JPWO2010073307A1 - スパッタリング装置および成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]磁気異方性のバラツキを如何に抑えるか、
[2]磁化容易軸(磁化困難軸)をどの程度そろえるか、
である。これは、一枚のウエハからヘッドチップを大量に切り出すため、ウエハ面内において、上記2点のバラツキが大きいと、切り出された個々のヘッド性能がマチマチになってしまうからである。
例えば、スパッタ粒子の入射角度をそろえるための成膜では、図1<ケース1>に示すように、コリメータ1をターゲット2と基板4との間に配置することが挙げられる。これにより、ターゲット2から発生したスパッタ粒子3の入射方向を選別することで均一性の高い成膜が可能である。ところが、この方法では、スパッタ粒子3の飛来数が減少し、生産性を落としてしまう。
図1の<ケース2>に示すように、コリメータ1の径を広げると、様々な方向からスパッタ粒子3が基板4に入射することになる。従って、磁気異方性のバラツキを生じさせる可能性はあるが、量産性には期待が持てる。
しかしながら<ケース2>の場合、基板4全面にわたり均一に成膜するには、基板4またはターゲット2を移動させる必要がある。この際、ターゲット2と基板4との相対的な位置関係に応じて基板4へのスパッタ粒子3の入射角度が異なることになる。すなわち、図1の<ケース3>に示すように、ターゲット2を固定し、基板4を移動させる場合、移動する基板4の位置によってはスパッタ粒子3の入射角度が大きくなったり、小さくなったりする。よって、このスパッタ粒子3の入射角度が異なることで、基板4に形成される膜の磁気異方性にバラツキが生じることになる。
例えば、図2に示すように、スパッタ粒子5の入射角度が10°〜70°の範囲では、入射方向に対して垂直な方向に磁化容易軸6が形成される。一方、スパッタ粒子5の入射角度が70°以上では、入射方向に対して平行に磁化容易軸6が形成される。つまり、磁性膜がどの入射角度で入射したスパッタ粒子で構成されるかに応じて、磁化容易軸の方向が変わってくるため、最終的にskew分散角(定義:磁化容易軸の角度ズレ幅)に影響を与える。
なお、図4、5A,5Bにおいて、基板41、51が配置される基板ホルダーを、図面の簡便化を図って省略している。
さらに、特許文献1のカルーセル型のスパッタリング装置の基板ホルダーの回転速度は一定であるため、膜厚分布を調節することが難しい。
このように、特許文献1に開示された技術では、形成される磁化容易軸の方向を制御することは可能であるが、磁気異方性や膜厚分布を均一にすることは難しかった。
さらに、特許文献2では、良好な密度を有する薄膜を形成するために、第2のイオンビームガン13を用いている。すなわち、特許文献2では、第2のイオンビームガン13から照射される補助ビームによる適度のボンバード(叩き)により膜の接着性の改善を図っている。
このように、特許文献2では、形成される薄膜の密度を良好にしつつ、均一な薄膜を形成するために、第1のイオンビームガンおよび第2のイオンビームガンが必要であり、装置の複雑化、コストアップに繋がっている。
図6Aは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置600の側面図である。図6Bは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置600の斜視図である。
本発明で重要なことの1つは、スパッタリングにより形成される磁性膜の磁化容易軸(困難軸)のバラツキを低減し、かつ簡便な構成で、形成される磁性膜中の原子密度を均一にすることである。
例えば、特許文献1に開示されたカルーセル型のスパッタリング装置の場合、以下に示すように、形成される磁性膜の磁化容易軸の方向にバラツキが生じる。図9は、従来のカルーセル型スパッタリング装置により形成された磁性膜の磁化容易軸の方向にバラツキが生じることを説明するための図である。
なお、磁性膜1001aおよび1001bは模式図であり、図10では、磁性膜1001aと磁性膜1001bとを離間して示しているが、これは、図面を見やすくするためである。
そこで、本実施形態では、高入射角度で入射するスパッタ粒子を適切に遮蔽し、低入射角度で入射するスパッタ粒子を基板に入射するように、遮蔽板を制御することを特徴としている。このように制御することで、磁気特性の低下の原因となる高入射角度で入射するスパッタ粒子の入射を抑制し、かつ入射するスパッタ粒子の入射角度を、磁気異方性を付与可能な低入射角度に可能な限り限定することができる。従って、基板に入射するスパッタ粒子の入射角度を小さく抑えることで、比抵抗のバラツキを抑え、飽和磁束密度の低下を抑えつつ、磁化容易軸の方向の均一化を図ることができる。
図11において、ターゲット803aにはエロージョントラック(侵食部)808が形成されている。このエロージョントラックは、ターゲット803b、803cに形成されている場合もある。また、基板804は、ステージ801の基板支持面の法線方向である回転軸Cを中心に任意の角度で回転可能な基板載置台807上に配置されている。
まずは、スパッタリングの開始に先立って、スパッタリング装置は、遮蔽板805の第1の端809aが、エロージョントラック808の領域808aと808bとの間に位置するように、カソード802および遮蔽板805を制御する。次いで、ターゲット803aから基板804へと入射されるスパッタ粒子のうち、50°よりも大きな入射角度を遮蔽するように、ステージ801、カソード802、および遮蔽板805を位置決めする。なお、このような位置決めは、予め実験等により求めておけば良い。
