TWI473895B - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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Description

成膜裝置及成膜方法
本發明是關於一種成膜裝置及成膜方法。
使用巨大磁氣阻抗(GMR:Giant Magnetic Resistive)效果與穿隧磁氣阻抗(TMR:Tunneling Magnetoresistive)效果的磁氣設備具有由六~十五層程度的人工格子多層膜所構成的磁氣阻抗元件。磁氣阻抗元件是由固定自發磁化的方向的固定層、回轉自發磁化的方向的自由層、以及挾持於該等固定層與自由層之間的非磁性層所構成。
磁氣設備的輸出特性非常地依存於磁氣阻抗元件的電氣阻抗值,這個電氣阻抗值因應於非磁性層、自由層、固定層等上述各層的膜厚而產生極大變化。舉例來說,在於非磁性層中使用MgO層的場合下,MgO層的膜厚僅改變0.1nm,阻抗值便會改變50%以上(非專利文獻1)。因此,在使用GMR元件與TMR元件的磁氣設備中,為使得磁氣設備的輸出特性安定,對於各層的膜厚會有高精度的要求。
在使用人工格子多層膜的各層的成膜裝置中,被廣泛使用的是濺鍍裝置,是對於濺鍍靶材(以下僅稱為靶材)進行濺鍍,並使得從靶材而飛散的濺鍍粒子堆積於基板上。在濺鍍裝置中,有提案為提升薄膜的膜厚均一性,使得靶材表面相對於基板表面而傾斜,同時使得靶材相對於基板而進行旋轉運動、搖動運動(例如專利文獻1及專利文獻2)。藉此,由於從靶材飛散的濺鍍粒子具有相對於基板的不同的複數個入射角度,因此能夠使得濺鍍粒子可更均一地堆積遍及基板表面的全體。
由濺鍍法所產生的薄膜的膜厚均一性是因應基板上的電漿放電空間的放電狀態與電漿密度而產生極大變動。基板上的放電狀態與電漿密度是因應相對於靶材表面各點的基板的相對位置而變動。舉例來說,相對於基板的濺鍍粒子的飛行經路與濺鍍粒子的密度是因應靶材的周方向上的裝設角度而變動。
靶材的旋轉運動與搖動運動,是在一次的成膜處理之中,藉由使得膜厚均一性較高的裝設角度與膜厚均一性較低的裝設角度相混合,以謀求基板間的膜厚的均一化。因此,在一次的成膜處理之中,會有形成膜厚均一性較劣的薄膜、以及難以充分地提升薄膜的膜厚均一性的問題。
【非專利文獻1】Nature Mater. 3(2004)868
【專利文獻1】日本特開2004-339547號公報
【專利文獻2】日本特開2006-111927號公報
本發明提供一種可提升膜厚均一性的成膜裝置及成膜方法。
本發明的第一目的是提供一種成膜裝置,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,靶材具有相對於基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於成膜裝置具備:轉動機構,其搭載靶材且能夠以沿著被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動,並於形成薄膜時維持靶材的轉動角。
本發明的第二目的是提供一種成膜方法,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,靶材具有相對於基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於成膜方法具備:利用轉動機構以沿著被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動靶材;及在利用轉動機構將靶材的轉動角維持於一定值的同時,濺鍍靶材。
