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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schichtbildungsverfahren.
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Stand der Technik
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Eine Magnetvorrichtung, die einen Riesen-Magnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt, giant magnetic resistive effect) und einen magnetischen Tunnelwiderstandseffekt (TMR-Effekt, tunneling magnetoresistive effect) nutzt, umfasst ein magnetoresistives Element, das aus einer mehrlagigen, ungefähr sechs bis fünfzehn Schichten umfassenden Schicht mit künstlicher Korngrößenverteilung gebildet ist. Das magnetoresistive Element umfasst eine Festlegungsschicht, welche die Richtung einer Selbstmagnetisierung festlegt, eine freie Schicht, die sich in der Selbstmagnetisierungsrichtung dreht, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Festlegungsschicht und der freien Schicht angeordnet ist.
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Die charakteristischen Leistungseigenschaften einer Magnetvorrichtung hängen stark vom elektrischen Widerstandswert des magnetoresistiven Elements ab. Der elektrische Widerstandswert variiert je nach der Dicke der nichtmagnetischen Schicht, der freien Schicht, der Festlegungsschicht u. dgl. erheblich. Wenn zum Beispiel eine MgO-Schicht als nichtmagnetische Schicht verwendet wird, würde selbst eine geringfügige Veränderung von 0,1 nm in der Dicke der MgO-Schicht den Widerstandswert um 50% oder mehr verändern (Druckschrift 1, bei der es sich um kein Patent handelt). Somit muss in einer Magnetvorrichtung, die ein GMR-Element oder ein TMR-Element nutzt, die Dicke jeder Schicht hochgenau sein, um die Leistungseigenschaften der Magnetvorrichtung zu stabilisieren.
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Weitverbreitet wird eine Sputter- oder Zerstäubungsvorrichtung als Schichtbildungsvorrichtung für jede Lage der mehrlagigen Schicht mit künstlichem Gitter verwendet. Die Zerstäubungsvorrichtung zerstäubt ein Zerstäubungsziel (im Nachstehenden einfach als Ziel oder Target bezeichnet) und scheidet aus dem Ziel fein verteilte Zerstäubungspartikel auf einem Substrat ab. Um die Dickengleichmäßigkeit einer dünnen Schicht zu verbessern, gibt es Zerstäubungsvorrichtungen, die eine Zieloberfläche in Bezug auf eine Substratoberfläche neigen, das Ziel um das Substrat drehen oder das Ziel in Bezug auf das Substrat schwenken (zum Beispiel Patentschrift 1 und Patentschrift 2). Die
japanische Patenschrift 2000319096 A beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Films, bei dem das Ziel nach einigen Scanvorgängen um einen Winkel dreht, um die Lebenszeit des Ziels zu verlängern.
US 2005/0067389 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem das Ziel gleichmäßiger abgetragen wird, indem das Ziel nach dem Scannen rotiert wird. In solchen Fällen treffen fein verteilte Zerstäubungspartikel aus dem Ziel aus verschiedenen Winkeln auf das Substrat. Auf diese Weise können die Zerstäubungspartikel noch gleichmäßiger auf der gesamten Substratoberfläche abgeschieden werden.
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Wenn ein Zerstäubungsvorgang erfolgt, variiert die Dickengleichmäßigkeit einer dünnen Schicht je nach dem Entladungszustand oder der Plasmadichte eines Plasmaentladungsbereichs über einem Substrat erheblich. Der Entladungszustand oder die Plasmadichte über dem Substrat variiert je nach der Position jedes Punkts auf der Zieloberfläche in Bezug auf das Substrat. Zum Beispiel variieren die Bewegungsbahn eines Zerstäubungspartikels in Bezug auf das Substrat und die Dichte der Zerstäubungspartikel je nach dem Koppelwinkel des Ziels in einer Umfangsrichtung.
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Während des Bildungsprozesses einer einzelnen Schicht erfolgt das Drehen oder Schwenken des Ziels, indem ein Koppelwinkel mit einer hohen Dickengleichmäßigkeit mit einem Koppelwinkel mit einer geringen Dickengleichmäßigkeit so kombiniert werden, dass die Schichtdicke zwischen Substraten gleichmäßig wird. So kann während eines Bildungsprozesses einer Einzelschicht eine dünne Schicht mit geringer Dickengleichmäßigkeit gebildet werden. Dies macht es schwierig, die Dickengleichmäßigkeit der dünnen Schicht ausreichend zu verbessern.
