CN101868561A - 溅射装置以及成膜方法 - Google Patents
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Abstract
一种在基板的表面上进行成膜处理的溅射装置，包括：载置有所述基板的台；被配置为中心轴相对于载置在该台上的所述基板的法线倾斜的多个靶；以及在所述各靶与所述基板之间，以包围所述基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，这些磁场施加单元使所述基板的周边部分的上方产生具有与所述基板的表面平行的水平磁场分量的磁场。
Description
技术领域
本发明涉及溅射装置以及成膜方法。
本申请基于2007年11月28日于日本申请的特愿2007-307817号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
一直以来，溅射装置被广泛用作成膜处理装置，适于形成构成MRAM(Magnetic Random Access Memory)的隧道磁阻(TMR，Tunneling Magnetic Resistive)元件等，也适于形成构成半导体器件的被膜。
作为这种溅射装置的一例，存在这样的装置，其在处理室内配设有载置有基板的台以及相对于基板的法线方向倾斜配置的多个靶。在这种溅射装置中，一边使台旋转一边进行溅射处理，以便获得良好的膜厚分布。
然而，近年来所开发的MRAM具有由TMR膜构成的隧道接合元件。
图4A是隧道接合元件的剖视图。如图4A所示，隧道接合元件10是层压磁性层(固定层)14、隧道势垒层(绝缘层)15、以及磁性层(自由层)16等而形成的。该隧道势垒层15由MgO膜等组成的电绝缘性材料构成。
这里，在对由MgO膜等组成的隧道势垒层15进行成膜时，由靶中含有的氧原子或溅射时导入的氧气在等离子体中产生氧离子，这些氧离子通过靶电位被加速并射入基板。当电子或氧离子等带电粒子射入基板时，会对隧道势垒层15的晶体取向造成破坏，其结果是出现隧道势垒层15的电阻值增加等损坏膜特性的问题。
因此，重要的是通过减少射入隧道势垒层15或基板的带电粒子来减少破坏。
所以，例如专利文献1所示，具有在靶与基板之间，以隔着基板而相互对置的方式配置有两块永久磁铁的膜形成装置。根据这种结构，通过永久磁铁在基板附近形成偏转磁场，从而能够使向基板方向飞行的带电粒子的飞行方向偏转，抑制其进入成膜面。
专利文献1：特开2000-313958号公报
然而，如上所述，在一边旋转基板一边使用多个靶进行成膜处理的溅射装置中，虽然能够获得良好的膜厚分布，但是存在以下问题：在基板的表面上，会产生因膜特性在表面内不同而引起的膜电阻值的偏差。
具体而言，在靶的轴线方向与基板表面的交叉点附近的区域，也就是在基板的周边部分，与其它部分相比，由于从靶附近射入的带电粒子的飞行距离短、相对于基板表面的入射角也小，因此射入的带电粒子的能量大。所以，对隧道势垒层15的晶体取向的破坏会局部增大，隧道势垒层15的电阻值增加。
另一方面，随着从基板的周边部分向中心部接近，从靶附近射入的带电粒子的飞行距离变长、相对于基板表面的入射角也增大，因此射入的带电粒子的能量减小。所以，对隧道势垒层15的晶体取向的破坏减小，隧道势垒层15的电阻值与基板的周边部分相比变小。其结果是出现以下问题：在基板的表面上，电阻分布产生偏差，基板的膜特性分布的均匀性降低。
在上述专利文献1这样隔着基板来配置永久磁铁的结构中，由于在基板的周边部分存在磁场强的部分和弱的部分，因此无法均等地使射入基板的带电粒子偏转。所以，存在无法消除电阻值偏差的问题。
特别是在基板尺寸为200mm以上的大型基板时，极难获得良好的膜特性分布。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种溅射装置以及成膜方法，在利用溅射法进行成膜时，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，从而能够提高膜特性。
为了解决上述问题，本发明采用以下方案。即，本发明的溅射装置，是在基板的表面上进行成膜处理的溅射装置，包括：载置有所述基板的台；被配置为中心轴相对于载置在该台上的所述基板的法线倾斜的多个靶；以及在所述各靶与所述基板之间，以包围所述基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，这些磁场施加单元使所述基板的周边部分的上方产生具有与所述基板的表面平行的水平磁场分量的磁场。