本發明的第三目的是提供一種成膜方法,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,靶材具有相對於基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於成膜方法具備:測試濺鍍工程,包含:驅動轉動機構使其以沿著被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動靶材,以變更靶材的轉動角;藉由利用複數個不同的轉動角的每一個而濺鍍靶材,以形成複數個不同的薄膜;及基於複數個薄膜的膜厚均一性,而決定轉動角的目標值;以及主要濺鍍工程,包含:驅動轉動機構而將靶材的轉動角設定於目標值;及藉由在將靶材的轉動角維持於目標值的同時濺鍍靶材,而在基板的表面形成薄膜。
殘存於靶材的內部的應力與變形、結晶方位與結晶粒徑等物性,會受到該靶材的製造工程中壓延手法等的影響,而在靶材的面內會具有異方性。本案發明者發現,這樣的靶材的異方性使得放電狀態與電漿密度等產生改變的結果是,薄膜的膜厚分布與靶材的裝設角度具有相關的周期性。以下,依據圖面說明本發明的一實施形態的成膜裝置。第一圖是模式地顯示作為成膜裝置的濺鍍裝置10的側剖面圖。第二圖是顯示陰極20的概略剖面圖。
(成膜裝置)
在第一圖中,濺鍍裝置10具有連結於由真空幫浦等所構成的排氣系統PU的真空槽(以下僅稱為腔室本體11),並將從外部被搬送的基板S搬入至腔室本體11的內部空間(以下僅稱為成膜空間11S)。作為基板S,能夠使用如圓盤狀的矽基板、玻璃基板、AlTiC基板等。
腔室本體11連結供給濺鍍氣體的氣體供給系統12,供給來自氣體供給系統12的預定流量的濺鍍氣體。作為濺鍍氣體,能夠使用Ar、Kr、Xe等。此外,濺鍍氣體的構成也可以包含氮氣與一氧化碳等的反應氣體。
成膜空間11S配設載置基板S的基板保持器13,基板保持器13將被搬入至腔室本體11的基板S固定於預定位置。基板保持器13連結於配設在腔室本體11的下方的保持器馬達MH的驅動軸,藉由接受來自保持器馬達MH的驅動力,將基板S的中心當作回轉中心而使得基板S回轉。在本實施形態中,將包含基板S的中心的鉛直線稱為中心軸線C。
成膜空間11S配設了覆蓋基板保持器13的外周面與腔室本體11的內周面的複數個防止附著板14,複數個防止附著板14針對基板保持器13的外周面與腔室本體11的內壁來抑制濺鍍粒子的附著。
成膜空間11S配設了覆蓋基板保持器13的上方的圓頂狀的開閉板15。開閉板15是將成膜空間11S區分成上側與下側的板材,其具有貫通成膜空間11S的上側與下側之間的圓形孔(以下僅稱為開口15A)。開閉板15連結於配設在腔室本體11的上方的開閉馬達MS的驅動軸,藉由接受來自開閉馬達MS的驅動力,以中心軸線C為回轉中心而回轉。藉此,開閉板15以中心軸線C為中心來回轉開口15A。
腔室本體11的上側搭載了複數個陰極20。複數個陰極20的每一個皆具有沿著與中心軸線C交叉的方向而延伸的略圓筒形狀的框體21,各框體21連結於腔室本體11而形成連通於成膜空間11S的內部空間(以下僅稱為回轉空間21S)。
在本實施形態中,將各框體21的中心線---亦即第一圖中除了中心軸線C之外的一點鎖線---稱為陰極軸線A1。此外,將陰極軸線A1與中心軸線C所成的角度稱為斜入射角。
各框體21的內部設有沿著對應的陰極軸線A1而延伸的回轉軸22,各回轉軸22的下端連結了磁氣電路23。各回轉軸22連結於未顯示於圖的磁氣電路馬達的驅動軸,藉由接受來自該磁氣電路馬達的驅動力,以陰極軸線A1為中心而回轉磁氣電路23。各磁氣電路23是在對應的陰極20的下方形成磁控磁場的磁氣電路,藉由接受回轉軸22的驅動力,以陰極軸線A1為中心而回轉該磁控磁場。
在第二圖中,在回轉空間21S內的回轉軸22的外周,配設由回轉軸22的外周所支撐且可以自由回轉的圓筒(以下僅稱為內筒24),內筒24的上端形成有擴展於回轉軸22的徑方向外側的鍔部25。鍔部25的上側連結了以陰極軸線A1為回轉中心的圓筒齒輪(以下僅稱為從動齒輪26),從動齒輪26的外側(第二圖的左側)配設與從動齒輪26相嚙合的驅動齒輪27。
