该室11收纳第一离子束枪12、第二离子束枪13、靶材保持件14和基板 支撑体16。基板支撑体16具有转动台16a，其可绕轴16b (绕轴线21a)转动；以及基板载置 台16c，其可绕轴线21b转动。用于在其上沉积靶材构件的基板17能够被布置在基板载置 台16c上。另一方面，靶材保持件14被构造成可沿箭头22的方向摆动，并且靶材保持件14 允许安装靶材15。第一离子束枪12被布置成使得离子束18入射到靶材15并且离子束18使靶材构 件从靶材15沿任意方向20分散。此外，第二离子束枪13被设置成使得在沉积处理过程中 另一离子束19入射到基板17。根据专利文献2所公开的方法，通过使上述构造中的靶材保持件14、转动台16a和 基板载置台16c适当地转动，可以在基板17上实现均一的膜厚。专利文献1 日本特开平7-54145号公报专利文献2 日本特开平8-296042号公报

发明内容
根据专利文献1所公开的上述方法，当易磁化轴的方向被设定成基板的第一方向 (例如X方向)时，掩模的开口宽度被控制成减小。在该控制下，专利文献1公开了当基板位 于除了被布置于转动基板保持件的基板表面与靶材表面彼此相对的位置(平行位置)之外 的任何位置(位置A)时，与第一方向平行的成分(X)和与入射的溅射粒子的第一方向正交 的第二方向(Y方向)平行的成分(Y)由于掩模而没有入射到基板。另一方面，当基板位于 被布置于转动基板保持件的基板表面与靶材表面彼此相对的位置(位置B)时，与第一方向 平行的成分(X)以大致垂直的角度入射到基板，并且与第二方向(Y方向)平行的成分(Y) 以锐角(大入射角度)入射到基板。因此，所公开的方法试图增加沿第一方向的易磁化轴。然而，如图4所示，即使掩模42的开口宽度减小，当基板位于位置A时，可以存在 以锐角(大入射角度)入射到基板41的溅射粒子(与第一方向平行的成分(X)44)。该成
5分(X)形成沿第二方向的易磁化轴。因此，易磁化轴不仅沿第一方向形成还沿第二方向形 成，造成了易磁化轴的杂乱(irregularity)。此外，当在转动基板保持件的同时进行膜沉积时，如图5A和图5B所示，从靶材53 入射到基板51的溅射粒子54的入射角度在基板51的两端之间变化。这正好是 < 情况3> 中说明的现有问题。图5A示出了掩模52的开口宽度小的情况，而图5B示出了掩模52的 开口宽度大的情况。在图4、图5A和图5B中，省略了布置基板41和51的基板保持件，以简化附图。此外，因为专利文献1中的旋转型溅射设备的基板保持件的转速是一定的，所以 难以调整膜厚的分布。因此，专利文献1所公开的技术能够控制所形成的易磁化轴的方向，然而该技术 难以使磁各向异性和膜厚分布均一化。此外，在专利文献2中，为了形成具有均一厚度的绝缘薄膜，在使转动台16a和基 板载置台16c转动的同时进行膜沉积。因此，溅射粒子从各方向入射到基板17上。此外， 溅射粒子以小入射角度到大入射角度的各角度入射到基板17上。因此，形成于基板17的 磁各向异性变得各向同性，并且难以适当地对齐易磁化轴。首先，专利文献2没有讨论减小 磁各向异性的变化。此外，专利文献2中的技术使用第二离子束枪13来形成具有适当密度的薄膜。也 就是，专利文献2中的技术试图利用从第二离子束枪13照射的辅助离子束通过适度撞击 (bombardment)来改善膜的粘着性。因此，专利文献2所说明的技术需要第一离子束枪和第二离子束枪来保持所形成 的薄膜的适当密度并且形成均一薄膜，这导致设备的复杂化和成本的增加。考虑到上述问题而完成本发明，本发明的目的是提供一种能够形成磁各向异性的 方向的变化减小的磁性膜的溅射设备和膜沉积方法。此外，本发明的另一个目的是提供一种能够以简单的构造使溅射形成的膜中的原 子密度均一化的溅射设备和膜沉积方法。本发明的第一方面是一种溅射设备，该溅射设备包括阴极，该阴极具有溅射靶 材支撑面，溅射靶材支撑面能绕第一转轴转动；台架，该台架具有基板支撑面，该基板支撑 面能绕与第一转轴平行地布置的第二转轴转动；以及遮蔽板，该遮蔽板被布置于溅射靶材 支撑面和基板支撑面之间，并且遮蔽板能绕第一转轴或第二转轴转动，其中，溅射靶材支撑 面、基板支撑面和遮蔽板中的至少一方的转动被控制成使得在溅射过程中，使从支撑于 溅射靶材支撑面的溅射靶材产生的溅射粒子中的以相对于基板支撑面的法线成0°以上 50°以下的角度入射的溅射粒子入射到支撑于基板支撑面的基板。