另外，优选地，上述溅射装置包括至少三个以上的所述磁场施加单元。
根据上述溅射装置，通过以包围载置在台上的基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，在基板的上方产生具有与基板的表面平行的水平磁场分量的磁场。因此，在等离子体中产生的带电粒子因产生的磁场而受到洛伦兹力，并向着分别与带电粒子的飞行方向和磁场方向正交的方向偏转。特别是由于在基板的周边部分的上方产生较强的磁场，因此在带电粒子的能量大于其他部分的基板的周边部分，也能够抑制带电粒子的射入。因此，能够减少对基板或基板上的膜的破坏，从而能够抑制成膜材料的电阻值增加。其结果是在利用溅射法进行成膜时，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，因此能够提高在基板上成膜的成膜材料的膜特性。
另外，上述溅射装置还可以进一步包括使所述台围绕与载置在所述台上的所述基板的法线平行的旋转轴来旋转的旋转机构。
此时，由于通过旋转机构，能够一边使基板在与其表面平行的面内旋转一边进行成膜，因此在基板表面的各部分，能够均匀地进行成膜。其结果是能够实现良好的膜厚分布。另外，在基板的周边部分中，能够均匀地施加由磁场施加单元产生的磁场，因此不仅在成膜于隧道接合元件的下部层的MgO等隧道势垒层的初期形成过程中，而且在隧道势垒层的整个成膜过程中，都能够减少对基板或基板上的膜的破坏。其结果是，特别是对于几
的极薄的隧道势垒层，能够贯穿整个成膜过程，维持其结晶性等膜特性。
另外，上述溅射装置还可以包括至少四个以上的偶数个所述磁场施加单元，所述各磁场施加单元被配置为，彼此相邻的所述各磁场施加单元在所述基板侧的极性相异。
此时，通过以包围基板周围的方式设置的磁场施加单元产生磁场，从而在基板的上方产生磁场。因此，在等离子体中产生的带电粒子因产生的磁场而受到洛伦兹力，并向着分别与带电粒子的飞行方向和磁场方向正交的方向偏转。
特别是通过设置四个以上的偶数个磁场施加单元，能够产生完全包围基板的周边部分的磁场。所以，在基板的周边部分的上方产生较强的磁场，因此在带电粒子的能量大于其他部分的基板的周边部分，也能够抑制带电粒子的射入。所以，能够减少对基板或基板上的膜的破坏，从而能够抑制将MgO等作为绝缘材料的TMR膜的隧道电阻值的增加。其结果是利用溅射法进行成膜时，在隧道绝缘层的整个成膜过程中，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，因此能够提高在基板上成膜的成膜材料的膜特性。
另外，所述各磁场施加单元与所述各靶还可以被配置在所述基板的周向上的相同角度的位置上。
此时，由于所述磁场施加单元与所述靶被配置在基板的周向上的相同角度的位置上，因此能够使射入基板的带电粒子的能量较大的区域中产生较强的磁场，使能量较小的区域中产生较弱的磁场。据此，能够均等地使射入基板的带电粒子偏转。其结果是对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，因此能够提高膜特性。
另外，所述各靶还可以包含MgO作为成膜材料。
此时，如上所述，由于能够防止在等离子体中产生的电子或氧离子射入基板表面，减少对基板或基板上的膜的破坏，因此能够在基板的整个表面上成膜晶体取向性高的绝缘膜。
另外，上述溅射装置还可以进一步包括：配置有所述台和所述各靶的溅射室；在该溅射室内进行真空排气的真空排气单元；向所述溅射室内供给溅射气体的气体供给单元；以及对所述各靶施加电压的电源。
此时，通过真空排气单元对溅射室内抽真空后，由气体供给单元向溅射室内导入溅射气体，由电源对靶施加电压，从而产生等离子体。这样一来，溅射气体的离子与作为阴极的靶碰撞，成膜材料的原子从靶飞出并附着到基板上。据此，能够对基板的表面进行成膜处理。
另一方面，本发明的成膜方法是，使用溅射装置的成膜方法，包括：载置有基板的台；被配置为中心轴相对于载置在该台上的所述基板的法线倾斜的多个靶；以及在所述各靶与所述基板之间，以包围基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，对所述基板的周边部分的上方施加具有与所述基板的表面平行的水平磁场分量的磁场，同时在所述基板的表面上进行成膜处理。
