專利名稱：濺射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對陰極提供高放電電力以使陰極與基板保持架之間產(chǎn)生放電，從而對安裝在陰極上的靶材進行濺射來在基板上成膜的濺射裝置以及濺射方法。詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種使基板一邊繞與該基板的處理面(成膜面)垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)一邊進行成膜的濺射裝置以及濺射方法。
背景技術(shù)：
以往，已知如下一種濺射裝置在基板的斜上方偏移配置具備支承靶材的陰極的陰極單元，使基板繞與該基板的處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，同時通過斜入射濺射對靶材進行濺射來在基板上成膜?！ぷ鳛榕c其關(guān)聯(lián)的技術(shù)，例如提出了如下一種濺射方法以及裝置使基板以適度的速度進行旋轉(zhuǎn)，并將靶材的中心軸線相對于基板的法線的角度Θ保持為15° < Θ <45°的關(guān)系(參照專利文獻I)。根據(jù)該濺射裝置，即使使靶材的直徑與基板相同或小于基板，也能夠形成均勻的膜厚和膜質(zhì)的膜。專利文獻1:日本特開2000-265263號公報

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問題但是，即使在使用以往的斜入射濺射技術(shù)形成磁性膜時在表面電阻分布(或者膜厚分布)上也會產(chǎn)生與對其它材料進行成膜的情況相比較大的偏差。但是，在對該磁性膜進行成膜時，其表面電阻(或膜厚分布)的面內(nèi)分布(1σ)實現(xiàn)為不足1%的值，因此并不是很大的問題。另一方面近年來，隨著提高濺射率的要求提高，正嘗試放電電力的高電力化。具體地說，正在嘗試通過增加提供給陰極的放電電力來提高濺射率。然而，在通過使用高放電電力的斜入射濺射來進行磁性膜的成膜的情況下，表面電阻或膜厚分布的偏差進一步增大，而成為無法忽視的問題。因此，本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種濺射裝置以及濺射方法，其在通過斜入射濺射進行成膜的情況下，能夠形成表面電阻的面內(nèi)分布(或膜厚的面內(nèi)分布)的均勻性良好的膜。用于解決問題的方案為了達到上述目的而形成的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下。S卩，本發(fā)明的第一方式所涉及的濺射裝置具備基板保持架，其保持基板，使基板能夠繞與基板處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)；基板磁場形成裝置，其配置于上述基板的周圍，能夠與上述基板一起旋轉(zhuǎn)或與基板同步地進行旋轉(zhuǎn)，用于在上述基板的處理面上形成磁場；以及陰極，其配置于上述基板的斜向位置上，該陰極被供給放電電力。然后，本發(fā)明的第一方式所涉及的濺射裝置的特征在于，還具備位置檢測裝置，其檢測上述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及控制裝置，其根據(jù)上述位置檢測裝置所檢測到的上述基板的旋轉(zhuǎn)位置來控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的第一方式中，上述基板具備根據(jù)上述磁場的形成狀態(tài)而生成的第一部分和第二部分，該第一部分容易吸引濺射粒子，該第二部分與上述第一部分相比對濺射粒子的吸引力較弱。然后，較為理想的是，上述控制裝置進行以下控制在上述基板的第一部分位于與通過放電電力的供給而進行放電的陰極相近的位置時控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度為第一旋轉(zhuǎn)速度；在上述基板的第二部分位于與上述進行放電的陰極相近的位置時使上述基板的旋轉(zhuǎn)速度為比上述第一旋轉(zhuǎn)速度慢的第二旋轉(zhuǎn)速度。較為理想的是，上述控制裝置進行以下控制隨著上述第一部分接近通過放電電力的供給而進行放電的陰極，逐漸加快上述基板的旋轉(zhuǎn)速度，控制其變?yōu)樯鲜龅谝恍D(zhuǎn)速度；隨著上述第二部分接近上述進行放電的陰極，逐漸減慢上述基板的旋轉(zhuǎn)速度，控制其變?yōu)樯鲜龅诙D(zhuǎn)速度。另外，本發(fā)明的第一方式包括以下的優(yōu)選方式上述基板磁場形成裝置在上述基板的處理面內(nèi)形成朝向一個方向的單向磁場，在將平行于該單向磁場的方向而延伸的并通過上述基板的中心的直線在上述基板磁場形成裝置的N極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為N極側(cè)中央緣部、將該直線在上述基板磁場形成裝置的S極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為S極側(cè)中央緣部時，上述第一部分是N極側(cè)中央緣部，上述第二部分是S極側(cè)中央緣部。并且，本發(fā)明的第一方式中的上述控制裝置優(yōu)選將上述旋轉(zhuǎn)速度計算成上述基板的旋轉(zhuǎn)角的正弦波函數(shù)，來控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度。然后，本發(fā)明的第一方式包括以下的優(yōu)選方式設(shè)置有多個陰極，能夠選擇性地對它們提供放電電力。