濺射裝置、濺射方法和電子器件制造方法

專利名稱：濺射裝置、濺射方法和電子器件制造方法
技術領域：
本發明涉及用于通過向陰極施加高電壓以在陰極和基板保持器之間產生放電并且濺射連附到陰極的靶而在基板上沉積膜的濺射裝置和濺射方法，以及電子器件制造方法。更特別地，本發明涉及用于在沿基板的處理面旋轉基板的同時沉積膜的濺射裝置和濺射方法，以及電子器件制造方法。
背景技術：
常規上已知在基板上沉積膜的濺射裝置。更特別地，在基板的斜上方偏移布置支撐靶的陰極。在沿基板的處理面旋轉基板的同時，通過斜入射濺射來濺射靶材料。作為與此相關的技術，提出了一種濺射方法和裝置，在該濺射方法和裝置中，基板以適當的速度旋轉，并且，靶的中心軸關于基板的法線的角度θ保持在 15° < θ <45° (參見專利文獻1)。即使靶直徑小于或等于基板直徑，該濺射裝置也可產生具有均勻的厚度和質量的膜。引文列表專利文獻專利文獻1 日本專利特開No. 2000-265263

發明內容
技術問題即使當使用常規的斜入射濺射技術以沉積磁性膜時，與使用另一材料的膜沉積相比，薄層電阻(sheet resistance)分布也變得不均勻。但是，由于面內分布(1 σ )小于1%， 因此不發生嚴重的問題。最近，隨著對更高濺射速率(sputtering rate)的需求的增加，已嘗試增大放電功率。當通過使用高功率的斜入射濺射來沉積磁性膜時，薄層電阻分布變得非常地不均勻。 當使用多個陰極來共濺射多個靶時，膜沉積分布的不均勻性導致各靶材料的分布的不均勻性。為了解決以上的問題，做出了本發明，并且，本發明的目的是，提供能夠沉積具有均勻的面內分布的膜并且容易地制造高性能電子器件的濺射技術。問題的解決方案為了解決以上的問題，根據本發明的濺射裝置包括基板保持器，保持基板以能夠沿基板的處理面的面方向旋轉基板；基板磁場形成裝置，被布置在基板周圍，用于在基板的處理面上形成磁場；陰極，被布置在與基板斜向對置的位置處，并且接收放電功率；位置檢測裝置，用于檢測基板的旋轉位置；和功率控制裝置，用于根據由位置檢測裝置檢測的旋轉位置來控制向陰極施加的功率。根據本發明的濺射方法包括通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處的陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，執行膜沉積。根據本發明的電子器件制造方法包括膜沉積步驟，通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處的陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，通過濺射方法沉積膜。本發明的有益效果本發明可沉積具有膜厚和組分的均勻面內分布的膜，并且可制造高性能電子器件。


包含于說明書中并且構成說明書的一部分的附圖示出本發明的實施例，并且與描述一起用于說明本發明的原理。
圖1是示意性地示出根據第一實施例的濺射裝置的示意性截面圖2是示意性地示出由基板側磁體形成的磁場的例子的平面圖3是示出根據第一實施例的陰極單元和控制器的布置的框圖4是例示根據實施例的放電功率正弦波控制圖的示圖5是示出通過施加恒定放電功率沉積磁性材料的比較例的濺射裝置的視圖6A是例示根據實施例的基板上的薄層電阻分布(膜厚分布)的視圖6B是例示比較例中的基板上的薄層電阻分布(膜厚分布)的視圖7是示出根據第二實施例的控制器的布置的框圖8是例示限定靶材料和控制模式之間的對應關系的表的表；
圖9是用于說明圖8中的控制模式的視圖10是示意性地示出根據第三實施例的濺射裝置的示意性截面圖11是示意性地示出根據第三實施例的濺射裝置的平面圖12是示出根據第三實施例的陰極單元和控制器的布置的框圖13是示出根據第四實施例的控制器的布置的框圖14是例示限定陰極位置和控制模式之間的對應關系的表的表；
圖15是示出根據第五實施例的濺射裝置的布置的框圖16例示濺射裝置的另一布置；
圖17是示出作為可通過應用本發明的濺射方法制造的電子部件的例子的TMR元件的說明視圖。