Druckschrift 1, bei der es sich um kein Patent handelt: Nature Mater. 3 (2004) 868
Patentschrift 1:
japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 2004-339547 Patentschrift 2:
japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 2006-111927 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Schichtbildungsverfahren bereit, welches die Schichtdickengleichmäßigkeit verbessert.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schichtbildungsverfahren. Im Schichtbildungsverfahren wird ein Ziel zerstäubt, das eine in Bezug auf eine Oberfläche eines Substrats geneigte Zerstäubungsfläche hat, um eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Substrats auszubilden. Das Verfahren beinhaltet, das Ziel mit einem Drehmechanismus um eine Achse zu drehen, die sich entlang einer Senkrechten der Zerstäubungsfläche erstreckt, und das Ziel zu zerstäuben, während ein Drehwinkel des Ziels mit dem Drehmechanismus auf einem konstanten Wert (Sollwert) gehalten wird, wobei der Sollwert auf Grundlage einer Zyklizität einer Schichtdickenverteilung der dünnen Schicht bestimmt wird und bei dem die Schichtdickengleichmäßigkeit kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schichtbildungsverfahren. Im Schichtbildungsverfahren wird ein Ziel zerstäubt, das eine in Bezug auf eine Oberfläche eines Substrats geneigte Zerstäubungsfläche hat, um eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Substrats auszubilden. Das Verfahren umfasst einen Testzerstäubungsprozess, der beinhaltet, einen Drehwinkel des Ziels zu verändern, indem ein Drehmechanismus angefahren wird, der das Ziel um eine Achse dreht, die sich entlang einer Senkrechten der Zerstäubungsfläche erstreckt, das Ziel bei mehreren verschiedenen Drehwinkeln zu zerstäuben, um mehrere verschiedene dünne Schichten zu bilden, und einen Sollwert für den Drehwinkel auf Grundlage einer Schichtdickengleichmäßigkeit der mehreren dünnen Schichten zu bestimmen. Das Verfahren beinhaltet darüber hinaus einen Hauptzerstäubungsprozess, der beinhaltet, den Drehmechanismus anzufahren, um den Drehwinkel des Ziels auf den Sollwert einzustellen, und das Ziel zu zerstäuben, während der Drehwinkel des Ziels auf dem Sollwert gehalten wird, um die dünne Schicht auf der Oberfläche des Substrats auszubilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Querschnittsschema, das eine Zerstäubungsvorrichtung schematisch zeigt;
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2 ist ein Querschnittschema, welches das Innere einer Kathode zeigt; und
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3A ist ein Schaubild, welches das Verhältnis des Zielwinkels und der Schichtdickengleichmäßigkeit zeigt, und 3B ist ein Schaubild, welches das Verhältnis des Zielwinkels und der Schichtdickenverteilung zeigt.
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BESTE ART UND WEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
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Physikalische Eigenschaften wie etwa in einem Ziel verbleibende Spannung oder Dehnung, Kristallorientierung und Kristallkorndurchmesser werden durch Walzvorgänge in einem Herstellungsprozess des Ziels beeinträchtigt. So weist eine Ebene des Ziels eine Anisotropie auf. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass, weil eine solche Anisotropie des Ziels den Entladungszustand oder die Plasmadichte verändert, die Schichtdickenverteilung einer dünnen Schicht im Verhältnis zum Koppelwinkel des Ziels zyklisch ist.
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Eine Schichtbildungsvorrichtung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen erörtert. 1 ist eine Querschnittsseitenansicht und zeigt schematisch eine Zerstäubungsvorrichtung 10, die als Schichtbildungsvorrichtung dient.
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2 ist ein schematisches Querschnittsschaubild, das eine Kathode 20 zeigt.
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[Schichtbildungsvorrichtung]
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Mit Bezug auf 1 umfasst die Zerstäubungsvorrichtung 10 einen Vakuumbehälter (im Nachstehenden einfach nur als Kammerkörper 11 bezeichnet), der an ein Absaugsystem PU angeschlossen ist, das durch eine Pumpe o. dgl. gebildet ist. Ein Substrat S, das von außen zugeführt wird, wird in einen inneren Bereich (im Nachstehenden einfach nur als Schichtbildungsbereich 11S bezeichnet) des Kammerkörpers 11 eingebracht. Das Substrat S kann zum Beispiel ein scheibenförmiges Siliziumsubstrat, Glassubstrat oder AlTiC-Substrat sein.