本發(fā)明的第二方式所涉及的濺射裝置具備基板保持架，其保持基板，使基板能夠繞與基板處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸 進行旋轉(zhuǎn)；基板磁場形成裝置，其配置于上述基板的周圍，能夠與上述基板一起旋轉(zhuǎn)或與上述基板同步地進行旋轉(zhuǎn)，由在上述基板的處理面內(nèi)形成朝向一個方向的單向磁場的電磁鐵構(gòu)成；以及陰極，其配置于上述基板的斜向位置上，向該陰極供給放電電力。然后，本發(fā)明的第二方式所涉及的濺射裝置的特征在于，還具備位置檢測裝置，其檢測上述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及控制裝置，其根據(jù)上述位置檢測裝置所檢測到的上述基板的旋轉(zhuǎn)位置來控制提供給上述基板磁場形成裝置的電流，其中，在將平行于上述單向磁場的方向而延伸的并通過上述基板的中心的直線在上述基板磁場形成裝置的N極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為N極側(cè)中央緣部、將上述直線在上述基板磁場形成裝置的S極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為S極側(cè)中央緣部時，上述控制裝置通過調(diào)整對上述基板磁場形成裝置提供的電流，來隨著上述N極側(cè)中央緣部接近通過放電電力的供給而進行放電的陰極逐漸減少N極的磁力，隨著上述S極側(cè)中央緣部接近上述進行放電的陰極逐漸增加N極的磁力。本發(fā)明的第三方式是一種濺射方法，在沿基板的處理面形成磁場的狀態(tài)下，使上述基板繞與上述處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，同時通過從上述基板的處理面的斜向進行的濺射來形成磁性膜，該濺射方法的特征在于，根據(jù)上述基板的旋轉(zhuǎn)位置控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的第三方式中，較為理想的是，上述基板具備根據(jù)上述磁場的形成狀態(tài)而生成的第一部分和第二部分，該第一部分容易吸引濺射粒子，該第二部分與上述第一部分相比對濺射粒子的吸引力較弱。而且，在本發(fā)明的第三方是中在上述基板的第一部分位于與通過放電電力的供給而進行放電的陰極相近的位置時使上述基板的旋轉(zhuǎn)速度為第一旋轉(zhuǎn)速度，在上述基板的第二部分位于與上述進行放電的陰極相近的位置時使上述基板的旋轉(zhuǎn)速度為比上述第一旋轉(zhuǎn)速度慢的第二旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的第三方式中，較為理想的是，隨著上述第一部分接近通過放電電力的供給而進行放電的陰極，逐漸加快上述基板的旋轉(zhuǎn)速度，使其變?yōu)樯鲜龅谝恍D(zhuǎn)速度，隨著上述第二部分接近上述進行放電的陰極，逐漸減慢上述基板的旋轉(zhuǎn)速度，使其變?yōu)樯鲜龅趡■旋轉(zhuǎn)速度。另外，在本發(fā)明的第三方式中，較為理想的是，使沿上述基板的處理面形成的磁場為在上述基板的處理內(nèi)朝向一個方向的單向磁場，在將平行于該單向磁場的方向而延伸的并通過上述基板的中心的直線在上述基板磁場形成裝置的N極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為N極側(cè)中央緣部、將該直線在上述基板磁場形成裝置的S極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為S極側(cè)中央緣部時，上述第一部分是N極側(cè)中央緣部，上述第二部分是S極側(cè)中央緣部。并且，較為理想的是，將上述旋轉(zhuǎn)速度計算成上述基板的旋轉(zhuǎn)角的正弦波函數(shù)，來控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度。

本發(fā)明的第四方式是一種濺射方法，在利用電磁鐵在基板的處理面內(nèi)形成朝向一個方向的單向磁場的狀態(tài)下，使上述基板繞與上述處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，同時通過從上述基板的處理面的斜向進行的濺射來形成磁性膜。然后，本發(fā)明的第四方式的特征在于，在將平行于上述單向磁場的方向而延伸的并通過上述基板的中心的直線在上述基板磁場形成裝置的N極側(cè)交叉的上述基板的周緣部作為N極側(cè)中央緣部、將上述直線在上述基板磁場形成裝置的S極側(cè)交叉到的上述基板的周緣部作為S極側(cè)中央緣部時，通過調(diào)整對上述電磁鐵提供的電流，來隨著上述N極側(cè)中央緣部接近通過放電電力的供給而進行放電的陰極逐漸減少N極的磁力，隨著上述S極側(cè)中央緣部接近上述進行放電的陰極逐漸增加N極的磁力。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在通過使用高放電電力的斜入射濺射形成磁性膜的情況下，也能夠得到膜厚分布或表面電阻的面內(nèi)分布的均勻性良好的膜。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的一例所涉及的濺射裝置的概要截面圖。圖2是示意性地表示基板磁場產(chǎn)生單元的一例以及該基板磁場產(chǎn)生單元所形成的單向磁場的平面圖。圖3是示意性地表示基板保持架與陰極單元之間的配置關(guān)系的平面圖。圖4是由控制裝置對基板保持架的旋轉(zhuǎn)速度進行控制的機構(gòu)的說明圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的原理的圖。