驅動齒輪27連結於靶材馬達MT的驅動軸,藉由接受靶材馬達MT的驅動力,以陰極軸線A1為中心使得從動齒輪26回轉。內筒24藉由經由該等從動齒輪26及驅動齒輪27接受靶材馬達MT的驅動力,以陰極軸線A1為中心而回轉。
靶材馬達MT可以是如預定的回轉角正轉或反轉驅動軸的步進馬達或伺服馬達,其連接於馬達驅動部DM(參閱第一圖)。馬達驅動部DM產生驅使以預定的回轉角回轉靶材馬達MT的驅動軸的驅動信號(諸如脈衝信號),將該驅動信號輸出至靶材馬達MT。靶材馬達MT回應來自馬達驅動部DM的驅動信號,並以預定的回轉角回轉驅動軸,以維持該回轉角。內筒24藉由接受靶材馬達MT的驅動力,以陰極軸線A1為中心回轉預定的回轉角,在回轉後的狀態下決定位置。
在本實施形態中,將從陰極軸線A1的線方向所見的內筒24的位置,也就是靶材馬達MT位於初期位置時的位置稱為基準位置。此外,相對於基準位置的內筒24的回轉量(回轉角),稱為作為轉動角的靶材角θ(0≦θ<360°)。
回轉軸22的外周(即內筒24的上側)配設了連接於外部電源GE(參閱第一圖)的滑環28。滑環28設有貫通鍔部25且延展至回轉空間21S的輸出端子28a。外部電源GE產生用以啟始放電的預定的直流電力或高頻電力,將該電力輸出至輸出端子28a。輸出端子28a。接受來自外部電源GE的電力,將該電力輸出至輸出端子28a。
內筒24的外側(即回轉空間21S)連結框體21的內側所支持且可自由回轉的圓筒(以下僅稱為外筒29)。外筒29經由內筒24、從動齒輪26、及驅動齒輪27而連結於靶材馬達MT的驅動軸。外筒29藉由接受靶材馬達MT的驅動力,以陰極軸線A1為中心回轉內筒24的回轉量(即靶材角θ),在回轉後的狀態下決定位置。
外筒29的下端經由密封材29a而裝設背板31。背板31形成為以陰極軸線A1為中心的略圓盤狀,並配設成覆蓋磁氣電路23的下方。背板31在與該磁氣電路23的相反側搭載了以陰極軸線A1為中心且呈略圓盤狀靶材32。背板31連接於滑環28的輸出端子28a,接受來自輸出端子28a的電力,並將該電力輸出至靶材32。
在本實施形態中,將從成膜空間11S露出的靶材32的面稱為被濺鍍面。
外筒29與框體21之間配設磁氣密封33。磁氣密封33從外部空氣遮斷回轉空間21S中外筒29與框體21之間的空間。框體21在經由此磁氣密封33而支撐外筒29並使其可以自由回轉的同時,藉由該磁氣密封33,而從外部空氣遮斷與成膜空間11S相連通的回轉空間21S的部分。
靶材32經由背板31、外筒29、內筒24、從動齒輪26、及驅動齒輪27而連結於靶材馬達MT的驅動軸。靶材32藉由接受靶材馬達MT的驅動力,以陰極軸線A1為中心回轉內筒24的回轉量(即靶材角θ),在回轉後的狀態下決定位置。
濺鍍裝置10在基板S上形成薄膜時驅動靶材馬達MT,將靶材角θ設定成預先選擇的角度(以下僅稱為目標值)。其次,濺鍍裝置10在基板保持器13上載置基板S,以中心軸線C為回轉中心回轉基板S。濺鍍裝置10驅動排氣系統PU及氣體供給系統12,將濺鍍氣體供給至成膜空間11S,並調整成膜空間11S至預定壓力。此外,濺鍍裝置10驅動開閉馬達MS並回轉開閉板15,使得開閉板15的開口15A與靶材32彼此相對。同時,濺鍍裝置10驅動磁氣電路23而在靶材32的表面形成磁控磁場,驅動外部電源GE以供給預定的電力至靶材32。
藉此,處於靶材角θ的靶材32被濺鍍,基板S上形成了對應於靶材角θ的膜厚分布。此時,濺鍍裝置10無關於靶材32的初期的裝設狀態,藉由靶材角θ的選擇,而能夠選擇從基板S上的各點所見被濺鍍面上的各點的相對位置。舉例來說,濺鍍裝置10藉由靶材角θ的選擇,而能夠選擇從基板S上的各點所見靶材32的異方性的方向。是故,濺鍍裝置10能夠選擇靶材32的異方性的方向等、從基板S上的各點所見靶材32的相對位置,還能夠提升基板S上的薄膜的膜厚均一性。