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Der Kammerkörper 11 ist an ein Gaszufuhrsystem 12 angeschlossen, das Sputter-Gas zuführt, und wird mit einem vorbestimmten Durchsatz mit Sputter-Gas versorgt. Beim Sputter-Gas kann es sich um Ar, Kr, Xe o. dgl. handeln. Darüber hinaus kann das Sputter-Gas Reaktionsgas aus Stickstoff, Kohlenmonoxid o. dgl. enthalten.
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Ein Substrathalter 13, der ein Substrat S haltert, ist in dem Schichtbildungsbereich 11S angeordnet. Der Substrathalter 13 positioniert und fixiert das in den Kammerkörper 11 eingebrachte Substrat S an einer vorbestimmten Stelle. Der Substrathalter 13 ist an eine Antriebswelle eines Haltermotors MH angeschlossen, der unter dem Kammerkörper 11 angeordnet ist. Der Substrathalter 13 erhält eine Antriebskraft vom Haltermotor MH, um das Substrat S um die Mitte des Substrats S zu drehen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine vertikale Linie, welche die Mitte des Substrats S einschließt, als Mittelachse C bezeichnet.
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Mehrere Abschirmungsplatten 14 sind in dem Schichtbildungsbereich 11S angeordnet, um die äußere Umfangsfläche des Substrathalters 13 und die innere Umfangsfläche des Kammerkörpers 11 abzudecken. Die Abschirmungsplatten 14 verhindern, dass sich Zerstäubungspartikel auf der äußeren Umfangsfläche des Substrathalters 13 und der Innenwand des Kammerkörpers 11 ansammeln.
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Eine kuppelförmige Blendenplatte 15, welche die Oberseite des Substrathalters 13 abdeckt, ist in dem Schichtbildungsbereich 11S angeordnet. Die Blendenplatte 15 ist eine Platte, die eine Oberseite von der Unterseite des Schichtbildungsbereichs 11S trennt. Ein Rundloch (im Nachstehenden einfach nur als Öffnung 15A bezeichnet) erstreckt sich zwischen der Oberseite und der Unterseite des Schichtbildungsbereichs 115 durch die Blendenplatte 15. Die Blendenplatte 15 ist an eine Antriebswelle eines Blendenmotors MS angeschlossen, der über dem Kammerkörper 11 angeordnet ist. Die Blendenplatte 15 erhält eine Antriebskraft vom Blendenmotor MS und dreht sich um die Mittelachse C. Auf diese Weise dreht die Blendenplatte 15 die Öffnung 15A um die Mittelachse C.
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Mehrere Kathoden 20 sind an der Oberseite des Kammerkörpers 11 angeordnet. Die Kathoden 20 umfassen jeweils ein zylindrisches Gehäuse 21, das sich in einer die Mittelachse C schneidenden Richtung erstreckt. Jedes Gehäuse 21 hat einen inneren Bereich (im Nachstehenden als Drehbereich 21S bezeichnet), der mit dem Kammerkörper 11 verbunden ist und mit dem Schichtbildungsbereich 11S in Verbindung steht.
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In dem vorliegenden Beispiel wird die Mittellinie jedes Gehäuses 21, speziell jede unterbrochene Linie, die nicht die Mittellinie C in 1 ist, als Kathodenlinie A1 bezeichnet. Der Winkel, der durch die Kathodenachse A1 und die Mittelachse C gebildet ist, wird als Diagonaleinfallswinkel bezeichnet.
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Jedes Gehäuse 21 umfasst eine Drehwelle 22, die sich entlang der entsprechenden Kathodenachse A1 erstreckt. Jede Drehwelle 22 besitzt ein unteres Ende, das mit einem Magnetkreis 23 verbunden ist. Jede Drehwelle 22 ist mit einer Antriebswelle eines (nicht gezeigten) Magnetkreismotors verbunden und erhält eine Antriebskraft vom Magnetkreismotor, um den Magnetkreis 23 um die Kathodenachse A1 zu drehen. Jeder Magnetkreis 23 ist ein magnetischer Kreis, der ein Magnetronmagnetfeld unter der entsprechenden Kathode 20 bildet und die Antriebskraft der Drehwelle 22 erhält, um das Magnetronmagnetfeld um die Kathodenachse A1 zu drehen.