圖6是基板保持架的旋轉(zhuǎn)速度的控制例的說明圖。圖7是形成于基板上的膜的表面電阻分布的說明圖。圖8是表示作為能夠應(yīng)用本發(fā)明形成的電子部件的一例的TMR元件的說明圖。圖9是示意性地表示本發(fā)明的其它例所涉及的濺射裝置的概要截面圖。圖10是示意性地表示本發(fā)明的其它例所涉及的濺射裝置的概要截面圖。附圖標(biāo)記說明1:濺射裝置；100 :濺射裝置；101 :濺射裝置；10 :腔(反應(yīng)容器)；11 :排氣泵；12 氣體注入ロ ；13 :反應(yīng)性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)；21 :基板；22 :基板保持架；23 :位置檢測裝置；30 基板磁場形成裝置；30’ 電磁鐵；31 :磁鐵片；40 :陰極單元；41 :陰極；42 :靶材；43 :放電用氣體導(dǎo)入系統(tǒng)；44 :擋板(shutter) ；50 :控制裝置；51 :目標(biāo)速度計算部；52 :驅(qū)動信號生成部；60 :旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；61 :保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部；62 :反饋控制部；Nc N極側(cè)中央緣部；Sc :S極側(cè)中央緣部。
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明并不限定于本實施方式。首先，基于圖f圖8來說明本發(fā)明所涉及的濺射裝置以及濺射方法的一例。此夕卜，圖1與圖3的A-B截面相當(dāng)。另外，在圖1和圖6中，虛線的斜線部示意性地表示等離子體。
如圖1所示，本例的濺射裝置I具備對處理空間劃分形成的腔(Chamber)(反應(yīng)容器)10。該腔10通過閘閥等未圖示的主閥連接排氣泵11，該排氣泵11作為能夠?qū)υ撉?0的內(nèi)部進行排氣以使其達到所期望的真空度的排氣系統(tǒng)。該腔10上開有氣體注入ロ 12，該氣體注入ロ 12與向腔10的內(nèi)部導(dǎo)入反應(yīng)性的處理氣體(反應(yīng)性氣體)的反應(yīng)性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)13連接。反應(yīng)性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)13例如通過質(zhì)量流量控制器等自動流量控制器(未圖示)連接氣體罐(未圖示)，從而以規(guī)定的流量從氣體注入ロ 12導(dǎo)入反應(yīng)性氣體。在要在腔10內(nèi)進行反應(yīng)性濺射的情況下，該反應(yīng)性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)13對腔10內(nèi)提供反應(yīng)性氣體。在腔10內(nèi)的處理空間的下部設(shè)置有用于在基板保持架22的上表面支承圓盤狀的基板21的基板保持架22。通常利用搬運機器人(handling robot)(未圖示)將作為處理對象的基板21通過水平槽(未圖示)運送到基板保持架22上?；灞３旨?2是圓盤狀的載置臺，例如能夠通過靜電吸附將基板21吸附在基板保持架22的上表面上來支承該基板21?；灞３旨?2由導(dǎo)電性部件形成，其還作為在分別設(shè)置于后述的陰極單元40、40、…中的陰極41、41、…之間產(chǎn)生放電的電極而發(fā)揮功能。該基板保持架22與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60連接，構(gòu)成為能夠繞其中心軸進行旋轉(zhuǎn)，從而使載置面上所吸附支持的基板21繞與該基板的處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)。另外，基板保持架22的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60上設(shè)置有位置檢測裝置23，該位置檢測裝置23檢測基板21的旋轉(zhuǎn)位置(基板保持架22的旋轉(zhuǎn)位置，由后述的基板磁場產(chǎn)生裝置30形成的磁場M的旋轉(zhuǎn)位置)。例如能夠使用旋轉(zhuǎn)編碼器作為該位置檢測裝置23。此外，50是控制裝置，稍后對其進行敘述。
如圖1和圖2所示，圓盤狀的基板保持架22的外徑被設(shè)定得比基板21的外徑大，該基板保持架22上的基板21的周圍配設(shè)有基板磁場形成裝置30。在基板保持架22的載置面的周圍，沿基板保持架22的圓周方向等間隔地配設(shè)多個由永磁鐵形成的磁鐵片31，由此構(gòu)成本例的基板磁場形成裝置30。如圖2所示，基板磁場形成裝置30沿基板21的處理面在處理面內(nèi)形成朝向ー個方向的一樣的單向磁場M。圖2所不的基板磁場形成裝置30構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)利用偶極環(huán)(Dipole Ring)將被磁化為各不相同的方向的多個圓弧狀的磁鉄片31組合成環(huán)狀，形成上述單向磁場M?；宕艌鲂纬裳b置30通過與基板保持架22設(shè)置為一體而與基板21 —起旋轉(zhuǎn)，因此上述單向磁場M也與基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)一起進行旋轉(zhuǎn)。將通過基板21的中心并平行于單向磁場M的方向而延伸的直線在基板磁場形成裝置30的N極側(cè)交叉的基板21的周緣部作為N極側(cè)中央緣部Ne，將該直線在基板磁場形成裝置30的S極側(cè)交叉的基板21的周緣部作為S極側(cè)中央緣部Sc。本發(fā)明中的基板磁場形成裝置30的結(jié)構(gòu)并不限定于上述結(jié)構(gòu)。構(gòu)成基板磁場形成裝置30的磁鐵也可以不是將磁鉄片31連接在一起而形成的，而是形成為整體的環(huán)狀。另夕卜，基板磁場形成裝置30也可以被設(shè)置成圍繞基板保持架22的周圍的其它的部件，并構(gòu)成為能夠與基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)同步地進行旋轉(zhuǎn)。并且，構(gòu)成基板磁場形成裝置30的磁鐵并不限于永磁鐵，也可以使用電磁鉄。