另外，优选地，上述溅射装置包括至少三个以上的所述磁场施加单元。
根据上述成膜方法，通过以包围载置在台上的基板周围的方式设置的磁场施加单元，在基板的上方产生具有与基板的表面平行的水平磁场分量的磁场。因此，在等离子体中产生的带电粒子，因产生的磁场而受到洛伦兹力，并向着分别与带电粒子的飞行方向和磁场方向正交的方向偏转。特别是由于在基板的周边部分的上方产生较强的磁场，因此在带电粒子的能量大于其他部分的基板的周边部分，也能够抑制带电粒子的射入。因此，能够减少对基板或基板上的膜的破坏，从而能够抑制成膜材料的电阻值增加。其结果是在利用溅射法进行成膜时，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，因此能够提高在基板上成膜的成膜材料的膜特性。
根据本发明，由于在基板的周边部分的上方产生较强的磁场，因此在带电粒子的能量大于其他部分的基板的周边部分，也能够抑制带电粒子的射入。因此，能够减少对基板或基板上的膜的破坏，从而能够抑制成膜材料的电阻值增加。其结果是在利用溅射法进行成膜时，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，因此能够提高在基板上成膜的成膜材料的膜特性。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式中的隧道接合元件的制造装置的概要结构图；
图2A是同上实施方式所述的溅射装置的立体图；
图2B是同上实施方式所述的溅射装置的侧面剖视图(沿图2A的A-A线的剖视图)；
图3是沿图2A的B-B线的剖视图；
图4A是隧道接合元件的侧剖视图；
图4B是MRAM的概要结构图；
图5是示出溅射装置的其他结构的相当于图2A的B-B线的剖视图。
符号说明
5...基板
23...溅射装置
62...台
64...靶
65...永久磁铁(磁场施加单元)
73...溅射气体供给单元(气体供给单元)
具体实施方式
接下来，根据附图对本发明的一个实施方式所述的溅射装置以及成膜方法进行说明。此外，在以下说明所使用的各附图中，为了使各部件为可识别的大小，适当改变了各部件的比例尺。
(磁性多层膜)
首先，对包括作为包含磁性层的多层膜的一例的TMR膜的隧道接合元件以及包括该隧道接合元件的MRAM进行说明。
图4A是隧道接合元件的侧面剖视图。
隧道接合元件10主要由PtMn或IrMn等组成的反铁磁性层(未图示)，NiFe或CoFe、CoFeB等组成的磁性层(固定层)14，MgO等组成的隧道势垒层15，以及NiFe或CoFe、CoFeB等组成的磁性层(自由层)16构成。此外，实际上还层压有上述以外的功能层，成为15层左右的多层结构。
图4B是包括隧道接合元件的MRAM的概要结构图。
MRAM100被构成为在基板5上按矩阵状对齐配置上述隧道接合元件10和MOSFET110。隧道接合元件10的上端部与位线102连接，其下端部与MOSFET110的源电极或漏电极连接。另外，MOSFET110的栅电极与读出用字线104连接。另一方面，在隧道接合元件10的下方配置有重写用字线106。
在图4A所示的隧道接合元件10中，磁性层14的磁化方向保持一定，而自由层16的磁化方向可反转。根据磁性层14和自由层16这两者的磁化方向是相互平行还是反平行，隧道接合元件10的电阻值会有所不同。即，对隧道接合元件10的厚度方向施加电压时，根据磁性层14和自由层16的磁化方向是相互平行还是反平行，流过隧道势垒层15的电流的大小会有所不同(TMR效应)。因此，通过图4B所示的读出用字线104使MOSFET110导通，并测定其电流值，从而能够读出“1”或“0”。
另外，如果向重写用字线106供给电流，使其周围产生磁场，则能够使自由层16的磁化方向反转。据此，能够重写“1”或“0”。
(隧道接合元件的制造装置)
图1是本实施方式所述的隧道接合元件的制造装置(以下称为制造装置)的概要结构图。
如图1所示，本实施方式的制造装置20包括以基板搬送室26为中心按放射状配置的多个溅射装置21～24。制造装置20是例如一贯执行上述隧道接合元件10的成膜工序的集群式制造装置。