此外，本发明的第二方面是一种由溅射设备进行的膜沉积方法，该溅射设备包括 阴极，该阴极具有溅射靶材支撑面，该溅射靶材支撑面能绕第一转轴转动；台架，该台架具 有基板支撑面，该基板支撑面能绕与第一转轴平行地布置的第二转轴转动；以及遮蔽板，该 遮蔽板被布置于溅射靶材支撑面和基板支撑面之间，并且遮蔽板能绕第一转轴或第二转轴 转动，其中，溅射靶材支撑面、基板支撑面和遮蔽板中的至少一方被独立地转动，使得在溅 射过程中，使从支撑于溅射靶材支撑面的溅射靶材产生的溅射粒子中的以相对于基板支撑 面的法线成0°以上50°以下的角度入射的溅射粒子入射到支撑于基板支撑面的基板。


图1是示出现有技术中的由具有多个入射角度的溅射粒子引起磁各向异性的变 化的示意图；图2是示出所形成的易磁化轴的方向如何根据入射角度变化的示意图；图3是传统的沉积设备的概略构成图；图4是示出在专利文献1公开的溅射方法中发生易磁化轴的杂乱的示意图；图5A是示出在专利文献1公开的溅射方法中发生易磁化轴的杂乱的示意图；图5B是示出在专利文献1公开的溅射方法中发生易磁化轴的杂乱的示意图；图6A是根据本发明的实施方式的溅射设备的侧视图；图6B是根据本发明的实施方式的溅射设备的立体图；图7A是根据本发明的实施方式的基板载置台的侧视图；图7B是根据本发明的实施方式的基板载置台的立体图；图8示出了根据本发明的实施方式的溅射设备的示例；图9是示出由传统的旋转型溅射设备形成的磁性膜的易磁化轴的方向产生变化 的示意图；图10是示出磁性特性的变化和易磁化轴的变化的示意图；图11示出了根据本发明的实施方式的溅射设备；图12示出了根据本发明的实施方式的溅射粒子的入射角度以及磁性特性对入射 角度的依存性；图13是示出根据本发明的实施方式的溅射设备的控制的示意图；图14是示出根据本发明的实施方式的溅射设备的操作的示意图；图15是示出由根据本发明的实施方式的溅射设备制造的磁性膜的效果的示意 图；图16示出了根据本发明的实施方式的溅射设备。
具体实施例方式下面将参照附图详细说明本发明的典型实施方式，在下文说明的附图中，将用相 同的附图标记表示具有相同功能的部件并且省略对这些部件的重复说明。<基本构造>图6A是根据本发明的实施方式的溅射设备600的侧视图。图6B是根据本发明的 实施方式的溅射设备600的立体图。在图6A和图6B中，溅射设备600设置有台架601，其上安装有基板604 ；阴极 602，其支撑靶材603 ；以及遮蔽板606。阴极602的靶材支撑面和台架601的基板支撑面被 配置成彼此面对。台架601和阴极602分别设置有转轴A和转轴B，并且台架601和阴极 602分别可绕转轴A和转轴B在任意角度内转动。例如，可以利用诸如马达等转动部件使台 架601和阴极602转动，并且可以由控制设备来控制该转动部件。转轴A和转轴B被配置成彼此平行，并且阴极602能够以使靶材603与转轴B平 行的方式支撑靶材603。通过使等离子体中的离子与靶材603的表面碰撞，被支撑在可绕转轴B在任意角度内转动的阴极602上的靶材603能够在静止或转动的状态下将溅射粒子 605沉积在基板604上。在膜沉积处理过程中，由靶材603施加膜沉积处理的基板604被安装于可绕转轴 A在任意角度内转动的台架601。台架601的基板支撑面和阴极602的靶材支撑面被构造 成可绕转轴A和转轴B分别独立地转动。此外，遮蔽板606被设置于靶材603和台架601之间。遮蔽板606具有用于绕转 轴A或转轴B在任意角度内转动的部件，并且遮蔽板606具有微调沉积膜的厚度分布和增 加溅射粒子的入射角度的选择性的功能。可以利用任何方法使遮蔽板606绕转轴A或转轴 B转动，但是，在以下说明的实施方式中，遮蔽板606被构造成可绕转轴A转动。可以由控制 设备来控制遮蔽板606，使得遮蔽板606独立于阴极602或台架601地转动。图7A是能够被用作图6A中的溅射设备的台架的台架701的侧视图。台架701具 有基板载置台702，并且基板703被安装在基板载置台702上。图7B是根据本发明的实施 方式的台架701的立体图。如图6的情况那样，台架701被构造成可绕转轴A转动。台架 701的基板载置台702被构造成可绕与转轴A垂直并且通过基板703的中心的转轴C转动， 并且基板703能够绕转轴C转动。可以利用诸如马达等转动部件使基板载置台702转动， 并且可以由控制设备来控制该转动部件。