如圖1所示，基板21以在基板保持架22的載置面上保持水平狀態(tài)的方式被保持。例如使用圓板狀的硅晶圓作為基板21，但是并不限于此。上述基板保持架22的斜上方配置有具備陰極41、41、…的多個陰極単元40、
40、 ，該陰極41、41、 分別保持革巴材42、42、 ，該陰極41、41、 被供給放電電力。即，針對ー個基板保持架22設(shè)置有多個陰極単元40、40、…，該多個陰極単元40、40、…分別以傾斜的狀態(tài)安裝在腔10的上壁部上。因而，變?yōu)槿缦碌臓顟B(tài)多個陰極41、41、…相對于ー個基板保持架22分別配置于與該基板保持架22傾斜方向的位置上。如圖1和圖3所示，在本例中，腔10的上壁部上設(shè)置有五部陰極單元40、40、…，但是陰極單元40、40、…的數(shù)量并不限定于此。各陰極單元40、40、…被配置成各陰極
41、41、…傾斜于基板保持架22上的基板21的處理面，并且各陰極41、41、…的中心位于以基板保持架22的旋轉(zhuǎn)軸為中心的圓形的圓周方向上，且間隔相等。這樣，通過在同一腔10內(nèi)設(shè)置多個陰極単元40、40、 ，能夠在ー個腔10內(nèi)形成層疊體的膜。此外，基板21的直徑、陰極41所保持的靶材42、42、…的直徑并沒有特別限定，在將基板21的中心和陰極41、41、…的中心偏移配置、使基板21進行旋轉(zhuǎn)來成膜的情況下，即使靶材42、42、…的直徑小于基板21的直徑也能夠進行均勻的成膜。各陰極單元40、40、…中的陰極41、41、…的背面?zhèn)壬暇邆渑渲昧硕鄠€永磁鐵的磁控管(Magnetron),從而在祀材42、42、…的表面?zhèn)刃纬纱艌?。磁控管例如可以?gòu)成為在陰極41、41、…的背面?zhèn)葮?gòu)成縱橫地配置永磁鐵的磁組件,從而在祀材42、42、…的表面?zhèn)刃纬晒葱未艌?Cusp Magnetic Field)。各陰極單元40、40、…的陰極41、41、…的表面?zhèn)壬戏謩e安裝有板狀的靶材42、
42、…。S卩，各靶材42、42、…設(shè)置于比陰極41、41、…更靠近處理空間側(cè)的位置，各靶材42、42、…被配置成面向斜下方。靶材42、42、…的材質(zhì)根據(jù)要在基板21上形成的膜的種類而不同。此外，在本例中，配置了五部陰極單元40、40、 ，因此例如能夠安裝材質(zhì)不同的五種靶材42、42、…，但是本發(fā)明并不限定于此。各陰極單元40、40、…與對其分別具備的陰極41、41、…提供放電電カ的未圖示的放電用電源電連接。放電用電力可以是高頻電力、DC(Direct Current :直流電)電力、或高頻電カ與DC電カ的重疊中的任意ー個電力。另外，選擇性地對分別設(shè)置于多個陰極単元
40、40、…的多個陰極41、41、…提供放電電力，但是各陰極41、41、…也可以連接獨立的放電用電源，還可以設(shè)置開關(guān)等切換機構(gòu)，以作為共用的放電用電源對各陰極41、41、…選擇性地進行電力供給。并且，各陰極單元40、40、…與在各個陰極41、41、…附近提供放電用的處理氣體(放電用氣體)的放電用氣體導(dǎo)入系統(tǒng)43相連接。例如使用Ar(氬)等惰性氣體作為放電用氣體。通過在對所選擇的陰極41提供放電電カ的同時在該陰極41的附近提供放電氣體，由此使該陰極41與基板保持架21之間產(chǎn)生等離子體放電，從而能夠?qū)Π惭b在該陰極41上的靶材42進行濺射。另外，在各陰極單元40、40、…的前方設(shè)置有能夠選擇性地將陰極41、41、…與基板保持架22之間打開或關(guān)閉的擋板44。通過選擇性地開放該擋板44，能夠從分別保持于陰極41、41、…的多個靶材42、42、…中選擇目標(biāo)靶材42來執(zhí)行濺射。另外，能夠防止進行濺射的靶材42受到其它靶材42、42、…的污染。本例的濺射裝置I與一般的同類裝置同樣地具備按規(guī)定的程序和檢測數(shù)據(jù)控制成膜處理動作的控制裝置。控制裝置由一般的計算機和各種設(shè)備構(gòu)成，其控制對陰極41、
41、…的放電電カ的接通/斷開、擋板44的開閉、放電用氣體導(dǎo)入系統(tǒng)43的放電用氣體的供給和停止、反應(yīng)性 氣體導(dǎo)入系統(tǒng)13的反應(yīng)性氣體的供給和停止、排氣泵11的動作、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60的動作等。在本發(fā)明中，作為上述公知的控制成膜處理動作的控制系統(tǒng)的一部分或者該控制系統(tǒng)具有以下特征，具備對基板21的旋轉(zhuǎn)速度進行調(diào)整的控制裝置50。如圖4所示，控制裝置50根據(jù)位置檢測裝置23所檢測到的基板21的旋轉(zhuǎn)位置，來調(diào)整基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度(基板21的旋轉(zhuǎn)速度)。