具体而言，制造装置20包括：保持成膜前的基板5的基板盒室27、执行反铁磁性层的成膜工序的第一溅射装置21、执行磁性层(固定层)14的成膜工序的第二溅射装置22、执行隧道势垒层15的成膜工序的溅射装置(第三溅射装置)23、执行磁性层(自由层)16的成膜工序的第四溅射装置24、以及在各溅射装置21～24中成膜的隧道接合元件10的基板预处理用装置25。据此，制造装置20不会使提供到制造装置20内的基板5暴露于大气中，而能够在基板5上形成磁性多层膜。
此外，在执行反铁磁性层和磁性层14、16的成膜工序的第一、二、四溅射装置21、22、24内，设置有用于对反铁磁性层和磁性层14、16赋予磁各向异性的未图示的磁场施加单元。
在此，对作为本实施方式所述的溅射装置的、执行隧道势垒层15的成膜工序的溅射装置23，进行更为详细的说明。
图2A是本实施方式所述的溅射装置的立体图，图2B是沿图2A的A-A线的侧面剖视图。另外，图3是沿图2A的B-B线的俯剖视图。
如图2A和图2B所示，溅射装置23包括：被配设在规定位置的载置基板5的台62和靶64。在上述第一、二溅射装置21、22中经过反铁磁性层和磁性层14的成膜工序的基板5，经由未图示的搬入口，从基板搬送室26被搬送至溅射装置23。
如图2B所示，溅射装置23包括由Al合金或不锈钢等金属材料形成为箱型的室61。在室61的底面附近的中央部设置有载置基板5的台62。台62通过未图示的旋转机构，使其旋转轴62a与基板5的中心O一致，能够以任意的转速进行旋转。台62能够使在其上载置的基板5与该基板5的表面相平行地旋转。此外，本实施方式的基板5使用基板尺寸例如为直径200mm的基板。
在溅射装置23上，以包围上述台62和靶64的方式设置有由不锈钢等构成的防护板(侧部防护板71和下部防护板72)。侧部防护板71形成为圆筒状，其中心轴被配设为与台62的旋转轴62a一致。另外，从侧部防护板71的下端部到台62的外周边设置有下部防护板72。该下部防护板72与基板5的表面相平行地形成，其中心轴被配设为与台62的旋转轴62a一致。
而且，由台62、下部防护板72和侧部防护板71、以及室61的顶面所包围的空间是对基板5进行溅射处理的溅射处理室70(溅射室)。该溅射处理室70为轴对称形状，其对称轴与台62的旋转轴62a一致。因此，能够对基板5的各部分进行均质的溅射处理，其结果是能够降低膜厚分布的偏差。
在构成溅射处理室70的侧部防护板71的上部，连接有供给溅射气体的溅射气体供给单元(气体供给单元)73。该溅射气体供给单元73向溅射处理室70内导入氩气(Ar)等溅射气体。溅射气体由设置在溅射处理室70外部的溅射气体供给源74供给。此外，从溅射气体供给单元73也可以供给O2等反应气体。另外，在室61的侧面设置有排气口69。该排气口69与未图示的排气泵(真空排气单元)连接。
在室61的顶面附近的周边部，沿着台62的旋转轴62a的周围(基板5的周向)等间隔地配置有多个(例如四个)靶64。靶64与未图示的外部电源(电源)连接，保持于负电位(阴极)。
在靶64的表面上配置有隧道势垒层15的成膜材料。该成膜材料使用具有绝缘性的材料。在本实施方式中，使用例如可获得高MR的MgO等。
此外，相对于载置在台62上的基板5，上述靶64被配设在规定位置。这里，如图2B所示，将从台62的旋转轴62a到载置在台62上的基板5的外侧端点的距离设为R。在本实施方式中，由于台62的旋转轴62a与基板5的中心O一致，因此基板5的半径为R。而且，当把从台62的旋转轴62a到靶64的表面的中心点T的距离设为OF，以及把从载置在台62上的基板5的表面到靶64的表面的中心点T的高度设为TS时，设定为例如OF＝175mm、TS＝195mm左右。
另外，靶64被配置为，通过其表面的中心点T的法线(中心轴)64a相对于基板5的旋转轴62a，以例如角度θ(22.5度左右)倾斜，靶64的法线64a与基板5的表面在基板5的周边部分相交叉。此时，通过靶64的中心点T的法线64a与基板5的表面的交叉点，在基板5的直径为200mm时，位于距基板5的外周边2mm左右的位置。
这里，也如图3所示，在靶64与基板5之间，在基板5的径向外侧，沿着侧部防护板71配置有多个(例如四个)永久磁铁(磁场施加单元)65。各永久磁铁65以包围基板5周围的方式，沿着基板5的周向等间隔地配置。各永久磁铁65被配置为沿着基板5的周向，面向基板5的径向内侧的面的极性交替排列。也就是，永久磁铁65被配置为，彼此相邻的永久磁铁65之间的极性相异。进而，永久磁铁65被配置为，隔着基板5而相互对置的永久磁铁65之间的极性相同。