具體實施例方式以下將參照附圖描述本發明的實施例。但是，本發明不限于以下的實施例。[第一實施例]如圖1所示，根據第一實施例的濺射裝置包括分割并且形成處理空間的腔室(反應容器)10。作為能夠將腔室10的內部抽空到希望的真空度的排氣系統，真空泵11經由諸如閘閥之類的主閥(未示出)與腔室10連接。在其上表面上支撐盤狀基板21的盤狀基板保持器22被布置在腔室10中的處理空間的底部。一般地，要被處理的基板21經由水平狹槽(未示出)通過操作機器人(未示出)被運載到基板保持器22上。基板保持器22是盤狀載置臺(臺架)，并且，例如在其上表面上以靜電方式吸著和支撐基板21。基板保持器22由導電部件形成，并且還用作在基板保持器22和陰極41 (后面描述)之間產生放電的電極。基板保持器22與旋轉驅動機構(未示出)連接，并且可圍繞其中心軸旋轉。沿基板21的處理面，基板保持器22旋轉在支撐面上吸著和支撐的基板21。基板保持器22的旋轉單元或旋轉驅動機構包括位置檢測單元(位置傳感器)23，該位置檢測單元(位置傳感器)23檢測基板21的旋轉位置(基板保持器22的旋轉位置或由基板側磁體30 (后面描述)形成的磁場M的旋轉位置)。位置檢測單元23例如是旋轉編碼器。盤狀基板保持器22的外徑被設為比基板21的外徑大。基板磁場形成部分被布置在基板保持器22上的基板21周圍，以在基板21的處理面上形成磁場。基板磁場形成部分由例如基板側磁體30形成。如圖2所示，通過沿基板保持器22的圓周方向在基板保持器 22的支撐面的周邊以相等間隔布置永磁體的多個磁體片31，獲得基板側磁體30。基板側磁體30可在基板保持器22的支撐面上與基板21 —起旋轉。如圖2所示，基板側磁體30沿基板21的處理面形成均勻磁場，該均勻磁場具有在處理面上面向一個方向的方向特性。在圖2的例子中，使用偶極環，并且，在不同方向上被磁化的多個弓形的磁體片31被組合成環形以便形成一個方向上的磁場M。但是，基板側磁體30的結構不限于此，并且，可以是一體成形的磁體。作為替代方案，可以與基板保持器22 分開地布置基板側磁體30，使得它可與基板21的旋轉同步地旋轉。基板側磁體30不限于永磁體，并且可以為電磁體。如圖1所示，在基板保持器22的支撐面上水平保持基板21。基板21例如是盤狀硅晶片(SiO2基板)，但不限于此。包含保持靶42的陰極41的陰極單元40在處理空間中被布置在基板保持器22的斜上方。陰極單元40被偏移布置，使得陰極41的中心位置沿基板21的面方向從基板21 的中心軸偏移，并且，陰極41被設置在與基板21斜向對置的位置處。包含多個永磁體(陰極側磁體)的磁控管(magnetron)被布置在陰極單元40中的陰極41的第二(面朝上的)表面側以在連附到陰極41的第一(面朝下的)表面的靶42 的表面側形成磁場。作為磁控管，例如，二維布置有永磁體的磁體組件可被布置在陰極41 的第二表面側，以在靶42的表面側形成會切磁場(cusped magnetic field)。板狀靶42被連附到陰極單元40的陰極41的第一表面。更具體而言，靶42被布置在與陰極41相反的處理空間側，并且面朝下。靶42的材料取決于要在基板21上沉積的膜的類型而改變。陰極單元40與向陰極41施加放電電壓的放電電源44電連接。放電功率是高頻功率、DC功率和高頻功率與DC功率的疊加中的任一個。放電氣體引入系統43與陰極單元40的外殼連接，以向陰極41的附近供給放電處理氣體(放電氣體)。放電氣體是諸如Ar氣體之類的不活潑氣體。陰極41在陰極41和基板保持器22之間產生等離子放電，以便能夠濺射連附到陰極單元40的靶42。開閉器45被布置在陰極單元40的前方，以打開和關閉陰極單元40和基板21之間的空間。開閉器45允許預濺射在實際濺射之前去除靶42的表面上的沉積物。