控制裝置50具備目標(biāo)速度計算部51和驅(qū)動信號生成部52，具有根據(jù)基板21的旋轉(zhuǎn)位置將基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度控制為預(yù)定速度的功能。能夠以圖2中說明的N極側(cè)中央緣部Ne或S極側(cè)中央緣部Sc的位置為基準(zhǔn)來檢測基板21的旋轉(zhuǎn)位置。目標(biāo)速度計算部51根據(jù)由位置檢測裝置23檢測到的旋轉(zhuǎn)位置算出基板保持架22的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度。例如能夠通過預(yù)先將旋轉(zhuǎn)位置與目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的對應(yīng)關(guān)系保持為圖5所示的對應(yīng)表來運算該目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的值。另外，驅(qū)動信號生成部52根據(jù)由目標(biāo)速度計算部51算出的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度生成用于使速度成為該目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的驅(qū)動信號，并輸出到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60具備反饋控制部62和保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部61。由上述驅(qū)動信號生成部52生成的驅(qū)動信號被發(fā)送到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60的反饋控制部62。本例中的位置檢測裝置23除了檢測上述基板21的旋轉(zhuǎn)位置以外還能夠檢測基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度(基板21的旋轉(zhuǎn)速度)。在反饋控制部62中，根據(jù)由上述目標(biāo)速度計算部51算出的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度與從該位置檢測裝置23輸出的基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度之間的偏差來決定保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部61的操作值。然后，根據(jù)該操作值對作為伺服電機的保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部61的驅(qū)動進行控制，從而控制基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度。
在本例中，如上所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)60具備保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部61和反饋控制部62,但是反饋控制部62并非必需的，也可以利用上述驅(qū)動信號直接使保持架旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部61進行動作。接著，說明本例的濺射裝置I的作用并且使用該濺射裝置I實施的濺射方法。關(guān)于使用了本發(fā)明所涉及的裝置的濺射方法，首先將作為處理對象的基板21設(shè)置在基板保持架22上。例如使用搬運機器人(未圖示)將基板21通過水平槽(未圖示)運送到基板保持架22上。然后，根據(jù)需要，從未圖示的電源對基板保持架22施加基板偏置電壓。接著，通過排氣系統(tǒng)對腔10的內(nèi)部進行排氣，直到腔10的內(nèi)部達到規(guī)定的真空度。然后，從放電用氣體導(dǎo)入系統(tǒng)43對腔10的內(nèi)部導(dǎo)入Ar等放電用氣體。在進行反應(yīng)性濺射的情況下，從反應(yīng)性氣體導(dǎo)入系統(tǒng)13向腔10的內(nèi)部導(dǎo)入反應(yīng)性氣體。五部陰極單元40、40、…的各陰極41、41、…上例如安裝材料成分各不相同的五種靶材42、42、…。各靶材42、42、…例如呈圓板狀，并形成為完全相同的尺寸。如上所述，陰極41、41、…的傾斜角在本發(fā)明中沒有特別限定，但是優(yōu)選以如下的方式配置陰極單元40、40、…:使陰極41、41、…的中心軸相對于基板21的處理面的法線的角度0為大于0°且小于等于45°的角度。更為理想的是，如果將上述角度0設(shè)定為大于等于5°且小于等于35°，則會提高所得到的膜的膜厚或表面電阻值的面內(nèi)均勻性。在該狀態(tài)下，首先，在第一陰極單元40的第一靶材42的表面形成磁場，從未圖示的放電用電源對第一陰極41提供放電電力，使其與基板保持架22之間產(chǎn)生等離子體放電，來對第一祀材42進行派射,從而在基板21上進行第一層的成膜。優(yōu)選將放電電カ設(shè)為50W以上，以得到高濺射率。另外，根據(jù)本發(fā)明，即使在使用這種高放電電カ(例如IkW以上)的情況下，也能夠?qū)⑺玫降哪さ哪ず窕虮砻骐娮璧拿鎯?nèi)分布壓制為較低，從而能夠得到高效且均勻性高的膜。