如上所述，永久磁铁65沿着基板5的周向设置。另外，靶64也沿着基板5的周向设置。进而，这些永久磁铁65与靶64被配置在基板5的周向上的相同角度的位置上，也就是以俯视时相重叠的方式配置。而且，在彼此相邻的永久磁铁65之中，磁力线Q从一个永久磁铁65的N极向另一个永久磁铁65的S极延伸而产生磁场。据此，在各靶64与基板5之间，具有与基板5的表面平行的水平磁场分量，且产生沿基板5的周边部分的磁场(参考图3中的箭头Q)。此时，至少在基板5的中心O附近，由于各永久磁铁65产生的磁场的重叠，存在磁场强度为0的部分。
(成膜方法)
接下来，对利用本实施方式的溅射装置的成膜方法进行说明。此外，在以下说明中，主要对由溅射装置23执行的隧道势垒层15的成膜的方法进行说明。
首先，如图2A和图2B所示，在台62上载置基板5，通过旋转机构使台62以规定的转速旋转。而且，通过真空泵将溅射处理室70内抽真空，然后，从溅射气体供给单元73向溅射处理室70内导入氩气等溅射气体。而且，从与靶64连接的外部电源对靶64施加电压从而产生等离子体。这样一来，溅射气体的离子与作为阴极的靶64碰撞，成膜材料的原子从靶64中飞出。飞出的成膜材料的原子附着到基板5上。由此，隧道势垒层15成膜在基板5的表面上(参考图4A和图4B)。此时，如果使靶64附近产生高密度等离子体，则能够使成膜速度高速化。
然而，如上所述，在一边旋转基板一边通过多个靶进行成膜处理的溅射装置中，虽然能够获得良好的膜厚分布，但是存在以下问题：在基板的表面上，会产生因膜特性不同而引起的膜电阻值的偏差。
具体而言，在靶64的轴线与基板5表面的交叉点附近的区域，也就是在基板5的周边部分，由于从靶64附近射入的电子或氧离子的飞行距离短、相对于基板5表面的入射角也小，因此射入的电子或氧离子的能量大。所以，对隧道势垒层15的晶体取向的破坏会局部增大，隧道势垒层15的电阻值增加。
另一方面，由于随着从基板5的周边部分向中心部接近，从靶64附近射入的电子或氧离子的飞行距离变长、相对于基板5表面的入射角也增大，因此射入的电子或氧离子的能量减小。所以，对隧道势垒层15的晶体取向的破坏减小，隧道势垒层15的电阻值与基板的周边部分相比变小。其结果是出现以下问题：在基板5的表面上，电阻分布产生偏差，基板5的膜特性分布的均匀性降低。
这里，在本实施方式中，在基板5与靶64之间，通过永久磁铁65产生磁场，从而防止电子或氧离子向基板5的表面射入。
如图3所示，如果通过配置在靶64与基板65之间的永久磁铁65施加磁场，则产生与基板5的表面大致平行且包围基板5周围的磁场(参考图3中的箭头Q)。具体而言，在彼此相邻的永久磁铁65之中，磁力线Q从一个永久磁铁65的N极向另一个永久磁铁65的S极的永久磁铁延伸而产生磁场。
此时，在基板5的表面上，磁场集中在基板5的周边部分，而随着自永久磁铁65离开而向中心O接近，磁场减弱。其结果是在基板5的周边部分产生包围基板5周围的较强的磁场。此外，优选地，基板5与靶64之间的磁场被施加为，在磁场最强的区域、也就是在基板5的周边部分为10(Oe)以上。
当在靶64附近的等离子体中产生并向基板5飞行的电子或氧离子来到产生磁场的区域时，向着分别与电子或氧离子的飞行方向和磁场方向正交的方向偏转。特别是，由于在电子或氧离子的入射量多的基板5的周边部分产生有强磁场，因此使得向基板5的周边部分飞行的能量大的电子或氧离子更确实地偏转。
这里利用了通常具有电荷q的带电粒子受到由F＝q(E+v×B)表示的洛伦兹力F。而且，E是粒子飞行空间中的电场，B是磁场的强度，v是带电粒子的速度。
这里，如果形成在相对于带电粒子的速度v垂直(与基板5的表面平行)的方向上作用的磁场B，则带电粒子在与它们的方向垂直的方向上受力。因此，在本实施方式中，由于受到洛伦兹力的电子或氧离子向着与其飞行方向和磁场方向正交的方向偏转，因此这些电子或氧离子飞行而不会射入基板5的表面。
如此，在本实施方式中，在靶64与基板5之间，在基板5的径向外侧，以包围基板5周围的方式设置有多个永久磁铁65。