图8示出了根据本发明的另一实施方式的溅射设备的示例。溅射设备800设置有 台架801，其上安装有基板804 ；阴极802，其支撑靶材803 ；以及遮蔽板805。台架801和阴 极802分别设置有转轴A和转轴B，并且台架801被构造成可绕转轴A在任意角度内转动， 阴极802被构造成可绕转轴B在任意角度内转动。例如，可以利用诸如马达等转动部件使 台架801和阴极802中的至少一方转动，并且可以由控制设备来控制该转动部件。转轴A 和转轴B被配置成彼此平行，并且靶材803以与转轴B平行的方式被支撑在阴极802上。通过使等离子体中的离子与靶材803的表面碰撞，被支撑在可绕转轴B在任意角 度内转动的阴极802上的靶材803能够在静止或转动的状态下将溅射粒子沉积在基板804 上。由靶材803a至803c施加膜沉积处理的基板804被安装于可绕转轴A在任意角度 内转动的台架801。台架801具有基板载置台807，并且基板804可以被设置于基板载置台 807。台架801的基板载置台807被构造成可绕与转轴A垂直并且通过基板804的中心的 转轴(未示出)转动，并且基板804能够绕该转轴转动。可以利用诸如马达等转动部件使 基板载置台807转动，并且可以由控制设备来控制该转动部件。此外，遮蔽板805被设置于靶材和台架801之间，遮蔽板805具有用于绕转轴A在 任意角度内转动的部件，并且遮蔽板805执行微调沉积膜的厚度分布以及增加溅射粒子的 入射角度的选择性的功能。通过由控制设备适当地控制遮蔽板转动部件806，遮蔽板805能 够独立于阴极802或台架801地绕转轴A转动。具有高配向性的膜通常由多个层构成，该膜的典型示例是Ta/FeCo、NiFe/FeCo和 NiFeCr/FeCo。为了制造这种由多个层构成的膜，优选被支撑于阴极802的靶材803的数量 是多个。在图8所示的实施方式中，存在多个靶材803a、803b和803c，并且靶材803a、803b 和803c能够根据它们的使用用途而被适当地不同地使用。转轴A和转轴B被配置成彼此 平行，并且靶材803a、803b和803c以与转轴B平行的方式被支撑于阴极802。通过使等离
8子体中的离子与靶材803的表面碰撞，可绕转轴B转动的靶材803a、803b和803c将溅射粒 子沉积于基板804。(第一实施方式)本发明的一个重要方面是减少通过溅射形成的磁性膜的易磁化轴(难磁化轴)的 变化，并且以简单的构造使形成的磁性膜中的原子密度均一化。例如，在专利文献1所公开的旋转型溅射设备的情况下，如下所述形成的磁性膜 的易磁化轴的方向发生变化。图9是示出由传统的旋转型溅射设备形成的磁性膜的易磁化 轴的方向发生变化的图。在图9中，基板902被支撑于可转动基板保持件901，并且靶材903被布置成与基 板保持件901隔开预定距离。当在该构造中开始溅射时，如图9的步骤1所示，在对基板 902进行溅射的初始阶段，溅射粒子906以大入射角度入射到基板902的第一端904。另一 方面，溅射粒子906以小入射角度入射到基板902的第二端905。然后，基板保持件901沿 图9的箭头方向转动，当溅射前进时，按照图9中的步骤2至步骤3的顺序进行处理。在该情况下，当关注第一端904时，当处理从图9中的步骤1向步骤3前进时，入 射到第一端904的溅射粒子906的入射角度从大入射角度到小入射角度连续变化。因此， 不同方向的易磁化轴沿着沉积在第一端904的膜的厚度方向分布。同样地，当关注第二端 905时，当处理从图9中的步骤1向步骤3前进时，入射到第二端905的溅射粒子906的入 射角度从小入射角度到大入射角度连续变化。因此，在该情况下，不同方向的易磁化轴也沿 着沉积在第二端905的膜的厚度方向分布。也就是，如上所述，易磁化轴的方向可以根据入射到基板的溅射粒子的入射角度 而改变90°。因此，当在基板面内发生溅射粒子对入射角度的依存性时，可能产生易磁化轴 在膜厚方向上相差90°的区域，这可能使歪斜分散角劣化。此外，溅射粒子的入射角度越大，所形成的磁性膜中的原子密度越小，并且在磁性 膜的平面内也产生比电阻(specificresistance)分布，并且也减小了饱和磁通密度。此外，即使膜厚分布均一，如图10所示，晶体的生长也可以在基板902的左右侧改 变。图10是用于示出磁性特性的变化和易磁化轴的变化的示意图。在图10中，附图标记 1001表示通过溅射形成的磁性膜。