現在將參照圖3說明被布置在根據實施例的濺射裝置中并控制上述構成部件的控制器5。圖3是示出根據實施例的控制器5的框圖。如圖3所示，實施例中的控制器5包括例如通用計算機和各種驅動器。控制器5 根據預定的程序或來自主機裝置的指令執行膜沉積處理操作。更具體而言，控制器5將指令輸出到圖1所示的放電電源44、開閉器45的驅動單元、放電氣體引入系統43、真空泵11 和基板保持器22的旋轉驅動機構等。根據這些指令，控制各種處理條件，包括放電時間、放電功率、靶42的選擇和處理壓力。控制器5還可獲取諸如用于測量腔室10的內部壓力的壓力計(未示出)和用于檢測基板21的旋轉位置的位置檢測單元23之類的傳感器的輸出值。控制器5可執行符合裝置狀態的控制。如圖1和圖3所示，控制器5包含輸入功率值計算單元51a和控制信號輸出單元 51b。輸入功率值計算單元51a根據由位置檢測單元23檢測的旋轉位置計算對于陰極41 的輸入功率以增大/減少膜沉積量。控制信號輸出單元51b輸出控制信號(例如，與具有計算出的大小的功率值對應的電壓或電流)以將功率值調整到計算出的值。控制器5具有基于放電期間的基板21和陰極40的旋轉位置之間的位置關系而輸出用于根據基板21的旋轉位置控制向陰極41施加的功率的信號的功能。圖3所示的功率控制單元52基于從控制信號輸出單元51b輸入的控制信號來增大/減小來自放電電源44的功率，并且向陰極41輸出具有由輸入功率值計算單元51a計算出的大小的功率。陰極41接收與基板21的旋轉位置對應的放電功率。如圖4所示，輸入功率值由例如關于基板21的旋轉位置的正弦波函數給出。輸入功率值計算單元51a可通過事先將基板21的旋轉位置和對于陰極41的輸入功率之間的對應關系定義為如圖4所示的映射圖(map)來計算輸入功率值。可使用與圖2所示的磁場M的方向平行并且穿過基板21的中心的線段作為基準來確定基板21的旋轉位置。將與圖1 3所示的濺射裝置的操作一起描述使用濺射裝置執行的濺射方法。在使用根據本發明的濺射裝置的濺射方法中，首先，要被處理的基板(晶片)21被設置在基板保持器22上。基板21經由水平狹槽(未示出)使用操作機器人(未示出)被運載到基板保持器22上。然后，真空泵11將腔室10的內部抽空到預定的真空度。放電氣體引入系統41將諸如Ar氣體之類的放電氣體引入到腔室10中。在這種狀態下，在陰極單元40的靶42的表面上形成磁場，并且，供給放電功率，由此在靶42和基板保持器22之間產生等離子放電。靶42的例子是諸如包含Co的靶、包含 Fe的靶和包含Ni的靶之類的包含磁性材料的靶。共濺射的例子是使用由各種不同的磁性材料特別是鐵磁性材料制成的靶的共濺射，諸如用于沉積CoFe層的包含Co和Fe的靶的共濺射以及用于沉積NiFe層的包含Fe和Ni的靶的共濺射。當然，由包含諸如B、C或P之類的反磁性(diamagnetic)材料的磁性材料制成的靶也是可用的。在膜沉積中，在基板21的處理面上形成具有面向一個方向的方向特性的磁場。另外，基板21沿其處理面旋轉。當例如旋轉速度在陰極單元40的放電期間被穩定化時，位置檢測單元23檢測基板21的旋轉位置。根據由位置檢測單元23檢測的旋轉位置，調整對于陰極41的輸入功率。現在將更詳細地描述輸入功率的控制。圖4是示出在使用根據本發明的濺射裝置的濺射方法中的輸入功率控制圖的示圖。圖5和圖6是用于說明實施例的原理的視圖。使用根據本發明的濺射裝置的濺射方法控制輸入功率，使得如圖4和式(1)所示的那樣，對于陰極41的輸入功率P關于基板21的旋轉位置(旋轉角度)θ形成正弦波P = A · sin( θ + α )+Β ... (1)A = a · B. . . (2)基于式(1)，控制器5作為關于基板21的旋轉位置的正弦波函數而計算要向陰極 41施加的放電功率。注意，θ為0° < θ < 360°。A是輸入功率的振幅，α是相位角，B 是輸入功率的振幅的中心值，a是輸入功率的變動率。在式(1)中，可以任意地設定振幅A，只要可以實現均勻的膜沉積即可。例如，如式 (2)表示的那樣，可根據中心值B確定振幅A。在這種情況下，變動率a優選取0.1 0.4 的值。如果變動率a過小，那么不很好地獲得本發明的效果。如果變動率a過大，那么它超過當速度不變時消除不均勻性的水平，從而更加損害均勻性。圖5示出比較例，在該比較例中，與本發明不同，通過不管基板21的旋轉位置如何而施加恒定放電功率來沉積磁性材料(例如，NiFe)的膜。在該比較例中，在與基板21的處理面上的磁場的形成狀態高度相關的特定部分處，膜變厚。更具體而言，膜D從基板側磁體30的北極到南極逐漸變得較薄。