TWI757474B - 磁控濺鍍的方法及用於磁控濺鍍的設備 - Google Patents

磁控濺鍍的方法及用於磁控濺鍍的設備 Download PDF

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Abstract

一種磁控濺鍍沉積方法或製造塗覆有一磁控濺鍍沉積層的一基板之方法，包含：●在一真空殼體(4、40、60)中提供具有一濺射表面(11)且沿著一靶材平面(9)延伸的一靶材(1)；●提供具有一待濺鍍塗覆表面(15)的一基板(13)；●在該濺射表面(11)及該待濺鍍塗覆表面(15)之間提供一反應空間(I)；●在該反應空間(I)中產生一磁控磁場(Bm)，該磁控磁場之磁場線在該濺射表面(11)的第一外磁極面(20)及第一內磁極面(22)之間起弧，在朝向該濺射表面(11)的一方向(S1)上觀看時，該第一外磁極面(20)繞著該第一內磁極面(22)在該濺射表面(11)上形成一閉迴路；●在該反應空間(I)中以及在至少一個第二外磁極面(32)及至少一個第二內磁極面(30)之間產生另一磁場(Ba)；●藉由疊加該磁控磁場(Bm)及該另一磁場(Ba)在該反應空間(I)中產生一合成磁場(Br)，在該反應空 間(I)中的軌跡平行於該靶材平面(9)之該合成磁場(Br)的方向分量，係大於至少在該反應空間(I)的一主要體積區域在該軌跡平行於該靶材平面(9)之該磁控磁場(Bm)的方向分量。