附图标记1001a表示在图9的步骤1和步骤2中形成 的磁性膜，并且是示意地表示磁性特性的变化和易磁化轴的变化的磁性膜。同样地，附图标 记1001b表示在图9中的步骤2和步骤3中形成的磁性膜，并且是示意地表示磁性特性的 变化和易磁化轴的变化的磁性膜。图10示出了 磁性膜1001a和磁性膜1001b中的斜线相 对于基板902的法线方向的倾斜角度越大，以大入射角度入射的溅射粒子越多，并且斜线 相对于基板的法线方向的倾斜角度越小，以小入射角度入射的溅射粒子越多。磁性膜1001a和磁性膜1001b是示意图，并且图10示出了彼此分开的磁性膜 1001a和磁性膜1001b，但是这仅是为了使得该图容易理解。如图9中的步骤1所示，从步骤1到步骤2，许多溅射粒子以大入射角度入射到基 板902的第一端904，并且许多溅射粒子以小入射角度入射到第二端905。因此，形成如附图 标记1001a所示的磁性膜。另一方面，如图9的步骤3所示，从步骤2至步骤3，许多溅射粒 子以小入射角度入射到第一端904，并且许多溅射粒子以大入射角度入射到第二端905。因 此，形成如附图标记1001b所示的磁性膜。因此，在最终形成的磁性膜1001中，有助于膜形成的溅射粒子的入射角度在初始阶段生长的区域和最终阶段生长的区域之间不同。因此， 易磁化轴的方向可能在初始阶段生长的区域和最终阶段生长的区域之间不同，导致了易磁 化轴的变化和磁性特性的变化。本实施方式的一个目的是具有诸如遮蔽板606和805等掩模机构，优化掩模机构 的操作并且减小易磁化轴的变化和磁性特性的变化。为了达到该目的，本申请的发明人尽 力地研究和实验，最终发现即使溅射粒子到基板的入射角度是小角度，所形成的膜也具有 磁各向异性。如上所述，当溅射粒子以大入射角度入射时，所形成的膜中的原子密度减小，在膜 的平面内发生比电阻分布，此外，还减小了饱和磁通密度，这导致了磁性特性的变化。因此，本发明具有适当地遮蔽以大入射角度入射的溅射粒子并且控制遮蔽板使得 溅射粒子以小入射角度入射到基板的特征。进行这样的控制能够抑制溅射粒子以大入射角 度入射，溅射粒子以大入射角度入射可引起磁性特性劣化，并且能够最大程度地将溅射粒 子的入射角度限制为能够增加磁各向异性的小入射角度。因此，在抑制比电阻的变化和抑 制饱和磁通密度的减小的同时，将入射到基板的溅射粒子的入射角度抑制到小角度能够对 齐易磁化轴的方向。下文中，将说明根据使用图8所示的溅射设备的本实施方式的溅射设备的结构和 操作。图11示出了根据本实施方式的溅射设备。在图11中，侵蚀轨迹(侵蚀部)808被形成于靶材803a。侵蚀轨迹也可以被形成 于靶材803b和803c。此外，基板804被放置在基板载置台807上，基板载置台807可绕作 为台架801的基板支撑面的法线方向的转轴C在任意角度内转动。在本实施方式中，如上所述，重要的是在溅射过程中适当地阻挡以大入射角度入 射到基板的溅射粒子并且将从靶材入射到基板的溅射粒子的入射角度尽可能地统一到小 入射角度的范围。也就是，控制遮蔽板805的操作，使得在溅射粒子以小入射角度入射的情 况下进行膜沉积。因此，在本实施方式中，在开始溅射时，遮蔽板805的在遮蔽板805的转动方向上 的第一端809a的至少一部分被布置在与由形成于靶材的侵蚀轨迹包围的区域相对的位 置。也就是，相对于基板804布置遮蔽板805，使得至少遮蔽侵蚀轨迹808的在基板804的移 动方向(也就是，台架801的转动方向)上的遮蔽板805侧，并且遮蔽板805的第一端809a 位于由侵蚀轨迹包围的区域。结果，当以这种方式布置遮蔽板805时，遮蔽板805的第一端 809a位于侵蚀轨迹的区域808a和区域808b之间。在溅射过程中，如果遮蔽板805的第一 端809a位于区域808a和区域808b之间的范围内，则遮蔽板805可以被移动(转动)。作 为可选方案，在溅射过程中，可以停止遮蔽板805。因此，在溅射过程中使第一端809a位于区域808a和区域808b之间允许适当地阻 挡从侵蚀轨迹808的区域808a产生的溅射粒子中的以大入射角度入射到基板804的溅射 粒子。也就是，可以防止溅射粒子以大入射角度入射到基板804。此外，因为从侵蚀轨迹808 的区域808b产生的溅射粒子被遮蔽板805适当地阻挡，所以从靶材803入射到基板804的 溅射粒子的入射角度能够被限制在小入射角度的范围内。根据本实施方式，在溅射过程中，可绕转轴B转动的阴极802可以被转动或停止。