在該坡度分布中，在北極和南極之間的磁極的圓周方向上的中心Nc和Sc(參見圖幻附近，膜厚差異變大。在圖5中，Ot是靶42的中心。當不布置基板側磁體30時，濺射微粒的飛散量在靶41的附近的位置處變大并且在遠離靶42的位置處變小。即使當布置基板側磁體30時，該基本分布也保持不變。但是， 可以考慮，由于基板21的處理面上的磁場的形成狀態，在處理面上形成容易吸引濺射微粒的部分(濺射微粒的飛散量大的部分)和很少吸引濺射微粒的部分。由此，當由于基板21上的磁場的形成狀態導致濺射微粒的飛散量大的第一部分位于放電期間的陰極41附近時，控制器5根據斜分布形狀將輸入功率控制為第一功率值。 此外，當濺射微粒的飛散量比第一部分處的濺射微粒的飛散量小的第二部分位于放電期間的陰極41附近時，輸入功率控制單元51將輸入功率控制為比第一功率值大的第二功率值。更具體而言，當膜變厚的部分(在上述的例子中，在北極的在圓周方向上的中心 Nc附近)面向放電期間的陰極單元40的靶42時，控制器5減少基板21的輸入功率，由此降低濺射產量以及降低飛散量大的部分處的膜沉積量。當膜變薄的部分(在上述的例子中，在南極的在圓周方向上的中心&附近)面向靶時，控制器5增大輸入功率，由此增大濺射產量和膜沉積量。結果，可以消除分布的不均勻性。伴隨旋轉，以恒定速度旋轉的基板保持器22的給定點在最接近陰極41的位置和最遠離陰極41的位置之間移動。功率值被控制，以形成與基板21的旋轉位置和放電期間的陰極40之間的位置關系的變化對應的正弦波。由于該控制可穩定地保持等離子條件，因此該控制是優選的。注意，用作第一和第二部分的部分取決于例如陰極41和基板保持器22之間的位置關系、基板保持器22的旋轉速度和執行磁控管濺射時在陰極41側布置的磁體的結構而改變。出于這種原因，通過實驗等事先獲得第一和第二部分，并且，根據它們來控制輸入功率。在用于獲得第一和第二部分的實驗中，在保持輸入功率恒定的同時沉積膜，并且，測量沉積的膜的厚度分布。
圖6A和圖6B是各自示出基板21上的薄層電阻分布(膜厚分布)的說明視圖。圖 6A示出在進行輸入功率的正弦波控制時基板21上的薄層電阻分布(實施例)。圖6B示出在膜沉積期間保持輸入功率恒定時的薄層電阻分布(比較例)。作為實施例中的膜沉積條件，靶材料是NiFe，膜沉積壓力是0. 05Pa，基板21的旋轉速度為60rpm，輸入功率的振幅A的變動率a是14%，并且，輸入功率的振幅的中心值B 為4kW。在比較例中，輸入功率在4kW處保持恒定，并且，其余條件與實施例中的條件相同。如圖6A和圖6B所示，面內分布(Io)在實施例中為3. 1 %，并且在比較例中為 0. 5%。確認了實施例中的面內分布的均勻性非常高。在圖6B中，磁場方向是幾乎與等高線垂直的方向。薄層電阻在北極側低(即，膜厚大)，并且在南極側高(即，膜厚小)。注意， 等高線指示歸一化薄層電阻值，并且，它們之間的間隔為0. 01。歸一化薄層電阻值Rn由下式給出Rn = Rs/Rs, max ... (3)這里，Rs是薄層電阻值，Rs, max是薄層電阻值的最大值。實施例中的輸入功率控制不限于正弦波控制，并且，可以以兩個或更多個梯級切換輸入功率。作為替代方案，輸入功率可以隨著第一部分接近陰極而逐漸減小到第一功率， 并且，隨著第二部分接近陰極而逐漸增大到第二功率。可以合成旋轉位置等的線性函數和二次函數。雖然可以在整個膜沉積中執行相同的正弦波控制，但是，輸入功率控制方法可在例如膜沉積的初始階段、中間階段和較后階段之間改變。除了第一部分和第二部分以外，還可以獲得第三部分以設定與第一部分和第二部分的輸入功率不同的輸入功率。注意，基板的旋轉位置不限于特定的位置，并且包括具有范圍的基板的旋轉區間 (旋轉位置范圍)。例如，可根據基板的旋轉區間控制在基板的旋轉區間中施加的平均功率的大小。例如，可間歇地施加具有預定大小的DC功率或具有預定頻率的高頻功率，以根據基板的旋轉區間增大/減小輸入持續時間或間隔。[第二實施例]如圖7 9所示，可根據靶材料來改變控制模式。這是因為膜厚分布的不均勻性的趨勢取決于靶材料而改變。圖7是僅示出控制器5的框圖。其余的布置與第一實施例中的圖3中的布置相同。 