このように動作させることで、遮蔽板805によって、高入射角度(例えば、50°よりも高い入射角度)のスパッタ粒子が成膜に寄与しないようにすることができる。従って、成膜に寄与するスパッタ粒子の入射角度を低入射角度の範囲内(例えば、0°以上50°以下)になるべく収めることができるので、磁化容易軸のバラツキ、および飽和磁束密度の低下を抑えることができる。
以下の条件に従ってスパッタリングを行った。
ステージ801の回転中心から基板面までの距離:330mm
基板サイズ(直径):200mm
遮蔽板805の径:390mm
ターゲットと基板とが略平行に向かい合ったときの距離:100mm
カソード802の回転軸Bとターゲット面までの距離:160mm
ターゲットサイズ:450mm×130mm
ターゲット厚み:4mm
ターゲット材質:Fe65Co35(atomic%)
ガス:アルゴン
ガス圧:0.05Pa
放電電力:4000W
メインに入射されるスパッタ粒子の入射角度:35°
上記条件で、図11に示したスパッタリング装置を用いて、図14にて説明した動作によりスパッタリングを行った。該スパッタリングにより得られた磁性膜のSkew発散および規格化シート抵抗、並びに従来の方法で作製したSkew発散および規格化シート抵抗を図15に示す。
本実施形態では、第1の実施形態にて説明したスパッタリング装置にさらに第2の遮蔽板を設けている。このように、追加の遮蔽板を設けることで、低入射角度のうち、0°側の所定の範囲(例えば、0°以上10度未満)の入射角度成分をブロックすることができる。
図16において、符号1601は、第2の遮蔽板である。第2の遮蔽板1602は、回転軸Aを中心に任意の角度で回転するための手段を有しており、遮蔽板805と共に堆積される膜の膜厚分布の微調整やスパッタ粒子の入射角の選択性を高める機能を果たす。第2の遮蔽板1601は、遮蔽板用回転手段を制御装置によって適切に制御することによって、カソード802、ステージ801、または遮蔽板805とは独立して、回転軸Aを中心に回転することができる。
上述の実施形態では、図14の工程a〜工程eに示すように、一度に基板全面にスパッタリングを行っている。本実施形態では、スパッタリング中の基板搬送方法、またはマスク機構、基板、およびターゲットの位置関係を最適に制御することで、形成された膜中の上下(左右)における磁気特性が対称になるようにしている。すなわち、本実施形態では、形成すべき膜の半分までの成膜が完了したら、基板を180°回転させる、または遮蔽板を移動させて、残り半分の成膜を行う。
このように、基板の半分ずつ、同様の工程で成膜することで、成膜された膜の面内の非対称性を低減することができる。
Claims (16)
- スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第1の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
基板支持面を有するステージであって、前記第1の回転軸と平行に配置された第2の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置され、前記第1の回転軸、または第2の回転軸を中心に回転可能な遮蔽板とを備え、
スパッタリング中において、前記スパッタリングターゲット支持面に支持されるスパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記基板支持面の法線との成す角度が0°以上50°以下の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板支持面に支持される基板に入射させるように、前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも1つの回転を制御することを特徴とするスパッタリング装置。 - 前記スパッタリングターゲット支持面にターゲットを配置してスパッタリングを行う際に、
前記カソードに配置されたターゲットのうち、前記カソードから発生する磁場の、前記スパッタリングターゲット支持面に対する垂直成分が0になる領域の集合体に囲まれる領域上に、前記遮蔽板の回転方向における第1の端の少なくとも一部を位置させることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。 - 前記スパッタリング中において、形成されるべき膜の半分までの成膜が完了すると、前記遮蔽板の前記第1の端と反対側の第2の端の少なくとも一部を、前記領域上に位置させることを特徴とする請求項2に記載のスパッタリング装置。
- 前記スパッタリング装置は、スパッタリング中において、前記スパッタリングターゲット支持面に支持されるスパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が10°以上50°以下の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板支持面に支持される基板に入射させるように、前記カソード、ステージ、および遮蔽板の少なくとも1つの回転を制御することを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。
- 前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置され、前記第1の回転軸、または第2の回転軸を中心に回転可能な第2の遮蔽板をさらに備え、