Description

磁控濺鍍的方法及用於磁控濺鍍的設備
本發明係有關磁控濺鍍，並且在本發明一些變型及實施例中，係有關同時地控制鐵磁層中的磁各向異性之方向為單向的。
儘管熟習材料磁性性質的技術人員已經熟知，有關於「磁各向異性」，我們參照猶他大學冶金工程學系William D.Callister,Jr.的「材料科學及工程之介紹」，第七版，John Wiley & Sons，Inc.，特別是第20.8章「磁各向異性」。
因此，當我們談到控制鐵磁材料的濺鍍沉積層之磁各向異性為單向時，我們提出在至少此種層之主要區域的整個鐵磁材料中「易磁化」，且因此垂直於「易磁化」方向的「硬的晶體學方向」也變成界定單向的並且相對於沿著該層之已提出區域的一個方向軸。
如磁控濺鍍技藝之熟練技術人員進一步熟知的，在磁控濺鍍中，由於所謂的電子俘獲效應，沿著靶材的濺射表面呈迴路形的磁控磁場建立了增加電漿密度 的迴路。此效應係由磁控磁場中平行於濺射表面之分量及垂直於濺射表面的電場之分量而引起的。靶材上的侵蝕剖面根據磁控磁場的迴路而變成一個迴路。所產生的局部化侵蝕剖面導致靶材的不良利用以及濺鍍掉之靶材材料的角度空間分佈在時間上的變化，例如，由於侵蝕剖面的深度增加。為了藉由沿著靶材的濺射表面更均勻的磨損來改善對靶材的利用，已知沿著濺射表面移動磁控磁場的迴路。此需要相對於靶材及在靶材下方移動的磁體偶極裝置。
本發明的目的之一在於提供替代的磁控濺鍍方法及設備。
此藉由一種磁控濺鍍沉積方法或製造塗覆有一磁控濺鍍沉積層的一基板之方法來實現，該方法包含：●在一真空殼體中提供具有一濺射表面且沿著一靶材平面延伸的一靶材；●提供具有一待濺鍍塗覆表面的一基板；●在該濺射表面及該待濺鍍塗覆表面之間提供一反應空間；●在該反應空間中產生一磁控磁場，該磁控磁場之磁場線在該濺射表面的第一外磁極面及第一內磁極面之間起弧，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第一外磁極面繞著該第一內磁極面在該濺射表面上形成一閉迴路；●在該反應空間中以及在至少一個第二外磁極面及 至少一個第二內磁極面之間產生另一磁場；●藉由疊加該磁控磁場及該另一磁場在該反應空間中產生一合成磁場，在該反應空間中的軌跡平行於該靶材平面之該合成磁場的方向分量，係大於至少在該反應空間的一主要體積區域在該軌跡平行於該靶材平面之該磁控磁場的方向分量。
定義：
1)在下方整個本說明書及請求項中並且如在第1圖之幫助下所說明，我們理解到，「磁極面」係與濺鍍設備相關或是與濺鍍塗覆基板之方法或製造濺鍍塗覆之基板的方法相關，在下述： 真空殼體4的空隙體積V被殼體4之壁2的內表面2i包圍，以及被一個以上的靶材1待被濺射掉之濺射表面11所包圍。真空殼體4之壁2可以具有用於泵送目的、饋送等等的開口，且因此自身不一定是真空密封的。表面2i及11的表面區域8，沿著該表面區域磁場B的主要部分從固體材料轉移到體積V的氣態環境氣體層，或相反地，被稱為「磁極面」。磁極面8具有磁極性N或S中之一者。
2)磁場B係由「磁偶極裝置」(第1圖中未顯示)產生。此種磁偶極裝置係包含並聯或串聯連接的一個以上的永久磁鐵或電磁鐵，它們在濺鍍技藝中通常是永久磁鐵。磁偶極裝置可以進一步包含一個以上的磁軛的結構。事實上，磁偶極裝置完成了包括磁極性N、S的磁 極面8及空隙體積V之一部分的磁路。
3)在下方整個說明書及請求項中，我們理解「主導」係超過50%。
4)在下方整個說明書及請求項中，我們理解「基板定向」在下述：在基板平面中建立x/y笛卡兒座標系統，以及在平行於x/y平面的基板上及穿過該基板的直線，基板的角度定向是此種直線與座標系統的x或y軸的夾角。直線可能會或可能不會被物理地標記在基板上。
5)在下方整個說明書及請求項中，我們理解「基板平面」，係由基板保持器界定並且固持在基板保持器上的基板沿著其延伸的平面。藉此，基板不一定是平面的。基板可以是平面的或拱形的或沿著基板平面前後彎曲等等。
6)在下方整個說明書及請求項中，我們理解「靶材平面」，係最通常由靶材保持器界定並且安裝在靶材保持器上的靶材沿著其延伸的平面。藉此，濺射表面在其尚未被侵蝕狀態下不一定是平面的，它可以是平面的或者可能是拱形的或甚至前後彎曲等等。
在其中靶材藉由可驅動旋轉的空心圓柱體實現的情況下，磁控磁體裝置係例如在空心圓柱體內是靜止的，並且指向基板，靶材平面被理解為平行於靶材圓柱體的旋轉軸之截面，並且界定從靶材圓柱體的其餘部分暫時暴露於基板的靶材圓柱體的分段。
藉由該另一磁場，該靶材上的侵蝕剖面迴路被擴大，導致改進的靶材材料利用及濺鍍掉之靶材材料 的角度分佈隨時間變化較小。此可以在相對於該靶材未移動磁偶極裝置下實現。
再者，已提出之疊加導致反應空間中的磁場強度相對於磁控磁場強度增加，導致電漿密度增加且因此導致濺鍍速率增加。
根據本發明之方法的一個變型包含沿著該濺射表面的一主要表面區域產生該合成磁場。
根據本發明之方法的一個變型包含沿著該基板的該待濺鍍塗覆表面的一主要表面區域產生該合成磁場。
有關於磁控磁場之迴路的傳播軸，濺射表面的區域越大，其暴露於平行於該濺射表面及垂直於磁控磁場之迴路的傳播軸之磁控磁場的分量越大，則該另一磁場對擴大靶材中侵蝕剖面之影響變得更大，該侵蝕剖面也稱為軌道。