在該成膜時，在基板21的處理面上形成單向磁場M，同時使基板21繞與其處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)。并且，在第一陰極41放電的過程中，由位置檢測裝置23檢測基板21的旋轉(zhuǎn)位置，并且根據(jù)位置檢測裝置23檢測到的旋轉(zhuǎn)位置來調(diào)整基板21的旋轉(zhuǎn)速度。之后，依次切換要提供放電電カ的陰極單元40、40、…，從第二陰極單元40到第五陰極單元40同樣進行成膜操作。下面，進ー步詳細(xì)說明基板的旋轉(zhuǎn)速度的控制。圖6示出了在基板21的處理面內(nèi)形成圖2說明的單向磁場M、而不論基板21的旋轉(zhuǎn)位置如何都使基板21 (基板保持架22)以固定速度旋轉(zhuǎn)并對磁性材料(例如NiFe)進行成膜的狀態(tài)。在該方式下，與基板21的處理面內(nèi)的單向磁場M相關(guān)性較強的特定部分處膜厚變厚。具體地說，圖2說明的N極側(cè)中央緣部Ne側(cè)的膜厚變大，S極側(cè)中央緣部Sc側(cè)的膜厚變小，N極側(cè)中央緣部Ne附近與S極側(cè)中央緣部Sc附近之間的膜厚變大。另外，當(dāng)不在基板21的處理面內(nèi)形成磁場時，接近靶材42的位置上的濺射粒子的堆積量較多，遠(yuǎn)離靶材42的濺射粒子的堆積量較少。考慮到以下的情況當(dāng)在基板21的處理面內(nèi)形成磁場吋，雖然其基本分布不發(fā)生變化，但是根據(jù)在基板21的處理面上形成的磁場的形成狀態(tài)，在基板21的處理面內(nèi)產(chǎn)生容易吸引濺射粒子的第一部分和與該第一部分相比對濺射粒子的吸引力較弱的第二部分。
此外，在基板21的處理面上形成的磁場不是單向磁場M的情況下，哪部分成為第一部分和第二部分因以下原因而不同根據(jù)陰極41與基板保持架22的位置關(guān)系、基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度、進行磁控濺射時設(shè)置于陰極41側(cè)的磁體的結(jié)構(gòu)等。因而，優(yōu)選預(yù)先進行預(yù)備試驗來求出第一部分和第二部分，進行與第一部分和第二部分相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度控制。能夠通過將基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為固定來進行成膜，并對得到的膜的厚度分布進行測量，來進行求出該第一部分和第二部分的預(yù)備試驗。本發(fā)明中的控制裝置50進行以下控制在根據(jù)在基板21的處理面上形成的磁場的形成狀態(tài)而產(chǎn)生的、容易吸引濺射粒子的基板21的第一部分位干與利用放電電カ的供給而進行放電的陰極41 (靶材42)相近的位置時，將基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度控制為第一旋轉(zhuǎn)速度。另外，在與上述第一部分相比對濺射粒子的吸引力較弱的基板21的第二部分位干與上述進行放電的陰極41 (靶材42)相近的位置時，將基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度控制為比第一旋轉(zhuǎn)速度慢的第二旋轉(zhuǎn)速度。然后，通過進行這種控制，能夠抵消膜厚的偏差。通常，第一旋轉(zhuǎn)速度是最高速度，第二旋轉(zhuǎn)速度是最低速度。在基板21的處·理面上形成單向磁場M的情況下，第一部分位于N極側(cè)中央緣部Ne附近，第二部分位于S極側(cè)中央緣部Sc附近。在這種情況下，控制裝置50進行以下控制在N極側(cè)中央緣部Ne位于與利用放電電カ的供給而正在進行放電的陰極41 (靶材42)相近的位置時使基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度控制為第一旋轉(zhuǎn)速度。然后，在S極側(cè)中央緣部Sc位于與進行放電的陰極41 (靶材42)相近的位置時將基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度控制為比第一旋轉(zhuǎn)速度慢的第二旋轉(zhuǎn)速度。通過上述控制裝置50的控制，基板21 (基板保持架22)重復(fù)從第一旋轉(zhuǎn)速度變化為第二旋轉(zhuǎn)速度、從第二旋轉(zhuǎn)速度變化為第一旋轉(zhuǎn)速度。從第一旋轉(zhuǎn)速度變化為第二旋轉(zhuǎn)速度或從第二旋轉(zhuǎn)速度變化為第一旋轉(zhuǎn)速度可以是通過兩步以上的步驟分段進行的，但是優(yōu)選連續(xù)進行以易于抑制所得到的膜的膜厚或表面電阻分布。另外，可以使旋轉(zhuǎn)速度以固定的比例發(fā)生變化，但是將旋轉(zhuǎn)速度計算成基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)位置(旋轉(zhuǎn)角)的正弦波函數(shù)來進行控制的情況更為理想。進ー步具體地說，在本發(fā)明中，較為理想的是，如圖6和下述式(I)所示，對旋轉(zhuǎn)速度進行控制使得相對于基板21的旋轉(zhuǎn)位置(旋轉(zhuǎn)角)0、基板21的旋轉(zhuǎn)速度y為正弦波。Y=Asin ( 9 + a ) +B …(I)A=a B …(2)S卩，控制裝置50根據(jù)上述式(I)，將基板保持架22的旋轉(zhuǎn)速度(基板21的旋轉(zhuǎn)速度)計算成基板21的旋轉(zhuǎn)角的正弦波函數(shù)。此外，0為0°彡0彡360°。另外，A是旋轉(zhuǎn)速度的振幅，a是相位角，B是旋轉(zhuǎn)速度的振幅的中心值，a是旋轉(zhuǎn)速度的變動率。在上述式(I)中，能夠在可實現(xiàn)均勻的成膜的范圍內(nèi)任意地設(shè)定振幅A。例如，能夠如上述式(2)所示那樣根據(jù)中心值B的值來決定該振幅A，在這種情況下，變動率a優(yōu)選