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Mit Bezug auf 2 ist ein zylindrisches Rohr (im Nachstehenden als Innenrohr 24 bezeichnet) an der Außenfläche der Drehwelle 22 im Drehbereich 21S angeordnet und durch diese drehbar gehaltert. Das Innenrohr 24 besitzt ein oberes Ende, von dem sich ein Flansch 25 in der radialen Richtung der Drehwelle 22 nach außen erstreckt. Ein zylindrisches Zahnrad (im Nachstehenden als angetriebenes Zahnrad 26 bezeichnet), das sich um die Kathodenachse A1 dreht, ist mit der Oberseite des Flanschs 25 gekoppelt. Ein Antriebszahnrad 27, das in das angetriebene Zahnrad 26 eingreift, ist an der Außenseite (linke Seite, wie in 2 zu sehen) des Antriebszahnrads 26 angeordnet.
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Das Antriebszahnrad 27, das mit einer Antriebswelle eines Zielmotors MT verbunden ist, erhält eine Antriebskraft vom Zielmotor MT, um das angetriebene Zahnrad 26 um die Kathodenachse A1 zu drehen. Das Innenrohr 24 dreht sich beim Erhalt der vom angetriebenen Zahnrad 26 und dem Antriebszahnrad 27 kommenden Antriebskraft des Zielmotors MT um die Kathodenachse A1.
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Der Zielmotor MT ist zum Beispiel ein Schritt- oder Servomotor, der seine Antriebswelle um einen vorbestimmten Drehwinkel vorwärts oder rückwärts dreht. Darüber hinaus ist der Zielmotor MT an eine Motorantriebseinheit DM angeschlossen (siehe 1). Die Motorantriebseinheit DM erzeugt ein Antriebssignal (zum Beispiel ein Impulssignal), das die Antriebswelle des Zielmotors MT um einen vorbestimmten Drehwinkel dreht, und leitet das Antriebssignal an den Zielmotor MT weiter. Im Ansprechen auf das von der Motorantriebseinheit DM kommende Antriebssignal dreht der Zielmotor MT die Antriebswelle um einen vorbestimmten Drehwinkel und erhält dann den Drehwinkel aufrecht. Beim Erhalt der Antriebskraft des Zielmotors MT wird das Innenrohr 24 um einen vorbestimmten Drehwinkel um die Kathodenachse A1 gedreht und dann in dem auf die Drehung folgenden Zustand positioniert.
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In dem vorliegenden Beispiel wird die Position des Innenrohres 24, in der axialen Richtung der Kathodenachse A1 gesehen, wenn der Zielmotor MT in einer Ausgangsposition ist, als Referenzposition bezeichnet. Darüber hinaus wird der Drehbetrag (Drehwinkel) des Innenrohrs 24 in Bezug auf die Referenzposition als Zielwinkel θ bezeichnet (0 < θ < 360°), bei dem es sich um einen Drehwinkel handelt.
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Ein Schleifring 28, der mit einer externen Stromversorgung GE (siehe 1) verbunden ist, ist am Umfang der Drehwelle 22 auf der Oberseite des Innenrohrs 24 angeordnet. Der Schleifring 28 umfasst einen Ausgangsanschluss 28a, der sich durch den Flansch 25 und den Drehbereich 21S erstreckt. Die externe Stromversorgung GE erzeugt eine vorbestimmte DC-Energie oder Hochfrequenzenergie zur Auslösung einer Entladung und leitet die Energie an den Schleifring 28 weiter. Der Schleifring 28 erhält die Energie von der externen Stromversorgung GE und leitet die Energie an den Ausgangsanschluss 28a weiter.
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Ein zylindrisches Rohr (im Nachstehenden einfach nur als Außenrohr 29 bezeichnet), das an der Innenseite des Gehäuses 21 drehbar gelagert ist, ist mit der Außenseite des Innenrohrs 24 im Drehbereich 21S verbunden. Das Außenrohr 29 ist über das Innenrohr 24, das angetriebene Zahnrad 26 und das Antriebszahnrad 27 mit der Antriebswelle des Zielmotors MT verbunden. Wenn das Außenrohr 29 die Antriebskraft des Zielmotors MT erhält, wird es um den Drehbetrag des Innenrohrs 24, d. h. den Zielwinkel θ um die Kathodenachse A1 gedreht und dann in dem auf die Drehung folgenden Zustand positioniert.