作為用戶輸入或事先存儲的數據等，靶材料信息獲取單元51c獲取在膜沉積中選擇的靶材料的信息。控制模式確定單元51d保持如圖8所示的表，并且基于由靶材料信息獲取單元 51c獲取的靶材料信息來確定控制模式。圖9例示控制模式。圖9示出在不使用本發明的方法的情況下沉積的膜的膜厚分布。在圖9所示的例子中，膜厚增大的方向與磁場方向匹配。在這種情況下，差角Δ θ = 0，并且，相位α的相應值被設定。北極的在圓周方向上的中心Nc相對于靶位置的位置被定義為基板的旋轉位置θ。盡管相位α取決于基準位置，但是為了在北極的在圓周方向上的中心Nc來到靶位置時(Θ =0° )使旋轉速度最大化，相位α被設為90°。但是，取決于膜沉積材料，磁場方向和膜厚增大的方向相互不同。通過實驗等作為差角△ θ事先弄清楚該差值，并且，設定相應的相位α。可根據膜類型適當地控制膜厚分布。例如，為了在具有最大膜厚的部分來到靶位置時使旋轉速度最大化，對于差角△ θ =30°，相位α被設為例如120° (或者，根據差角的方向為60° )。類似地，可根據靶材料將變動率a等設為適當的值。[第三實施例]將參照圖10和圖11描述根據第三實施例的濺射裝置。圖10是示意性地示出根據第三實施例的濺射裝置的示意性截面圖。圖10示出沿圖11中的線i-i所取的截面。圖 11是示意性地示出基板保持器和陰極單元之間的布局關系的平面圖。注意，與第一實施例的圖1中的附圖標記相同的附圖標記表示相同的部分。如圖10所示，根據第三實施例的濺射裝置1的腔室10具有氣體入口 12。反應氣體引入系統13與氣體入口 12連接，以將反應處理氣體(反應氣體)引入腔室10中。反應氣體引入系統13經由諸如質流控制器之類的自動流量控制器(未示出)與氣瓶(未示出) 連接。反應氣體以預定的流量(flow rate)經由氣體入口 12被引入。當在腔室10中執行反應濺射時，反應氣體引入系統12將反應氣體供給到腔室10中。各自包括保持靶的陰極的多個陰極單元40在處理空間中被布置在基板保持器22 的斜上方。即，對于一個基板保持器22，布置多個陰極單元40。各陰極單元40被傾斜并且被連附到腔室10的頂壁。在實施例中，五個陰極單元40即40a 40e被連附到腔室10的頂壁。但是，陰極單元40的數量不限于此。在與基板21斜向對置的位置處偏移布置陰極單元40，使得它們相對于基板保持器22上的基板21的處理面傾斜，并且以相等間隔沿從處理面延伸的方向偏離基板21的中心軸。更具體而言，陰極單元40的陰極的中心軸的位置離開基板保持器 22的旋轉軸，并且以相等間隔被布置在距旋轉軸具有預定距離的同心圓上。由于單個腔室 10存放多個陰極單元40，因此可以在一個腔室10中沉積多層的結構(疊層)。注意，基板21的直徑和靶的直徑不被特別限制。但是，當基板21的中心和陰極的中心被偏離布置并且基板21如實施例中那樣旋轉時，即使靶的直徑比基板21的直徑小，也能夠進行均勻的膜沉積。在實施例中，布置五個陰極單元40，因此，例如，可以連附由不同的材料成分制成的五種類型的靶。但是，本發明不限于此。與圖1類似，各陰極單元40與向陰極供給放電電壓的放電電源(未示出)電連接。 放電功率是高頻功率、DC功率和高頻功率與DC功率的疊加中的任一個。選擇性地向多個陰極單元40施加放電電壓。但是，各單個放電電源可與各陰極單元40連接。作為替代方案，可以采用諸如開關之類的切換機構來從共用電源選擇性地供給功率。開閉器45被布置在陰極單元40的前方，以選擇性地關閉一些陰極和基板保持器 22之間的空間。通過選擇性地打開開閉器45，可以從陰極單元40的靶中選擇希望的靶以執行濺射。開閉器45可防止來自其它濺射靶的污染。現在將參照圖12說明安裝在實施例的濺射裝置中的控制器5和陰極單元40。圖 12是示出根據實施例的控制器5和陰極單元40的布置的框圖。與圖3類似，圖12所示的控制器5包含輸入功率值計算單元51a和控制信號輸出單元51b。輸入功率值計算單元51a根據由位置檢測單元23檢測的旋轉位置來計算陰極 41中的每一個的輸入功率以增大/減小膜沉積量。控制信號輸出單元51b與各個陰極41 對應地被布置，并且輸出控制信號(例如，與具有計算出的大小的功率值對應的電壓或電流)，以將功率值調整為計算出的值。