另外,關於本實施形態中的轉動機構,是由靶材馬達MT、驅動齒輪27、從動齒輪26、內筒24、外筒29、及背板31所構成。
(成膜方法)
其次,說明關於使用濺鍍裝置10的成膜方法。首先,說明關於與靶材角θ相關的膜厚分布的周期性。第三圖(a)是顯示使用圓形平板形的鉭(以下稱Ta)作為靶材32、並在以下所示的條件之下成膜的各靶材角θ中Ta膜的膜厚均一性的圖。此外,第三圖(b)是顯示各靶材角θ中Ta膜的膜厚分布的圖。
另外,在第三圖(a)中,是假定Ta膜的電氣阻抗率在基板S的面內為一定,並基於Ta膜的面阻抗值的測定結果而演算Ta膜的膜厚均一性。此外,在第三圖(b)中,對膜厚較厚的部分付與較深的色度,並對膜厚較薄的部分付與較淺的色度。
(成膜條件)
‧基板S:直徑8英吋的矽基板
‧靶材徑:152mm
‧斜入射角:22°
‧濺鍍氣體:Ar
‧濺鍍壓力:2.4x10-2 Pa
‧直流電力:2.44W/cm2
如第三圖所示,靶材角θ為0°時,膜厚均一性為約0.3%,隨著靶材角θ從0°增加至120°,膜厚均一性增大至約1.7%。在此期間,關於膜厚分布,伴隨著靶材角θ的增加,在基板S的中心部其膜厚相對地緩慢變厚。
此外,靶材角θ為180°時,膜厚均一性為約0.4%,隨著靶材角θ從180°增加至300°,膜厚均一性與從0°到120°的傾向相同而增大至約4.3%。在此期間,關於膜厚分布,伴隨著靶材角θ的增加,與從0°到120°的傾向相同,而在基板S的中心部其膜厚相對地緩慢變厚。
也就是說,靶材角θ在0°~180°時膜厚分布的傾向,與靶材角θ在180°~360°時膜厚分布的傾向是略微相同的,可知膜厚均一性與膜厚分布分別顯示與靶材角θ相關而在180°的周期下相同的傾向(具有周期性)。
殘存於靶材32的內部的應力與變形的進入方式、或是結晶方位、結晶粒徑等,是藉由靶材32的製造工程中的壓延方法等,在靶材32的面內不會成為均一,而是具有異方性。在使用此種靶材32進行濺鍍的場合下,電漿放電空間中的放電狀態與電漿密度在基板S的中心部附近與在基板S的外周部附近是不同的。其結果為,形成於基板S的薄膜的膜厚分布需視基板S上的各點與靶材32上的各點的相對的位置關係(亦即靶材角θ)而有所不同。因此,薄膜的膜厚分布上出現了對應於靶材32的異方性的方向的周期性。
在使用濺鍍裝置10的成膜方法中,首先,在基板S上形成薄膜(實行主要濺鍍工程)之前,須實行用以決定靶材角θ的目標值的測試濺鍍工程。
亦即,濺鍍裝置10首先驅動靶材馬達MT,將靶材角θ設定成0≦θ<360°的範圍中的預定角度(以下僅稱為測試濺鍍角),藉由將該測試濺鍍角的成膜施行於測試濺鍍用的基板S,以量測測試濺鍍角的膜厚分布。同時,濺鍍裝置10針對0≦θ<360°的範圍中複數個不同的測試濺鍍角的每一個而量測膜厚分布,將膜厚均一性處於預定值以下的測試濺鍍角當成目標值來決定。
舉例來說,濺鍍裝置10藉由驅動靶材馬達MT將測試濺鍍角設定成0°,並將該測試濺鍍角的成膜施於測試濺鍍用的基板S,以量測0°時的膜厚分布。其次,濺鍍裝置10將測試濺鍍角依序設定成60°、120°、180°、240°、360°以量測各膜厚分布,並基於膜厚分布的周期性,將膜厚均一性處於預定值以下所得的測試濺鍍角當成目標值來決定。在第三圖(a)中,是在0°~60°、或是180°~240°的範圍內決定目標值。
藉此,便能夠在與複數個測試濺鍍角共通的膜厚分布的範圍內決定目標值,加上膜厚均一性的提升,而能夠提升基板S的面內厚膜部分的位置與薄膜部分的位置的再現性。
當濺鍍裝置10利用測試濺鍍決定目標值,便驅動靶材馬達MT並將靶材角θ設定成目標值,以實行主要濺鍍。