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Das Außenrohr 29 besitzt ein unteres Ende, an dem eine Unterstützungsplatte 31 mittels einer Dichtung 29a befestigt ist. Die Unterstützungsplatte 31 ist allgemein scheibenförmig, besitzt eine Mitte, die entlang der Kathodenachse A1 liegt, und ist so angeordnet, dass sie die Unterseite des Magnetkreises 23 abdeckt. Die Unterstützungsplatte 31 haltert ein allgemein scheibenförmiges Ziel 32, das eine Mitte besitzt, die auf der entgegengesetzten Seite des Magnetkreises 23 entlang der Kathodenachse A1 liegt. Die Unterstützungsplatte 31 ist mit dem Ausgangsanschluss 28a des Schleifrings 28 verbunden, erhält Energie aus dem Ausgangsanschluss 28a, und leitet die Energie an das Ziel 32 weiter.
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In dem vorliegenden Beispiel wird die Oberfläche des Ziels 32, die zum Inneren des Schichtbildungsbereichs 11S frei liegt, als Zerstäubungsfläche bezeichnet.
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Eine Magnetdichtung 33 ist zwischen dem Außenrohr 29 und dem Gehäuse 21 angeordnet. Die Magnetdichtung 33 schirmt den Raum zwischen dem Außenrohr 29 und dem Gehäuse 21 im Drehbereich 21S vor Umgebungsluft ab. Das Gehäuse 21 lagert das Außenrohr 29 mit der Magnetdichtung 33 drehbar und schirmt den Abschnitt des Drehbereichs 21S vor Umgebungsluft ab, der mit dem Schichtbildungsbereich 11S in Verbindung steht.
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Das Ziel 32 ist durch die Unterstützungsplatte 31, das Außenrohr 29, das Innenrohr 24, das angetriebene Zahnrad 26 und das Antriebszahnrad 27 mit der Antriebswelle des Zielmotors MT verbunden. Wenn es die Antriebskraft des Zielmotors MT erhält, wird das Ziel 32 um den Drehwinkel des Innenrohrs 24, d. h. den Zielwinkel θ um die Kathodenachse A1 gedreht und dann in dem auf die Drehung folgenden Zustand positioniert.
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Wenn eine dünne Schicht auf dem Substrat S ausgebildet wird, fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Zielmotor MT an und stellt den Zielwinkel θ auf einen vorausgewählten Winkel ein (im Nachstehenden einfach nur als Sollwert bezeichnet). Dann setzt die Zerstäubungsvorrichtung 10 das Substrat S auf den Substrathalter 13 und dreht das Substrat S um die Mittelachse C. Die Zerstäubungsvorrichtung 10 fährt das Absaugsystem PU und das Gaszufuhrsystem 12 an, um den Schichtbildungsbereich 11S mit Sputter-Gas zu versorgen und den Schichtbildungsbereich 11S auf einen vorbestimmten Druck einzustellen. Darüber hinaus fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Blendenmotor MS an, um die Blendenplatte 15 so zu drehen, dass die Öffnung 15A der Blendenplatte 15 dem Ziel 32 zugewandt ist. Dann fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Magnetkreis 23 an, um ein Magnetronmagnetfeld auf der Oberfläche des Ziels 32 zu bilden, und fährt die externe Stromversorgung GE an, um das Ziel 32 mit einer vorbestimmten Energie zu versorgen.
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Dadurch wird das Ziel 32, das sich am Zielwinkel θ befindet, zerstäubt, und eine Schichtdickenverteilung entsprechend dem Zielwinkel θ hergestellt. In diesem Fall wählt die Zerstäubungsvorrichtung 10, ungeachtet des anfänglichen Einstellzustands des Ziels 32, den Zielwinkel θ und die relative Position von jedem Punkt auf der Zerstäubungsfläche wie von jedem Punkt auf dem Substrat aus gesehen aus. Zum Beispiel wählt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Zielwinkel θ aus, um die Anisotropierichtung des Ziels 32 wie von jedem Punkt auf dem Substrat S aus gesehen auszuwählen. Da somit die relative Position des Ziels 32 wie von jedem Punkt auf dem Substrat S aus gesehen ausgewählt werden kann, wie etwa die Anisotropierichtung o. dgl. des Ziels 32, verbessert die Zerstäubungsvorrichtung 10 die Dickenverteilung der dünnen Schicht auf dem Substrat S.
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In dem vorliegenden Beispiel ist ein Drehmechanismus durch den Zielmotor MT, das Antriebszahnrad 27, das angetriebene Zahnrad 26, das Innenrohr 24, das Außenrohr 29 und die Unterstützungsplatte 31 gebildet.