此外，可以调整台架801的转动角速度，并且可以调整膜厚分布。台架801的转动 角速度越大，基板804上的对应区域的膜沉积速度越低。因此，可以以如下方式来控制台架 801的转动当膜沉积速度低时，在溅射开始时减小台架801的转动角速度；当膜沉积速度 高并且靶材表面与基板表面平行时，增大台架801的转动角速度。
本实施方式在溅射过程中在维持遮蔽板805的第一端809a的至少一部分位于由 形成在变成对象的靶材803a中的侵蚀轨迹808包围的区域(区域808a和区域808b之间) 的状态的同时，使台架801、阴极802和遮蔽板805中的至少一方转动。在该控制下，从靶材 803入射到基板804的溅射粒子的入射角度被限制在预定范围内。也就是，台架801、阴极 802和遮蔽板805中的至少一方的转动被控制成使得从侵蚀轨迹808的不被遮蔽板805遮 蔽的区域到基板804的入射角度落在预定的小入射角度的范围内。在本实施方式中，预定的小入射角度的范围优选是0°以上50°以下，更优选是 10°以上50°以下。图12示出了本实施方式的溅射粒子的入射角度以及磁性特性对入射 角度的依存性。如从图12理解的那样，如果入射角度被限制在0°以上50°以下(范围1201)的 范围内，则能够适当地对齐易磁化轴的方向，并且能够增大饱和磁通密度。此外，如果入射 角度被限制在10°以上50°以下(范围1202)的范围内，则能够去掉各向异性磁场或多 或少地降低的0°以上且小于10°的入射角度，因此能够进一步适当地对齐易磁化轴的方向。另一方面，当入射角度超过50° (范围1203)时，所形成的磁性膜的饱和磁通密度 减小。此外，当入射角度是70°以上(范围1204)时，易磁化轴的方向改变90°。因此，如能从图12理解的那样，通过在溅射过程中使台架801、阴极802和遮蔽板 805中的至少一方转动使得入射角度落在范围1201和范围1202内，能够在增大饱和磁通 密度的同时抑制易磁化轴的方向的变化。本实施方式控制台架801、阴极802和遮蔽板805 彼此独立地转动，使得溅射粒子在各自的溅射瞬间在上述范围1201内入射到基板804。然而，即使位于作为小入射角度的优选范围的范围1201和范围1202内的溅射粒 子的数量积极地增加，但是，以大于50°的入射角度入射的溅射粒子的比例的增加可能导 致如上所述的易磁化轴的方向改变90°，或者可能导致膜中的原子密度的减小。因此，在与 原本打算的方向不同的方向上形成各向异性，这导致了易磁化轴的面内分布的变化。因此，本实施方式控制台架801、阴极802和遮蔽板805彼此独立地转动，使得入射 角度大于50°的溅射粒子不会入射到基板804。也就是，如图13所示，例如，以如下方式进 行控制使从侵蚀轨迹808的区域808a产生的溅射粒子中的入射角度是50°以下的溅射 粒子1301入射到基板804，并且使来自区域808a的入射角度大于50°的溅射粒子以及从 区域808b产生的溅射粒子1302不会入射到基板804。接着，将使用图14说明根据本实施方式的溅射设备的操作。在开始溅射之前，首 先，溅射设备控制阴极802和遮蔽板805，使得遮蔽板805的第一端809a位于侵蚀轨迹808 的区域808a和区域808b之间。接着，以遮蔽从靶材803a入射到基板804的入射角度大于 50°的溅射粒子的方式来定位台架801、阴极802和遮蔽板805。可以通过实验等预先确定 该定位。接着，当溅射处理开始时，根据图14的步骤a至步骤e来进行溅射。在该情况下，在步骤a至步骤e的各步骤中，溅射设备使台架801沿着箭头P转动并且使阴极802沿箭 头Q转动。此外，按要求转动遮蔽板805，使得遮蔽板805的第一端809a位于区域808a和 区域808b之间，从靶材803a以大于50°的入射角度入射的溅射粒子1402被遮蔽，并且使 以0°以上50°以下的入射角度入射的溅射粒子1401入射到基板804。也就是，溅射设备 控制台架801、阴极802和遮蔽板805彼此独立地转动，使得在溅射处理过程中具有0°以 上50°以下的入射角度的溅射粒子1401入射到基板804。可以通过实验等预先确定这些 条件的控制。通过在图14的步骤a至步骤c中将台架801的转动从慢状态连续地改变到快状 态并且在步骤c至步骤e中将台架801的转动从快状态连续地改变到慢状态，能够调整膜 厚分布。以这种方式操作设备允许遮蔽板805防止具有大入射角度(例如大于50°的入射 角度)的溅射粒子参与膜沉积。