亦即,濺鍍裝置10將基板S載置於基板保持器13並以中心軸線C為回轉中心而回轉基板S,驅動排氣系統PU及氣體供給系統12而將濺鍍氣體供給至成膜空間11S。此外,濺鍍裝置10驅動開閉馬達MS而回轉開閉板15,使得開閉板15的開口15A與靶材32彼此相對。同時,濺鍍裝置10驅動磁氣電路23而在靶材32的表面形成磁控磁場,並驅動外部電源GE而將預定的電力供給至靶材32。
藉此,利用設定成目標值的靶材角θ濺鍍靶材32,讓對應於目標值的膜厚均一性的膜可成膜於基板S上。
本實施形態的濺鍍裝置10具有以下的優點。
(1)在上述實施形態中,靶材馬達MT是經由驅動齒輪27、從動齒輪26、外筒29、及背板31並以沿著被濺鍍面的法線的陰極軸線A1為中心而轉動靶材32。同時,靶材馬達MT在實行測試濺鍍工程及主要濺鍍工程時,可維持靶材32的靶材角θ。
是故,濺鍍裝置10無關於靶材32的初期的裝設狀態,藉由靶材32的轉動,而能夠選擇從基板S的表面的各點所見被濺鍍面的各點的相對位置,且能夠維持所選擇的相對位置。
亦即,濺鍍裝置10能夠選擇從基板S的表面的各點所見靶材32的異方性的方向,且能夠維持所選擇的異方性的方向。因此,濺鍍裝置10能夠選擇針對基板S的靶材32的相對位置,還能夠提升基板S上的薄膜的膜厚均一性。
(2)關於上述實施形態,在測試濺鍍工程中,藉由利用複數個不同的測試濺鍍角的每一個來濺鍍靶材32,以形成對應於各靶材32的複數個不同的薄膜。同時,基於複數個不同的薄膜的膜厚均一性以決定靶材角θ的目標值。在主要濺鍍工程中,驅動靶材馬達MT以維持靶材角θ的目標值。
因此,在測試濺鍍工程中,能夠選擇並決定針對基板S的靶材32的異方性的方向,而在主要濺鍍工程中,能夠維持所決定的異方性的方向。是故,濺鍍裝置10能夠選擇針對基板S的靶材32的相對位置,還能夠提升基板S上的薄膜的膜厚均一性。
(3)關於上述實施形態,在測試濺鍍工程中,將膜厚均一性成為預定值以下的測試濺鍍角決定成目標值。因此,在主要濺鍍工程中,能夠更確實地提升薄膜的膜厚均一性。
(4)關於上述實施形態,在測試濺鍍工程中,基於膜厚分布的周期性---即靶材32的異方性的方向---而決定目標值。因此,在主要濺鍍工程中,能夠抑制基板S的面內的厚膜部分的位置與薄膜部分的位置的變動。
另外,上述實施形態也可以變更成以下的形態。
‧在上述實施形態中,是將膜厚均一性為預定值以下的測試濺鍍角當成目標值來決定。不限於此,舉例來說,也可以將複數個測試濺鍍角之中膜厚均一性之值最低的測試濺鍍角當成目標值來決定,或是基於膜厚分布的周期性,也可以將膜厚均一性最低所得的濺鍍角當成目標值來決定。
‧在上述實施形態中,說明關於在一方向回轉靶材32(使得靶材角θ從0°增大至360°)的場合。不限於此,也可以是沿著周方向轉動靶材32,亦即使得靶材角θ從0°增大至360°,或是使得靶材角θ從360°減少至0°的結構。
‧關於上述實施形態,在測試濺鍍工程中,是在0°~360°的範圍內選擇靶材角θ的結構。不限於此,在測試濺鍍工程中,也可以在0°~180°的範圍內選擇靶材角θ。藉此,僅需在0°~180°的範圍內規定靶材角θ,便能夠在更簡便的結構之下提升膜厚均一性。
10...濺鍍裝置
11...腔室本體
11S...成膜空間
12...氣體供給系統
13...基板保持器
14...防止附著板
15...開閉板
15A...開口
20...陰極
21...框體
21S...回轉空間
22...回轉軸
23...磁氣電路
24...內筒
25...鍔部
26...從動齒輪
27...驅動齒輪
28...滑環
28a...輸出端子
29...外筒
29a...密封材料
31...背板
32...靶材
33...磁氣密封
A1...陰極軸線
C...中心軸線
DM...馬達驅動部
GE...外部電源
MH...保持器馬達
MS...開閉馬達
MT...靶材馬達
PU...排氣系統
S...基板
θ...靶材角
第一圖係模式地顯示濺鍍裝置的剖面圖。
第二圖係顯示陰極的內部的剖面圖。