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[Schichtbildungsprozess]
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Ein Schichtbildungsprozess unter Verwendung der Zerstäubungsvorrichtung 10 wird nun erörtert. Zunächst wird die Zyklizität der Schichtdickenverteilung in Zusammenhang mit dem Zielwinkel θ erörtert. Es wird ein rundes und flaches Ziel aus Tantal (im Nachstehenden Ta) verwendet. Das Schaubild von 3A zeigt die Dickengleichmäßigkeit der Ta-Schicht für jeden Zielwinkel θ, die durch die Schichtbildung erhalten wird, die unter den nachstehend aufgelisteten Bedingungen durchgeführt wird. Die Schichtdickenverteilung der Ta-Schicht für jeden Zielwinkel θ ist in 3B gezeigt.
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In 3A wurde die Dickengleichmäßigkeit der Ta-Schicht auf Grundlage von Messergebnissen eines Schichtwiderstands der Ta-Schicht unter der Annahme berechnet, dass der spezifische elektrische Widerstand der Ta-Schicht in einer Ebene des Substrats S konstant ist. Darüber hinaus sind in 3B dicke Abschnitte dunkel und dünne Abschnitte hell getönt.
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[Schichtbildungsbedingung]
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- Substrat S: Siliziumsubstrat mit einem Durchmesser von acht Zoll
- Zieldurchmesser: 152 nm
- Diagonaleinfallswinkel: 22°
- Sputter-Gas: Ar
- Sputter-Druck: 2,4 × 10–2 Pa
- DC-Energie: 2,44 W/cm2
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Wie in 3 gezeigt ist, beträgt die Schichtdickengleichmäßigkeit, wenn der Zielwinkel θ 0° ist, ungefähr 0,3%. Darüber hinaus nimmt die Schichtdickengleichmäßigkeit auf ungefähr 1,7% zu, wenn der Zielwinkel von 0° auf 120° zunimmt. Während dieses Abschnitts erhöht im Hinblick auf die Schichtdickenverteilung eine Zunahme des Zielwinkels θ die relative Schichtdicke im mittleren Abschnitt des Substrats S graduell.
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Wenn der Zielwinkel θ 180° beträgt, beträgt die Schichtdickengleichmäßigkeit ungefähr 0,4%. Darüber hinaus nimmt die Schichtdickengleichmäßigkeit auf ungefähr 4,3% zu, wenn der Zielwinkel θ von 180° auf 300° zunimmt. Diese Tendenz ist dieselbe wie von 0° auf 120°. Während dieses Abschnitts erhöht im Hinblick auf die Schichtdickenverteilung eine Zunahme des Zielwinkels θ die relative Schichtdicke im mittleren Abschnitt des Substrats S graduell. Diese Tendenz ist dieselbe wie von 0° auf 120°.
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Genauer ausgedrückt ist die Tendenz der Schichtdickenverteilung, wenn der Zielwinkel θ 0° bis 180° beträgt, und die Tendenz der Schichtdickenverteilung, wenn der Zielwinkel θ 180° bis 360° beträgt, fast dieselbe. Darüber hinaus haben die Schichtdickengleichmäßigkeit und die Schichtdickenverteilung dieselbe Tendenz (Zyklizität) in Zyklen von 180° in Bezug auf den Zielwinkel θ.
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Aufgrund einer Walzbehandlung o. dgl. in einem Herstellungsprozess des Ziels 32 kann es sein, dass die Restspannung im Ziel 32, die Dehnung, mit dem das Ziel 32 beaufschlagt wurde, die Kristallorientierung, der Kristallkorndurchmesser u. dgl. in der Ebene des Ziels 32 nicht gleichmäßig und somit anisotrop sind. Wenn ein Zerstäubungsvorgang mit einem solchen Ziel 32 durchgeführt wird, unterscheidet sich der Entladungszustand oder die Plasmadichte in einem Plasmaentladungsbereich zwischen dem mittleren Abschnitt des Substrats S und dem umfänglichen Abschnitt des Substrats S. Im Ergebnis unterscheidet sich die Schichtdickenverteilung der auf dem Substrat S entstandenen dünnen Schicht in Abhängigkeit vom Relativpositionsverhältnis jedes Punkts auf dem Substrat S und jedes Punkts des Ziels 32, nämlich vom Zielwinkel θ. Somit erscheint eine Zyklizität in der Schichtdickenverteilung der dünnen Schicht in Übereinstimmung mit der Anisotropierichtung des Ziels 32.