各陰極單元40的功率控制單元52基于從控制信號輸出單元51b輸入的控制信號來增大/減小來自放電電源44的功率，并且向陰極41輸出具有由輸入功率值計算單元51a 計算出的大小的功率。陰極41接收與基板21的旋轉位置對應的放電功率。如圖4所示， 輸入功率值由例如關于基板21的旋轉位置的正弦波函數給出。輸入功率值計算單元51a 可通過事先將基板21的旋轉位置和對于陰極41的輸入功率之間的對應關系定義為如圖4 所示的映射圖來計算輸入功率值。除了以下的點以外，使用第三實施例中的濺射裝置執行的濺射方法與第一實施例中的相同。即，在陰極單元40中的靶42的表面上形成磁場。供給放電功率以在靶42和基板保持器22之間產生等離子放電，由此共濺射多個靶。第三實施例中的濺射裝置的操作也與在第一實施例(圖5和圖6)中描述的操作相同。更具體而言，θ是由基板的特定位置和各陰極41的安裝位置相對于旋轉中心形成的角度。控制器5的輸入功率值計算單元51a對于各陰極41計算角度θ，并且通過應用前述的式(1)和(2)計算對于各陰極的輸入功率的值。如上面參照圖5描述的那樣，由基板側磁體30形成的磁場與基板同步地旋轉。即使基板旋轉，也不能消除濺射微粒的飛散量的不均勻性，從而導致最終的膜厚分布的不均勻性。當如第三實施例那樣執行共濺射時，膜厚自身可取決于同時放電的陰極41之間的位置關系而被平均化。但是，關于膜組分，各靶材料仍遭受如上所述的不均勻分布。為了解決這一點，實施例對于各陰極41和各靶42使膜沉積分布均勻化。即使在共濺射中，各靶材料的分布也變得均勻，并且，可以實現具有均勻的組分的膜沉積。并且，在第三實施例中，如參照圖7 9描述的那樣，可根據靶材料來改變控制模式。這是因為膜厚分布的不均勻性的趨勢取決于靶材料而改變。[第四實施例]可根據同時放電的陰極之間的位置關系來改變控制模式，如圖13和圖14所示。這是由于膜厚分布的不均勻性的趨勢取決于由其它陰極形成的電磁場和電場的干涉而改變。 圖13是示出控制器5的布置的框圖。其余的布置與第一實施例中的圖4中的布置相同。作為用戶輸入或事先存儲的數據等，靶材料信息獲取單元51c獲取在膜沉積中選擇的靶材料的信息。基于同時放電的陰極41的組合，陰極位置獲取單元51f獲取陰極41之間的位置關系。控制模式確定單元51d保持如圖8所示的表。通過使用例如如圖14所示的表，控制模式確定單元51d基于由靶材料信息獲取單元51c獲取的靶材料信息和由陰極位置獲取單元51f獲取的陰極位置關系來確定控制模式。圖14例示控制模式的確定。在圖14的例子中，當在圖10所示的濺射裝置中使用靶材料1在相鄰的陰極處執行共濺射時(第二行，“陰極位置的組合” =72° )，上述的式 (1)中的A、B和α被設為預定值Α1、Β1和α 。通過該設定，可以沉積具有更均勻的組分的膜。[第五實施例]本發明也適用于使用高頻電源的高頻濺射。更具體而言，根據基板的旋轉位置來控制高頻功率以增大/減小濺射產量。在這種情況下也可以使膜厚分布均勻化。例如，根據基板的旋轉位置來改變用作基礎(base)的高頻功率的振幅。每個高頻循環的平均功率的大小(或者，當基板落入預定旋轉區間內時的平均功率的大小)增大/減小。作為結果，可根據基板的旋轉位置調整濺射產量。在圖15的例子中，使用高頻電源(例如，IMHz 300MHz)。控制信號輸出單元51b 向高頻電源陽輸出控制信號。高頻電源55可經由匹配電路53向陰極41供給經由功率調整單元M調整的高頻功率。通過關于基板的旋轉位置的振幅正弦波函數獲得控制信號。陰極接收根據基板的旋轉位置增大/減小的高頻功率。[其它實施例]可以在不背離本發明的范圍的情況下以各種方式對本發明進行變型。例如，圖1中的陰極41 (靶42)的中心軸與基板21 (基板保持器22)的中心軸平行。但是，陰極41的中心軸可在陰極41的表面面向基板21的方向上傾斜。也可通過在第一部分在陰極41側移動時增大基板21的旋轉速度并且在第二部分在陰極41側移動時減小基板21的旋轉速度來消除第一和第二部分之間的膜厚的差異。也可通過控制放電功率和基板21的旋轉速度兩者來抑制膜厚分布的產生。例如，可通過正弦波控制來控制放電功率和基板21的旋轉速度兩者。