根据这种结构，通过以包围基板5周围的方式设置的多个永久磁铁65产生磁场，从而产生与基板5的表面平行的磁场。因此，在等离子体中产生的电子或氧离子因产生的磁场而受到洛伦兹力，并向着分别与电子或氧离子的飞行方向和磁场方向正交的方向偏转。特别是，当设置偶数个(例如四个)永久磁铁65时，产生完全包围基板5周围的强磁场。因此，在电子或氧离子的能量大于其它部分的基板5的周边部分，也能够抑制电子或氧离子的射入。所以，能够减少对基板5或在基板5上形成的隧道势垒层15的破坏，因此能够抑制将MgO等作为绝缘材料的隧道势垒层15的隧道电阻值增加。
其结果是在利用溅射法进行成膜时，即使使用基板尺寸在200mm以上的大型基板时，在隧道势垒层15的整个成膜过程中，对于基板5整体，均等地抑制电子或氧离子向基板5的射入，因此能够提高在基板5上成膜的隧道势垒层15的膜特性在基板表面内的均匀性。
另外，由于通过旋转机构，能够一边使基板5与其表面相平行地旋转一边进行成膜，因此在基板5表面的各部分，能够均匀地进行成膜。其结果是例如能够实现1％以下的良好的膜厚分布均匀性。另外，在基板5的周边部分，由于能够均匀地施加由永久磁铁65产生的磁场，因此不仅在成膜于隧道接合元件10的下部层的MgO等隧道势垒层15的初期形成过程中，而且在隧道势垒层15的整个成膜过程中，都能够减少对基板5的破坏。其结果是，特别是对于几
的极薄的隧道势垒层15，能够贯穿整个成膜过程，维持其结晶性等膜特性。
进而，由于各永久磁铁65以与靶64在俯视时相重叠的方式配置，因此能够在射入基板5的电子或氧离子的能量大的区域中产生强磁场，在能量小的区域中产生弱磁场。据此，能够使射入基板5的电子或氧离子均等地偏转。其结果是对于基板5整体，均等地抑制电子或氧离子向基板5的射入，因此能够提高膜特性。
而且，通过利用这种溅射装置23来形成隧道势垒层(绝缘膜)15，能够防止在等离子体中产生的电子或氧离子射入基板5的表面，能够减少对基板5的破坏。其结果是在基板5的整个表面上，都能够成膜晶体取向高的隧道势垒层15。
以上，参考附图对本发明所述的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述的例子。在上述例子中示出的各结构部件或组合等为一例，在不脱离本发明宗旨的范围内，根据设计要求等可以进行各种变更。
例如，在本实施方式中，作为TMR元件中的隧道势垒层的成膜材料，对于形成MgO膜的情况进行了说明，但成膜材料并不限于此。
另外，在本实施方式中，以包围基板5的方式配置四个永久磁铁65(参考图3)，但只要是通过至少三个以上的永久磁铁来包围基板的结构，就可以适当地变更设计。
例如，如图5所示，也可以是在基板5的径向外侧，以包围基板5的方式配置八个永久磁铁165的结构。根据这种结构，由于能够使基板5周边部分的磁场强度更加均匀化，因此能够效率良好地使射入基板5周边部分的电子或氧离子偏转。
另外，在本实施方式中，通过与侧部防护板相平行地配置永久磁铁，来产生与基板平行的磁场，但只要是沿着基板表面的磁场，也可以使永久磁铁相对于基板倾斜(例如0～35度左右)。例如，也可以配置永久磁铁，使其施加与电子或氧离子的飞行方向正交的磁场。
能够提供一种溅射装置以及成膜方法，在利用溅射法进行成膜时，对于基板整体，均等地抑制带电粒子向基板的射入，从而能够提高膜特性。
Claims (9)
1.一种溅射装置，是在基板的表面上进行成膜处理的溅射装置，其特征在于，包括：
载置有所述基板的台；
被配置为中心轴相对于载置在该台上的所述基板的法线倾斜的多个靶；以及
在所述各靶与所述基板之间，以包围所述基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，
这些磁场施加单元使所述基板的周边部分的上方产生具有与所述基板的表面平行的水平磁场分量的磁场。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
包括至少三个以上的所述磁场施加单元。
3.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
进一步包括使所述台围绕与载置在所述台上的所述基板的法线平行的旋转轴来旋转的旋转机构。
4.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
包括至少四个以上的偶数个所述磁场施加单元，
所述各磁场施加单元被配置为，彼此相邻的所述各磁场施加单元在所述基板侧的极性相异。
5.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