因此，尽可能地使参与膜沉积的溅射粒子的入射角度能够 被限制在小入射角度(例如0°以上50°以下)的范围内，由此可以抑制易磁化轴的变化 和饱和磁通密度的减小。上面已经说明了使用形成有侵蚀轨迹的靶材的情况，但是本发明也可适用于使用 诸如没有形成侵蚀轨迹的新靶材等靶材的情况。例如，当使用具有带一种极性的第一磁体 和带另一种极性并且被布置成包围第一磁体且不与第一磁体接触的第二近似矩形磁体的 阴极时，在产生于靶材的磁场中，在第一磁体和第二近似矩形磁体之间产生的磁性隧道中， 阴极的相对于靶材支撑面的垂直成分大致变为0的区域的集合体与侵蚀轨迹相对应。因 此，当使用没有形成侵蚀轨迹的靶材时，第一端可以被布置于由上述集合体包围的区域。随 着溅射前进，上述集合体变成侵蚀轨迹。因此，无论在靶材上是否存在侵蚀轨迹，如果遮蔽 板的一端的至少一部分位于由上述集合体包围的区域，则能够产生上述效果。本实施方式也可以使用环形磁体来代替第二矩形磁体。在本实施方式中，重要的 是以带另一极性的磁体包围第一磁体的方式形成环路(loop)形状，该环路形状可以采用 任何形状。(实施例)在如下条件下进行溅射。〈设备构造〉从台架801的转动中心到基板表面的距离330mm基板尺寸(直径)200mm遮蔽板的直径390mm当靶材和基板彼此大致平行地相面对时的距离100mm从阴极802的转轴B到靶材表面的距离160mm靶材尺寸450mmXI30mm靶材厚度4mm靶材材料Fe65Co35 (原子％ )〈膜沉积条件〉气体氩气压0.05Pa
放电功率4000W入射到主体的溅射粒子的入射角度35度在上述条件下，使用图11所示的溅射设备，通过图14说明的操作进行溅射。图15 示出了规格化表面电阻和通过溅射获得的磁性膜的歪斜分散，以及使用传统方法制造的磁 性膜的歪斜分散和规格化表面电阻。在图15中，附图标记1501表示示出根据本实施方式制造的磁性膜的歪斜分散的 图，附图标记1502表示示出使用没有去除溅射粒子的大入射角度成分的传统方法制造的 磁性膜的歪斜分散的图。此外，附图标记1503表示示出根据本实施方式制造的磁性膜的规 格化表面电阻的图，附图标记1504表示示出根据上述传统方法制造的磁性膜的规格化表 面电阻的图。如可从示出本发明的歪斜分散的图1501中理解的那样，在根据本实施方式制造 的磁性膜中，歪斜分散均一，并且所形成的易磁化轴被适当地对齐。另一方面，如可从示出 传统歪斜分散的图1502中理解的那样，在使用传统方法制造的磁性膜的区域1505a中，歪 斜分散存在差异，导致易磁化轴的变化。区域1505a是存在许多入射角度大于50°的溅射 粒子的区域。此外，如可从示出本发明的规格化表面电阻的图1503中理解的那样，根据本实施 方式制造的磁性膜的规格化表面电阻良好。相反，如可从示出传统的规格化表面电阻的图 1504中理解的那样，在使用传统方法制造的磁性膜中，在区域1505b中存在表面电阻值的 增加，并且膜中的原子密度减小。区域1505b是存在许多入射角度大于50°的溅射粒子的 区域。在本实施方式中，溅射设备被控制成尽可能使大入射角度成分(例如大于50° ) 不入射到基板并且使小入射角度成分(例如0°以上50°以下)入射到基板。因此，本实 施方式能够防止形成偏移90°的易磁化轴，并且能够良好地对齐易磁化轴的方向。此外，因 为本实施方式尽可能地防止溅射粒子以大入射角度入射到基板，所以可以抑制所形成的膜 的原子密度的减小。因此，因为传统方法没有去除溅射粒子的大入射角度成分，所以磁性特性分布增 大，但是应用本发明增加了溅射粒子的入射角度的选择性，由此能够改善磁性特性分布。(第二实施方式)本发明还设置用于在第一实施方式中说明的溅射设备的第二遮蔽板。以这种方式 设置附加遮蔽板能够阻挡小入射角度的0°侧的预定范围(例如0°以上且小于10° )内 的入射角度成分。图16示出了根据本实施方式的溅射设备。在图16中，附图标记1601表示第二遮蔽板。第二遮蔽板1601设置有用于绕转轴 A在任意角度内转动的部件，并且第二遮蔽板1601与遮蔽板805 —起进行微调沉积膜的膜 厚分布的功能以及增加溅射粒子的入射角度的选择性的功能。通过由控制设备适当地控制 遮蔽板转动部件，能够使第二遮蔽板1601独立于阴极802、台架801或遮蔽板805地绕转轴 A转动。