前記遮蔽板と前記第2の遮蔽板とにより、前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が0°以上10°未満、および50°以上の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板に対して遮蔽することを特徴とする請求項4に記載のスパッタリング装置。 - 前記スパッタリング装置は、前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が50°よりも大きい角度で入射するスパッタ粒子を前記基板に対して遮蔽するように、前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも1つの回転を制御することを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。
- 前記ステージは、前記第2の回転軸に対して垂直な第3の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
前記スパッタリング中において、形成されるべき膜の半分までの成膜が完了すると、前記第3の回転軸を中心に前記基板載置台を180°回転させることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。 - 前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも1つの回転を制御するための制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。
- 前記カソードは、複数のスパッタリングターゲット支持面を有し、該複数のスパッタリングターゲット支持面は前記カソードの周囲に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。
- スパッタリングターゲット支持面を有するカソードであって、第1の回転軸を中心に前記スパッタリングターゲット支持面が回転可能なカソードと、
基板支持面を有するステージであって、前記第1の回転軸と平行に配置された第2の回転軸を中心に前記基板支持面が回転可能なステージと、
前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置され、前記第1の回転軸または第2の回転軸を中心に回転可能な遮蔽板とを備えるスパッタリング装置による成膜方法であって、
スパッタリング中において、前記スパッタリングターゲット支持面に支持されるスパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記基板支持面の法線との成す角度が0°以上50°以下の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板支持面に支持される基板に入射させるように、前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも1つを独立に回転させることを特徴とする成膜方法。 - 前記スパッタリング中は、前記カソードに配置されたターゲットのうち、前記カソードから発生する磁場の、前記スパッタリングターゲット支持面に対する垂直成分が0になる領域の集合体に囲まれる領域上に、前記遮蔽板の回転方向における第1の端の少なくとも一部を位置させることを特徴とする請求項10に記載の成膜方法。
- 前記スパッタリング中において、形成されるべき膜の半分までの成膜が完了すると、前記遮蔽板の前記第1の端と反対側の第2の端の少なくとも一部を、前記領域上に位置させることを特徴とする請求項11に記載の成膜方法。
- スパッタリング中において、前記スパッタリングターゲット支持面に支持されるスパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が10°以上50°以下の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板支持面に支持される基板に入射させるように、前記カソード、ステージ、および遮蔽板の少なくとも1つを独立に回転させることを特徴とする請求項10に記載の成膜方法。
- 前記スパッタリング装置は、前記スパッタリング支持面と前記基板支持面との間に配置され、前記第1の回転軸または第2の回転軸を中心に回転可能な第2の遮蔽板をさらに備え、
前記遮蔽板と前記第2の遮蔽板との回転を独立に制御することにより、前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が0°以上10°未満、および50°以上の角度で入射するスパッタ粒子を前記基板に対して遮蔽することを特徴とする請求項13に記載の成膜方法。 - 前記スパッタリングターゲットから発生したスパッタ粒子のうち、前記法線との成す角度が50°よりも大きい角度で入射するスパッタ粒子を前記基板に対して遮蔽するように、前記スパッタリングターゲット支持面、前記基板支持面、および遮蔽板の少なくとも1つを独立に回転させることを特徴とする請求項10に記載の成膜方法。
- 前記ステージは、前記第2の回転軸に対して垂直な第3の回転軸を中心に回転可能な基板載置台を有し、
前記スパッタリング中において、形成されるべき膜の半分までの成膜が完了すると、前記第3の回転軸を中心に前記基板載置台を180°回転させることを特徴とする請求項10に記載の成膜方法。
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