在圖10中，陰極41關于基板保持器22傾斜。作為替代，陰極41 (靶42)的中心軸可被布置為與基板21 (基板保持器22)的中心軸平行，如圖16所示。[可制造的電子部件的例子]圖17是示出作為可通過應用使用根據本發明的濺射裝置的濺射方法而形成的電子部件的例子的TMR元件的說明視圖。TMR元件是磁效應元件(TMR(隧穿磁電阻)元件)。如圖17所示，TMR元件110的基本層結構包括由第二磁化固定層107、隧道勢壘層 108和磁化自由層109形成的磁隧道結部分(MTJ部分)。例如，第二磁化固定層107由鐵磁材料制成，隧道勢壘層108由金屬氧化物(例如，鎂氧化物或氧化鋁)絕緣材料制成，并且，磁化自由層109由鐵磁材料制成。在TMR元件110中，向隧道勢壘層108的兩側的鐵磁層施加預定的電壓，從而供給預定的電流。在這種狀態下，施加外部磁場。此時，當鐵磁層中的磁化方向平行并且一致 (稱為“平行狀態”)時，TMR元件的電阻變得最小。當鐵磁層中的磁化方向平行并且相反 (稱為“反平行狀態”)時，TMR元件110的電阻變得最大。兩側的鐵磁層中的第二磁化固定層107的磁化被固定。相反，可通過施加用于寫入的外部磁場來反轉磁化自由層109中的磁化方向。在第二磁化固定層107的膜沉積步驟中，使用基板側磁體30執行濺射膜沉積，以在預定方向上磁化第二磁化固定層107。在膜沉積期間，根據基板的旋轉位置控制輸入功率以形成正弦波。作為結果，可以形成具有均勻的薄層電阻分布的第二磁化固定層107。注意，第二磁化固定層107可由適當地添加有諸如B之類的材料的包含諸如Co、 狗或M之類的鐵磁材料作為主要成分的材料制成。除了第二磁化固定層107以外，在第一磁化固定層和磁化自由層109等的膜沉積中也使用基板側磁體30在預定方向上磁化它們。 在這種情況下，也可以應用本發明以形成各表現出均勻的薄層電阻分布的膜。雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但應理解，本發明不限于公開的示例性實施例。以下的權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以便包含所有這些變型以及等同的結構和功能。本申請要求在2008年12月沈日提交的日本專利申請No. 2008-333066和在2008年12月26日提交的日本專利申請No. 2008-333480的權益，在此以引用方式包含它們的全部內容。
權利要求
1.一種濺射裝置，其特征在于包括基板保持器，保持基板以使該基板能夠沿基板的處理面的面方向旋轉；基板磁場形成裝置，被布置在基板周圍，用于在基板的處理面上形成磁場；陰極，被布置在與基板斜向對置的位置處，并且接收放電功率；位置檢測裝置，用于檢測基板的旋轉位置；和功率控制裝置，用于根據由所述位置檢測裝置檢測的旋轉位置來控制向所述陰極施加的功率。
2.根據權利要求1的濺射裝置，其特征在于，所述基板磁場形成裝置能夠與基板同步地旋轉，并且形成沿基板的處理面具有方向特性的磁場。
3.根據權利要求1的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置基于基板的特定位置和所述陰極之間的位置關系來控制功率。
4.根據權利要求3的濺射裝置，其特征在于，基板上由于磁場的形成狀態導致濺射微粒的飛散量大的第一部分位于所述陰極附近時，所述功率控制裝置施加第一功率，并且，在濺射微粒的飛散量比第一部分處的濺射微粒的飛散量小的第二部分位于所述陰極附近時， 所述功率控制裝置施加比第一功率高的第二功率。
5.根據權利要求3的濺射裝置，其特征在于，隨著第一部分接近所述陰極，所述功率控制裝置將輸入功率逐漸減小到第一功率，并且，隨著第二部分接近所述陰極，所述功率控制裝置將輸入功率逐漸增大到第二功率。
6.根據權利要求1的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置控制向所述陰極施加的功率，以便作為關于基板的旋轉角的正弦波函數而獲得功率值。