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Im Schichtbildungsprozess, der die Zerstäubungsvorrichtung 10 verwendet, wird eine Testzerstäubung durchgeführt, um den Sollwert des Zielwinkels θ zu bestimmen, bevor eine dünne Schicht auf dem Substrat S ausgebildet wird (bevor der Hauptzerstäubungsprozess erfolgt).
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Im Spezielleren fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 zuerst den Zielmotor MT an, um den Zielwinkel θ auf einen vorbestimmten Winkel (im Nachstehenden als Testzerstäubungswinkel bezeichnet) innerhalb des Bereichs von 0 < θ < 360° einzustellen. Dann erfolgt auf dem Substrat S eine Schichtbildung mit dem Testzerstäubungswinkel, und es wird die Schichtdickenverteilung für den Testzerstäubungswinkel gemessen. Die Zerstäubungsvorrichtung 10 misst die Schichtdickenverteilung für verschiedene Zerstäubungswinkel im Bereich von 0 < θ < 360°, und der Testzerstäubungswinkel, bei dem die Schichtdickengleichmäßigkeit kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Wert wird, wird als der Sollwert bestimmt.
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Zum Beispiel fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Zielmotor MT an, um den Testzerstäubungswinkel auf 0° einzustellen, führt eine Schichtbildung auf dem Testzerstäubungssubstrat S mit dem Testzerstäubungswinkel durch und misst die Schichtdickenverteilung bei 0°. Dann stellt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Testzerstäubungswinkel in der Reihenfolge von 60°, 120°, 180°, 240° und 360° ein, misst die Schichtdickenverteilung für jeden Testzerstäubungswinkel und bestimmt auf Grundlage der Zyklizität der Schichtdickenverteilung den Sollwert als den Testzerstäubungswinkel, bei dem die Schichtdickenverteilung zu einem vorbestimmten oder kleineren Wert wird. In 3A ist der Sollwert in den Bereichen von 0° bis 60° oder 180° bis 240° bestimmt.
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Dies ermöglicht die Bestimmung des Sollwerts innerhalb eines Schichtdickenverteilungsbereichs, der mehreren Testzerstäubungswinkeln gemeinsam ist. Darüber hinaus ist zusätzlich zur Verbesserung der Schichtdickengleichmäßigkeit auch die Reproduzierbarkeit im Hinblick auf die örtliche Lage der dicken Abschnitte und die örtliche Lage der dünnen Abschnitte in der Ebene des Substrats S verbessert.
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Nach der Bestimmung des Sollwerts durch die Testzerstäubung fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Zielmotor MT an, stellt den Zielwinkel θ als den Sollwert ein und führt dann die Hauptzerstäubung durch.
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Im Spezielleren setzt die Zerstäubungsvorrichtung 10 ein Substrat S auf den Substrathalter 13, dreht das Substrat S um die Mittelachse C und fährt das Absaugsystem PU und das Gaszufuhrsystem 12 an, um den Schichtbildungsbereich 11S mit Sputter-Gas zu versorgen. Darüber hinaus fährt die Zerstäubungsvorrichtung 10 den Blendenmotor MS an, um die Blendenplatte 15 so zu drehen, dass die Öffnung 15A der Blendenplatte 15 dem Ziel zugewandt ist. Die Zerstäubungsvorrichtung 10 fährt dann den Magnetkreis 23 an, um ein Magnetronmagnetfeld auf der Oberfläche des Ziels 32 zu bilden, und fährt die externe Stromversorgung GE an, um das Ziel 32 mit einer vorbestimmten Energie zu versorgen.
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Dadurch wird das Ziel 32 bei dem Zielwinkel θ zerstäubt, der als Sollwert eingestellt ist, und eine Schicht mit Dickengleichmäßigkeit auf dem Substrat S entsprechend dem Sollwert gebildet.
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Die Zerstäubungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform hat die nachstehend beschriebenen Vorteile.
- (1) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dreht der Zielmotor MT das Ziel 32 mit dem Antriebszahnrad 27, dem angetriebenen Zahnrad 26, dem Außenrohr 29 und der Unterstützungsplatte 31 um die Kathodenachse A1, die sich entlang einer Senkrechten der Zerstäubungsfläche erstreckt. Darüber hinaus hält der Zielmotor MT das Ziel 32 auf dem Zielwinkel θ, wenn der Testzerstäubungsprozess und der Hauptzerstäubungsprozess durchgeführt wird.