所述各磁场施加单元与所述各靶被配置在所述基板的周向上的相同角度的位置上。
6.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
所述各靶包含MgO作为成膜材料。
7.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，
进一步包括：
配置有所述台和所述各靶的溅射室；
对该溅射室内进行真空排气的真空排气单元；
向所述溅射室内供给溅射气体的气体供给单元；以及
对所述各靶施加电压的电源。
8.一种成膜方法，是使用溅射装置的成膜方法，其特征在于，所述溅射装置包括：
载置有基板的台；
被配置为中心轴相对于载置在该台上的所述基板的法线倾斜的多个靶；以及
在所述各靶与所述基板之间，以包围基板周围的方式设置的多个磁场施加单元，
对所述基板的周边部分的上方施加具有与所述基板的表面平行的水平磁场分量的磁场，同时在所述基板的表面上进行成膜处理。
9.根据权利要求8所述的溅射装置，其特征在于，
所述溅射装置包括至少三个以上的所述磁场施加单元。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| US5178739A (en) * | 1990-10-31 | 1993-01-12 | International Business Machines Corporation | Apparatus for depositing material into high aspect ratio holes |
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| US20020144903A1 (en) * | 2001-02-09 | 2002-10-10 | Plasmion Corporation | Focused magnetron sputtering system |
| US20040112544A1 (en) * | 2002-12-16 | 2004-06-17 | Hongwen Yan | Magnetic mirror for preventing wafer edge damage during dry etching |
| JP4292128B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2009-07-08 | キヤノンアネルバ株式会社 | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| EP1808509A4 (en) * | 2004-11-04 | 2009-11-04 | Asahi Glass Co Ltd | ION BEAM SPUTTER DEVICE AND METHOD FOR FORMING A MULTILAYER FILM FOR REFLECTING MASK ROLLS FOR EUV LITHOGRAPHY |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103849843A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-06-11 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有五靶头的磁控共溅射设备 |
| CN109972104A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-07-05 | 北京科技大学 | 一种弥补Co靶材质量缺陷的方法 |
| CN110438462A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-12 | 中山大学 | 一种改善氧化物半导体成膜质量的磁控溅射装置 |
| CN111155067A (zh) * | 2020-02-19 | 2020-05-15 | 三河市衡岳真空设备有限公司 | 一种磁控溅射设备 |
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