7.一種濺射方法，其特征在于包括通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處的陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，執行膜沉積。
8.根據權利要求7的濺射方法，其特征在于，磁性膜被沉積。
9.一種電子器件制造方法，其特征在于包括膜沉積步驟，通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處的陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，通過濺射方法沉積膜。
10.根據權利要求1的濺射裝置，其特征在于還包括多個陰極，分別被布置在與基板斜向對置的位置處并且接收放電功率；多個功率控制裝置，與各個所述陰極相應地被布置，各功率控制裝置用于根據由所述位置檢測裝置檢測的旋轉位置來控制向相應的所述陰極施加的功率；和膜沉積控制裝置，用于通過經由所述多個功率控制裝置向所述多個陰極施加放電功率，通過對由所述基板保持器保持的基板的共濺射，執行膜沉積。
11.根據權利要求10的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置基于基板的特定位置和所述相應的陰極之間的位置關系來控制功率。
12.根據權利要求11的濺射裝置，其特征在于，基板上由于磁場的形成狀態導致濺射微粒的飛散量大的第一部分位于所述相應的陰極附近時，所述功率控制裝置施加第一功率，并且，在濺射微粒的飛散量比第一部分處的濺射微粒的飛散量小的第二部分位于所述相應的陰極附近時，所述功率控制裝置施加比第一功率高的第二功率。
13.根據權利要求11的濺射裝置，其特征在于，隨著第一部分接近所述相應的陰極，所述功率控制裝置將輸入功率逐漸減小到第一功率，并且，隨著第二部分接近所述相應的陰極，所述功率控制裝置將輸入功率逐漸增大到第二功率。
14.根據權利要求10的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置控制向所述相應的陰極施加的功率，以便作為關于基板的旋轉角的正弦波函數而獲得功率值。
15.根據權利要求10的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置基于根據要被濺射的靶材料而設定的控制模式來調整向所述相應的陰極施加的功率。
16.根據權利要求10的濺射裝置，其特征在于，所述功率控制裝置基于根據所述相應的陰極和其余的所述陰極之間的位置關系而設定的控制模式來調整向所述相應的陰極施加的功率。
17.一種濺射方法，其特征在于包括通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處并且保持由不同材料形成的靶的多個陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，執行通過共濺射進行的膜沉積。
18.根據權利要求17的濺射方法，其特征在于，磁性膜被沉積。
19.一種電子器件制造方法，其特征在于包括膜沉積步驟，通過在沿基板的處理面的面方向旋轉基板并且在該處理面上形成磁場的同時向被布置在與基板斜向對置的位置處并且保持由不同材料形成的靶的多個陰極施加根據通過位置檢測裝置檢測的基板的旋轉位置而調整的功率，執行通過共濺射進行的膜沉積。
全文摘要
一種濺射裝置配備有基板保持器(22)，在基板的待處理面的面方向上可旋轉地保持基板(21)；基板側磁體(30)，在基板(21)的待處理面處形成磁場，并且被布置在基板(21)周邊；陰極(41)，用于產生放電的功率被施加到該陰極(41)，并且，該陰極(41)被布置在基板(21)的斜上方；位置檢測單元(23)，檢測基板(21)的旋轉位置；和控制器(5)，根據由位置檢測單元(23)檢測的旋轉位置來控制用于產生放電的功率。
文檔編號H01L43/12GK102227514SQ200980147190
公開日2011年10月26日 申請日期2009年12月25日 優先權日2008年12月26日
發明者北田亨, 渡邊直樹, 長井基將 申請人:佳能安內華股份有限公司