第三圖(a)、(b)係分別是顯示靶材角與膜厚均一性的關係的圖以及顯示靶材角與膜厚分布的關係的圖。
11...腔室本體
11S...成膜空間
15...開閉板
15A...開口
20...陰極
21...框體
21S...回轉空間
22...回轉軸
23...磁氣電路
24...內筒
25...鍔部
26...從動齒輪
27...驅動齒輪
28...滑環
28a...輸出端子
29...外筒
29a...密封材料
31...背板
32...靶材
33...磁氣密封
A1...陰極軸線
MT...靶材馬達

Claims (7)

  1. 一種成膜裝置,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,前述靶材具有相對於前述基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於前述成膜裝置具備:轉動機構,其搭載前述靶材且能夠以沿著前述被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動,並於形成前述薄膜時維持前述靶材的轉動角,前述轉動機構將前述靶材的轉動角維持在基於前述薄膜的膜厚分布的周期性所決定的目標值,前述目標值是藉由量測使用前述靶材利用複數個不同的轉動角所分別形成的複數個不同的薄膜的膜厚均一性,而在前述複數個轉動角之中選擇對應於預定值以下的膜厚均一性的轉動角。
  2. 如申請專利範圍第1項的成膜裝置,其特徵在於前述靶材的轉動角是0°~180°。
  3. 一種成膜方法,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,前述靶材具有相對於前述基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於前述成膜方法具備:利用轉動機構以沿著前述被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動前述靶材;及在利用前述轉動機構將前述靶材的轉動角維持於一定值的同時,濺鍍前述靶材,前述一定值是藉由量測使用前述靶材利用複數個不同的轉動角所分別形成的複數個不同的薄膜的膜厚均一性,而在前述複數個轉動角之中選擇對應於預定值以下的膜厚均一性的轉動角。
  4. 一種成膜方法,藉由濺鍍靶材而在基板的表面形成薄膜,前述靶材具有相對於前述基板的表面而傾斜的被濺鍍面,其特徵在於前述成膜方法具備:測試濺鍍工程,包含: 驅動轉動機構使其沿著前述被濺鍍面的法線的軸為中心而轉動前述靶材,以變更前述靶材的轉動角;藉由利用複數個不同的轉動角的每一個而濺鍍前述靶材,以形成複數個不同的薄膜;及基於前述複數個薄膜的膜厚均一性,而決定前述轉動角的目標值;以及主要濺鍍工程,包含:驅動前述轉動機構而將前述靶材的轉動角設定於前述目標值;及藉由在將前述靶材的轉動角維持於前述目標值的同時濺鍍前述靶材,而在前述基板的表面形成前述薄膜。
  5. 如申請專利範圍第4項的成膜方法,其特徵在於決定前述目標值包含:在前述複數個轉動角之中所對應於預定值以下的膜厚均一性的轉動角決定成前述目標值。
  6. 如申請專利範圍第4或5項的成膜方法,其特徵在於決定前述目標值包含:藉由基於前述複數個薄膜的膜厚均一性而檢測與前述薄膜的膜厚分布相關的前述靶材的異方性,以決定前述轉動角的目標值。
  7. 如申請專利範圍第6項的成膜方法,其特徵在於變更前述靶材的轉動角包含:在0°~180°的範圍內變更前述轉動角。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5658170B2 (ja) * 2009-12-25 2015-01-21 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング方法およびスパッタリング装置