根据本实施方式，溅射设备控制台架801、阴极802、遮蔽板805和第二遮蔽板1601 中的至少一方，使得由遮蔽板805阻挡从侵蚀轨迹808的区域808a产生的溅射粒子的大入射角度成分(大于50°的角度)并且由第二遮蔽板1601阻挡0°以上且小于10°的入射 角度成分。因此，到基板804的入射角度能够被限制在作为小入射角度的优选范围的10° 以上50°以下的范围内。(第三实施方式)如图14的步骤a至步骤e所示，上述实施方式每次都在基板的整个表面上进行溅 射。本实施方式最佳地控制溅射过程中的基板输送方法或者控制掩模机构、基板和靶材之 间的位置关系，使得所形成的膜中的上和下(右和左)部分的磁性特性变得对称。也就是， 当膜沉积完成到待形成的膜的一半时，本实施方式将基板转动180°或通过移动遮蔽板来 进行剩下的另一半的膜沉积。例如，当在完成一半基板的膜沉积的时点将基板转动180°时，通过执行图14的 步骤a至步骤c来进行一半基板的膜沉积，一旦完成基板804的一半的膜沉积之后，停止溅 射操作，将基板载置台807转动180°，并且使台架801、阴极802和遮蔽板805返回图14 的步骤a所示的位置。然后通过再次执行图14的步骤a至步骤c来进行基板804的剩下 的一半的膜沉积。此外，例如，当在完成一半基板的膜沉积的时点移动遮蔽板805时，转动遮蔽板 805以使遮蔽板805的第二端809b被定位于侵蚀轨迹808的区域808a和区域808b之间， 并且基板804的由遮蔽板805遮蔽的区域从区域808b改变到区域808a。对于剩下的一半， 在类似的控制下执行图14中的步骤a至步骤c，由此能够进行基板804的剩下的一半的膜 沉积。因此，通过每次以类似的步骤进行一半基板的膜沉积能够降低沉积膜的面内的不 对称性。研发上述实施方式不仅用于上述靶材材料(Fe65Co35)，也能够用于NiFe合金或 由FeCoB代表的FeCo合金等。
权利要求
一种溅射设备，所述溅射设备包括阴极，所述阴极具有溅射靶材支撑面，所述溅射靶材支撑面能绕第一转轴转动；台架，所述台架具有基板支撑面，所述基板支撑面能绕与所述第一转轴平行地布置的第二转轴转动；以及遮蔽板，所述遮蔽板被布置于所述溅射靶材支撑面和所述基板支撑面之间，并且所述遮蔽板能绕所述第一转轴或所述第二转轴转动，其中，所述溅射靶材支撑面、所述基板支撑面和所述遮蔽板中的至少一方的转动被控制成使得在溅射过程中，使从支撑于所述溅射靶材支撑面的溅射靶材产生的溅射粒子中的以相对于所述基板支撑面的法线成0°以上50°以下的角度入射的溅射粒子入射到支撑于所述基板支撑面的基板。
2.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，当利用布置于所述溅射靶材支撑面 的靶材来进行溅射时，所述遮蔽板的在转动方向上的第一端的至少一部分被定位于由布置 于所述阴极的所述靶材的所述阴极产生的磁场的相对于所述溅射靶材支撑面的垂直成分 变为0的区域的集合体所包围的区域。
3.根据权利要求2所述的溅射设备，其特征在于，在所述溅射过程中，当膜沉积完成到 待形成的膜的一半时，所述遮蔽板的与所述第一端相反的第二端的至少一部分位于由布置 于所述阴极的所述靶材的所述阴极产生的磁场的相对于所述溅射靶材支撑面的垂直成分 变为0的区域的集合体所包围的所述区域中。
4.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，所述溅射设备控制所述阴极、所述台 架和所述遮蔽板中的至少一方的转动，使得在溅射过程中，使从支撑于所述溅射靶材支撑 面的溅射靶材产生的溅射粒子中的以相对于所述法线成10°以上50°以下的角度入射的 溅射粒子入射到支撑于所述基板支撑面的基板。
5.根据权利要求4所述的溅射设备，其特征在于，所述溅射设备还包括第二遮蔽板，所 述第二遮蔽板被布置于所述溅射靶材支撑面和所述基板支撑面之间，并且所述第二遮蔽板 能绕所述第一转轴或所述第二转轴转动，其中，所述遮蔽板和所述第二遮蔽板进行遮蔽，使得防止从所述溅射靶材产生的溅射 粒子中的以相对于所述法线成0°以上且小于10°和50°以上的角度入射的溅射粒子入 射到所述基板。
6.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，所述溅射设备控制所述溅射靶材支 撑面、所述基板支撑面和所述遮蔽板中的至少一方的转动，从而进行遮蔽，使得防止从所述 溅射靶材产生的溅射粒子中的以相对于所述法线成大于50°的角度入射的溅射粒子入射 到所述基板。