0.ro. 4這樣的值。如果過小則難以得到本發(fā)明的效果，如果過大則會超過抵消不變速時的偏差的水平，反而使均勻性變差。B優(yōu)選大于Orpm小于等于lOOrpm。圖7用等高線表示了形成的膜的表面電阻分布，等高線是標(biāo)準(zhǔn)化后的表面電阻值，其間隔為0.01。此外，表面電阻值為大致與膜厚的倒數(shù)成正比的值。利用下述式(3)表示標(biāo)準(zhǔn)化后的表面電阻值Rn。此外，式(3)中，Rs是表面電阻值，Rs，max是表面電阻值的最大值。Rn=Rs/Rs, max …(3)圖7的(a)是進行基板21的旋轉(zhuǎn)速度的正弦波控制而形成的膜的表面電阻分布(實施方式)，(b)是將成膜時的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為固定而形成的膜的表面電阻分布(比較方式)。實施方式的成膜條件如下靶材42的材料是NiFe，放電電カ是4kW，成膜壓カ是
0.05Pa，基板21的旋轉(zhuǎn)速度的振幅A的變動率是14%，振幅的中心B是30rpm。比較方式將基板21的旋轉(zhuǎn)速度固定地設(shè)為30rpm，其它條件與實施方式相同。如圖7所示，在實施方式中表面電阻的面內(nèi)分布(I O )為0. 5%，與此相對地，比較方式中表面電阻的面內(nèi)分布(I O )為3. 1%，可以確認(rèn)為實施方式中面內(nèi)分布的均勻性是非常優(yōu)秀的。此外，在圖7的(b)中，圖2中說明的磁場M的方向是與等高線大致正交的方向，N極側(cè)表面電阻較小(即膜厚較厚)，S極側(cè)表面電阻值較大(即膜厚較小)。在圖7的(a)中磁場M的方向也是與等高線大致正交的方向，與圖7的(b)相比表面電阻分布大幅消除。本實施方式的基板21的旋轉(zhuǎn)速度控制并不限于正弦波控制，也可以將旋轉(zhuǎn)位置的一次函數(shù)、二次函數(shù)等進行合成。另外，可以在成膜的整個期間內(nèi)進行相同的正弦波控制，但是也可以例如在成膜的初期、中期、后期改變旋轉(zhuǎn)速度的控制方法。另外，也可以除了第一部分和第二部分之外還求出第三部分，設(shè)定為與第一部分和第二部分不同的旋轉(zhuǎn)速度。作為適于使用本發(fā)明制造 的電子部件的例子，存在TMR(Tunneling Magnetoresistance :穿遂磁阻)元件。如圖8所示，TMR元件的基本層結(jié)構(gòu)包括磁隧道結(jié)部分(MTJ部分)111，該磁隧道結(jié)部分111由第二磁化固定層107、隧道勢壘層108以及磁化自由層109構(gòu)成。例如，第二磁化固定層107包含強磁性材料，隧道勢壘層108包含金屬氧化物(氧化鎂、氧化鋁等)絕緣材料，磁化自由層109包含強磁性材料。此外，在圖8的(a)中，112是下部電極層，113是緩沖層，114是反強磁性層，115是第一磁化固定層，116是交換耦合用非磁性層，117是保護層，118是上部電極層。TMR元件具有以下的特性如圖8的(b)所示那樣，在對隧道勢壘層108的兩側(cè)的強磁性層、即第二磁化固定層107和磁化自由層109之間施加所需電壓來流通固定電流的狀態(tài)下，施加外部磁場，當(dāng)上述強磁性層的磁化方向平行且相同時(稱作“平行狀態(tài)”)，TMR元件的電阻抗最小。另外，如圖8的(c)所示那樣，當(dāng)上述強磁性層的磁化方向平行且相反時(稱作“反平行狀態(tài)”)，TMR元件具有電阻抗最大這樣的特性。隧道勢壘層108的兩側(cè)的強磁性層中，第二磁化固定層107的磁化是固定的，并且磁化自由層109形成為通過施加寫入用的外部磁場形成磁化方向能夠反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在第二磁化固定層107的成膜エ序中，為了磁化為規(guī)定方向，使用基板磁場形成裝置30進行濺射成膜。此時，在成膜過程中，通過根據(jù)基板21的旋轉(zhuǎn)位置進行使旋轉(zhuǎn)速度成為正弦波的控制，從而能夠形成膜厚分布或表面電阻分布均勻的第二磁化固定層107。作為第二磁化固定層107的形成材料，例如能夠使用包括Co (鈷)、Fe (鉄)、Ni (鎳)等強磁性材料作為主成分、對該主成分適當(dāng)添加B等材料而得到的材料。另外，除第二磁化固定層107以外，在對第一磁化固定層106、磁化自由層109等進行成膜時，也使用基板磁場形成裝置30來向規(guī)定方向進行磁化。在這種情況下，也能夠通過使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)速度控制方法來形成膜厚分布或表面電阻分布的均勻性良好的膜。如以上所說明的，本發(fā)明的發(fā)明者們考察到了得到的膜的膜厚或表面電阻值的面內(nèi)分布產(chǎn)生偏差的現(xiàn)象是由于以下的原因由于放電等離子體的電場、在基板21的表面形成的磁場M的影響，濺射粒子在某一方向上受到力。對于這種傾向，在通過以高電カ進行放電來增加等離子體密度時，等離子體的電場和磁體的磁場的影響尤為顯著。因此在本發(fā)明中，當(dāng)在基板21的處理面上形成朝向ー個方向的具有方向性的磁場M、并且使基板21繞與其處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)來進行成膜時，通過根據(jù)基板21的旋轉(zhuǎn)位置調(diào)整基板21的旋轉(zhuǎn)速度來控制成膜時的面內(nèi)分布的偏差。