US11183375B2 (en) * 2014-03-31 2021-11-23 Applied Materials, Inc. Deposition system with multi-cathode and method of manufacture thereof
JP6845877B2 (ja) * 2019-02-14 2021-03-24 Towa株式会社 ワーク保持部回転ユニット及び真空処理装置
US11515147B2 (en) 2019-12-09 2022-11-29 Micron Technology, Inc. Material deposition systems, and related methods
US11479847B2 (en) * 2020-10-14 2022-10-25 Alluxa, Inc. Sputtering system with a plurality of cathode assemblies

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000319096A (ja) * 1999-04-28 2000-11-21 Fujikura Ltd 薄膜の形成方法
WO2006077837A1 (ja) * 2005-01-19 2006-07-27 Ulvac, Inc. スパッタ装置および成膜方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01279752A (ja) 1988-04-30 1989-11-10 Nec Home Electron Ltd スパッタリング方法及びその装置
JP4036928B2 (ja) * 1996-09-18 2008-01-23 松下電器産業株式会社 成膜装置とそのターゲット交換方法
JPH10147864A (ja) * 1996-11-20 1998-06-02 Nec Corp 薄膜形成方法及びスパッタ装置
KR19990075436A (ko) * 1998-03-20 1999-10-15 차동해 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치
JP4137277B2 (ja) * 1999-04-15 2008-08-20 株式会社アルバック スパッタリング装置
CN1151514C (zh) * 1999-05-28 2004-05-26 中国科学院物理研究所 一种提高激光法制备高温超导带材临界电流密度的方法
JP4437290B2 (ja) 2003-05-14 2010-03-24 シーワイジー技術研究所株式会社 スパッタ装置
US20050067389A1 (en) * 2003-09-25 2005-03-31 Greer James A. Target manipulation for pulsed laser deposition
JP4583868B2 (ja) 2004-10-15 2010-11-17 株式会社昭和真空 スパッタ装置
JP4755475B2 (ja) 2005-10-06 2011-08-24 株式会社昭和真空 スパッタ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000319096A (ja) * 1999-04-28 2000-11-21 Fujikura Ltd 薄膜の形成方法
WO2006077837A1 (ja) * 2005-01-19 2006-07-27 Ulvac, Inc. スパッタ装置および成膜方法

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