7.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，所述台架包括基板载置台，所述基板 载置台能绕与所述第二转轴垂直的第三转轴转动，以及在溅射过程中，当膜沉积完成到待形成的膜的一半时，使所述基板载置台绕所述第三 转轴转动180°。
8.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，所述溅射设备还包括用于控制所述 溅射靶材支撑面、所述基板支撑面和所述遮蔽板中的至少一方的转动的控制设备。
9.根据权利要求1所述的溅射设备，其特征在于，所述阴极具有多个溅射靶材支撑面，并且所述多个溅射靶材支撑面被布置在所述阴极的周围。
10.一种由溅射设备进行的膜沉积方法，所述溅射设备包括阴极，所述阴极具有溅射靶材支撑面，所述溅射靶材支撑面能绕第一转轴转动；台架，所述台架具有基板支撑面，所述基板支撑面能绕与所述第一转轴平行地布置的 第二转轴转动；以及遮蔽板，所述遮蔽板被布置于所述溅射靶材支撑面和所述基板支撑面之间，并且所述 遮蔽板能绕所述第一转轴或所述第二转轴转动，其中，所述溅射靶材支撑面、所述基板支撑面和所述遮蔽板中的至少一方被独立地转 动，使得在溅射过程中，使从支撑于所述溅射靶材支撑面的溅射靶材产生的溅射粒子中的 以相对于所述基板支撑面的法线成0°以上50°以下的角度入射的溅射粒子入射到支撑 于所述基板支撑面的基板。
11.根据权利要求10所述的膜沉积方法，其特征在于，在所述溅射过程中，所述遮蔽板 的在转动方向上的第一端的至少一部分被定位于由布置于所述阴极的所述靶材的所述阴 极产生的磁场的相对于所述溅射靶材支撑面的垂直成分变为0的区域的集合体所包围的 区域。
12.根据权利要求11所述的膜沉积方法，其特征在于，在所述溅射过程中，当膜沉积完 成到待形成的膜的一半时，所述遮蔽板的与所述第一端相反的第二端的至少一部分位于由 布置于所述阴极的所述靶材的所述阴极产生的磁场的相对于所述溅射靶材支撑面的垂直 成分变为0的区域的集合体所包围的所述区域中。
13.根据权利要求10所述的膜沉积方法，其特征在于，所述阴极、所述台架和所述遮蔽 板中的至少一方被独立地转动，使得在溅射过程中，使从支撑于所述溅射靶材支撑面的溅 射靶材产生的溅射粒子中的以相对于所述法线成10°以上50°以下的角度入射的溅射粒 子入射到支撑于所述基板支撑面的基板。
14.根据权利要求13所述的膜沉积方法，其特征在于，所述溅射设备还包括第二遮蔽 板，所述第二遮蔽板被布置于所述溅射靶材支撑面和所述基板支撑面之间，并且所述第二 遮蔽板能绕所述第一转轴或所述第二转轴转动，其中，通过独立地控制所述遮蔽板和所述第二遮蔽板的角度来防止从所述溅射靶材产 生的溅射粒子中的以相对于所述法线成0°以上且小于10°和50°以上的角度入射的溅 射粒子入射到所述基板。
15.根据权利要求10所述的膜沉积方法，其特征在于，所述溅射靶材支撑面、所述基板 支撑面和所述遮蔽板中的至少一方被独立地转动，从而进行遮蔽，使得防止从所述溅射靶 材产生的溅射粒子中的以相对于所述法线成大于50°的角度入射的溅射粒子入射到所述 基板。
16.根据权利要求10所述的膜沉积方法，其特征在于，所述台架包括基板载置台，所述 基板载置台能绕与所述第二转轴垂直的第三转轴转动，以及在所述溅射过程中，当膜沉积完成到待形成的膜的一半时，使所述基板载置台绕所述 第三转轴转动180°。
全文摘要
本发明提供一种能够形成磁各向异性的方向的变化减小的磁性膜的溅射设备和膜沉积方法。本发明的溅射设备设置有可转动的阴极(802)、可转动的台架(801)和可转动的遮蔽板(805)。溅射设备控制阴极(802)、台架(801)和遮蔽板(805)中的至少一方的转动，使得在溅射过程中，使从靶材(803a)产生的溅射粒子中的以相对于基板(804)的法线成0°以上50°以下的角度入射的溅射粒子入射到基板(804)。
文档编号C23C14/34GK101855381SQ200880101880
公开日2010年10月6日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者爱因斯坦·诺埃尔·阿巴拉, 远藤彻哉 申请人:佳能安内华股份有限公司