根據(jù)本發(fā)明所涉及的濺射裝置I和濺射方法，即使在以高電力通過斜入射濺射對磁性膜進行成膜的情況下，也能夠形成面內(nèi)分布的均勻性良好的膜。此外，本發(fā)明在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)能夠進行各種變更。例如，在圖9所示的濺射裝置100中，基板21 (基板保持架22)的中心與陰極41(靶材42)的中心在水平方向上相偏移，但是基板21的處理面(基板保持架22的表面)與陰極41的表面(靶材42的表面)平行。即使是這樣平行配置基板21與靶材42的濺射裝置100，也能夠通過在形成磁性膜時由控制裝置50進行已敘述過的基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度的控制來抑制膜厚分布或表面電阻分布的產(chǎn)生。另外，也能夠使用電磁鐵30’來代替圖2說明的磁鐵片31，根據(jù)基板21的旋轉(zhuǎn)位置控制提供給該電磁鐵30’的電流，調(diào)整基板21的處理面上形成的磁場的強度，由此提高成膜的均勻性。例如 ，圖10所示的濺射裝置101基本上與圖1所示的濺射裝置I相同，在控制裝置50也進行對電磁鐵30’的電流控制這一點上與圖1的濺射裝置I不同。圖中102是對電磁鐵30’提供磁場形成用的電流的磁場形成用電源。另外，電磁鐵30’為形成圖2中說明的單向磁場M的電磁鉄片。具體地說，例如，電磁鐵30’具有至少分別設(shè)置于基板的N極側(cè)中央緣部Ne附近和S極側(cè)中央緣部Sc附近、形成圖2中說明的單向磁場M的電磁鐵片?？梢栽趯㈦姶赔熎嗷ル娺B接的狀態(tài)下對電磁鐵片進行電流控制，也可以僅對其中一個(例如N極側(cè)中央緣部Ne附近)電磁鐵片進行電流控制。在本例中的濺射裝置101中，控制裝置50對磁場形成用電源102進行控制，使得在膜厚容易變大的圖2所示的N極側(cè)中央緣部Ne處于進行放電的陰極41側(cè)時提供作為最小電流值的第一電流，在膜厚容易變小的圖2所示的S極側(cè)中央緣部Sc處于進行放電的陰極41側(cè)時提供作為最大電流值的第二電流。使電流值在第一電流與第二電流之間逐漸増加或減少是較為理想的，最好進行上述正弦波控制。對構(gòu)成該基板磁場形成裝置30的電磁鐵的電流控制可以同已詳細(xì)敘述過的基板21 (基板保持架22)的旋轉(zhuǎn)速度的控制ー并進行，也可以獨立進行。本發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于例示的基板處理裝置(磁控濺射裝置)，還能夠應(yīng)用于干法蝕刻(Dry Etching)裝置、等離子灰化(Plasma Asher)裝置、CVD(Chemical VaporDeposition :化學(xué)氣相沉積)裝置以及液晶顯示器制造裝置等等離子處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種濺射方法，在沿基板的處理面形成磁場的狀態(tài)下，使上述基板繞與上述處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)，同時通過從相對上述基板的處理面傾斜的方向的濺射來形成磁性膜，該濺射方法包括 上述基板包括根據(jù)上述磁場的形成狀態(tài)生成的第一部分和第二部分，該第一部分容易吸引濺射粒子，該第二部分與上述第一部分相比對濺射粒子的吸引力較弱；以及 在上述基板的第一部分位于與為了進行上述濺射被供給放電電力而正在進行放電的陰極相近的位置時，將上述基板的旋轉(zhuǎn)速度確定為第一旋轉(zhuǎn)速度，并且在上述基板的第二部分位于與正在進行放電的上述陰極相近的位置時，將上述基板的旋轉(zhuǎn)速度確定為比上述第一旋轉(zhuǎn)速度慢的第二旋轉(zhuǎn)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濺射方法，其特征在于，隨著上述第一部分接近通過放電電力的供給正在進行放電的上述陰極，逐漸使上述基板的旋轉(zhuǎn)速度增加至上述第一旋轉(zhuǎn)速度，并且隨著上述第二部分接近正在進行放電的上述陰極，逐漸使上述基板的旋轉(zhuǎn)速度減小至上述第二旋轉(zhuǎn)速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濺射方法，其特征在于，通過將上述基板的旋轉(zhuǎn)速度計算成上述基板的旋轉(zhuǎn)角的正弦波函數(shù)，來控制上述基板的旋轉(zhuǎn)速度。
全文摘要
一種濺射方法，在基板(21)的處理面上形成磁場、使用高放電電力并通過斜入射濺射對磁性膜進行成膜的情況下，能夠形成膜厚或表面電阻的面內(nèi)分布的均勻性良好的膜。濺射裝置(1)具備基板保持架(22)，其保持基板(21)，使基板能夠繞與基板處理面垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)；基板磁場形成裝置(30)，其配置于基板(21)的周圍，在基板(21)的處理面上形成磁場；陰極(41)，其配置于基板(21)的斜上方，放電電力供給至該陰極(41)；位置檢測裝置(23)，其檢測基板(21)的旋轉(zhuǎn)位置；以及控制裝置(50)，其根據(jù)位置檢測裝置(23)所檢測到的旋轉(zhuǎn)位置來調(diào)整基板(21)的旋轉(zhuǎn)速度。
文檔編號C23C14/34GK103046008SQ20121054393
公開日2013年4月17日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者北田亨, 渡邊直樹, 長井基將, 末永真寬, 金野武郎 申請人:佳能安內(nèi)華股份有限公司