Entsprechend sorgt die Drehung des Ziels 32 ungeachtet des anfänglichen Einstellwinkels des Ziels 32 für eine Auswahl der relativen Position jedes Punkts auf der Zerstäubungsfläche wie von jedem Punkt auf der Oberfläche des Substrats S aus gesehen, und ermöglicht, dass die ausgewählte relative Position aufrechterhalten bleibt.
Im Spezielleren kann die Zerstäubungsvorrichtung 10 die Anisotropierichtung des Ziels 32, wie von jedem Punkt auf dem Substrat S aus gesehen, auswählen und die ausgewählte Anisotropierichtung aufrechterhalten. Da die Position des Ziels 32 in Bezug auf das Substrat S ausgewählt werden kann, verbessert die Zerstäubungsvorrichtung 10 somit die Dickengleichmäßigkeit der dünnen Schicht auf dem Substrat S.
- (2) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird während des Testzerstäubungsprozesses das Ziel 32 bei jedem von mehreren verschiedenen Testzerstäubungswinkeln zerstäubt, um mehrere verschiedene dünne Schichten entsprechend jedem Ziel 32 auszubilden. Darüber hinaus wird der Sollwert des Zielwinkels θ auf Grundlage der Dickengleichmäßigkeit der mehreren dünnen Schichten bestimmt. Im Zerstäubungsprozess wird der Zielmotor MT angefahren, um den Zielwinkel θ auf dem Sollwert zu halten.
Entsprechend wird im Testzerstäubungsprozess die Anisotropierichtung des Ziels 32 in Bezug auf das Substrat S ausgewählt und bestimmt. Im Hauptzerstäubungsprozess wird die bestimmte Anisotropierichtung aufrechterhalten. Da die Position des Ziels 32 in Bezug auf das Substrat S ausgewählt werden kann, verbessert die Zerstäubungsvorrichtung 10 somit die Dickengleichmäßigkeit der dünnen Schicht auf dem Substrat S.
- (3) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird während des Testzerstäubungsprozesses der Testzerstäubungswinkel, bei dem die Schichtdickengleichmäßigkeit zu einem vorbestimmten oder kleineren Wert wird, als der Sollwert bestimmt. Entsprechend ist während des Hauptzerstäubungsprozesses eine Verbesserung der Dickengleichmäßigkeit der dünnen Schicht weiter sichergestellt.
- (4) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird während des Testzerstäubungsprozesses der Sollwert auf Grundlage der Zyklizität der Schichtdickenverteilung, d. h. der Anisotropierichtung des Ziels 32 bestimmt. Entsprechend werden während des Hauptzerstäubungsprozesses Schwankungen an den Stellen dicker Abschnitte und den Stellen dünner Abschnitte in der Ebene des Substrats S reduziert.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform lässt sich wie nachstehend beschrieben abwandeln.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Testzerstäubungswinkel, bei dem die Schichtdickengleichmäßigkeit einen vorbestimmten oder kleineren Wert annimmt, als der Sollwert bestimmt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt. Zum Beispiel kann von mehreren Testzerstäubungswinkeln derjenige als der Sollwert bestimmt werden, bei dem der Wert der Schichtdickengleichmäßigkeit zum niedrigsten Wert wird. Alternativ kann auf Grundlage der Zyklizität der Schichtdickenverteilung der Zerstäubungswinkel als der Sollwert bestimmt werden, bei dem die Schichtdickengleichmäßigkeit am niedrigsten ist.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Ziel 32 in einer Richtung gedreht (der Zielwinkel θ steigt von 0° auf 360°). Jedoch ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt und lässt sich auch auf einen Aufbau anwenden, der das Ziel 32 in der Umfangsrichtung dreht, d. h. den Zielwinkel θ von 0° auf 360° ansteigen oder den Zielwinkel θ von 360° auf 0° abfallen lässt.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird während des Testzerstäubungsprozesses der Zielwinkel θ aus dem Bereich von 0° bis 360° ausgewählt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung dahingehend nicht eingeschränkt und der Zielwinkel θ kann im Testzerstäubungsprozess auch aus dem Bereich von 0° bis 180° ausgewählt werden. Indem der Bereich des Zielwinkels θ auf den Bereich von 0° bis 180° eingeschränkt wird, lässt sich die Schichtdickengleichmäßigkeit mit einem einfacheren Aufbau verbessern.