此藉由根據本發明之方法的一個變型來實現，其中執行調整該反應空間中的該磁控磁場及該另一磁場，使得在朝向該濺射表面的方向上觀看時，亦即在該靶材上的頂視圖中，該另一磁場之場線平行於沿著該閉迴路的至少一部分的該磁控磁場之場線。
根據本發明之方法的一個變型，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，亦即在該靶材上的頂視圖中，該至少一個第二外磁極面係設置在該第一外磁極面之外部。
根據本發明之方法的一個變型包含選擇該第 一外磁極面的磁極性與該至少一個第二外磁極面的磁極性是相等的，並且選擇該第一內磁極面的磁極性與該至少一個第二內磁極面的磁極性是相等的。
在根據本發明之方法的一個變型中，該至少一個第二內磁極面係設置作為該濺射表面的一部分。
在根據本發明之方法的一個變型中，該至少一個第二內磁極面係設置成遠離該濺射表面且與該濺射表面對向。
在根據本發明之方法的一個變型中，該至少一個第二內磁極面係設置成相對於該基板與該濺射表面對向，例如，在基板後面。
在根據本發明之方法的一個變型中，在平行於該靶材平面觀看時，亦即在側視圖中，提供該至少一個第二外磁極面係在下述位置中的至少一者執行：●相對於該基板與該濺射表面對向；●與該基板對齊；●在該靶材平面及該基板之間並且比該靶材平面更靠近該基板；●在該靶材平面及該基板之間並且比該靶材平面更遠離該基板；●在該靶材平面及該基板之間並且距離該基板與距離該靶材平面是等距離的；●與該靶材平面對齊；●相對於該靶材平面與該基板對向。
請注意，如果基板不是平面的，且因此到此 種基板的距離可能不被明確地界定，相反地，此種距離相對於基板平面被界定，沿著該基板平面，由各自的基板保持器固持該基板。
在根據本發明之方法的一個變型中，該靶材的材料被選擇為一鐵磁材料並且被濺鍍沉積在該基板上的該層中之磁各向異性的方向，以及沿著至少該基板的該待濺鍍塗覆表面的一主要部分，係藉由該合成磁場控制為單向或變成單向的。
根據本發明之方法的一個變型，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，包含沿著該基板的該待濺鍍塗覆表面的一主要表面區域產生該合成磁場。
在一個變型中，此種合成磁場沿著已提出之表面區域是均勻的。
根據本發明之方法的一個變型，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，包含調整該反應空間中的該磁控磁場及該另一磁場，使得在朝向該濺射表面的方向上觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該另一磁場之場線平行於沿著該閉迴路的至少一部分的該磁控磁場之場線。
在根據本發明之方法的一個變型中，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該至少一個第二外磁極面係設置在該第一外磁極面之外部。
在根據本發明之方法的一個變型中，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，該第一外磁極面的磁 極性與該至少一個第二外磁極面的磁極性被選擇為相等的，並且該第一內磁極面的磁極性與該至少一個第二內磁極面的磁極性被選擇為相等的。
在根據本發明之方法的一個變型中，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，該至少一個第二內磁極面係設置成相對於該基板與該濺射表面對向，例如，在基板後面。
在根據本發明之方法的一個變型中，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，在平行於該靶材平面觀看時，該至少一個第二外磁極面係設置在下述位置中的至少一者：●相對於該基板與該濺射表面對向；●與該基板對齊；●在該靶材平面及該基板之間並且比該靶材平面更靠近該基板；●在該靶材平面及該基板之間並且比該靶材平面更遠離該基板；●在該靶材平面及該基板之間並且距離該基板與距離該靶材平面是等距離的；●與該靶材平面對齊；●相對於該靶材平面與該基板對向。
在根據本發明之方法的一個變型中，其中該靶材被選擇為已提出之鐵磁材料，在平行於該靶材平面觀看時，亦即在側視圖中，該至少一個第二外磁極面係設置成相對於該基板與該濺射表面對向。
根據本發明之方法的一個變型包含提供具有一最大迴路直徑的該迴路，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該至少一個第二外磁極面包含在該最大直徑的一側上的至少一個第二磁極面之有限範圍的一裝置，以及在該最大直徑的另一側上的至少一個第二磁極面之有限範圍的另一裝置。
根據本發明之方法剛提出的變型的一個變型包含在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，提供該第一外磁極面的一第一支腳，該第一支腳沿著一第一線性軌跡(亦即直線軌跡)延伸在該最大直徑的一側上，以及提供該第一外磁極面的一第二支腳，該第二支腳沿著一第二線性軌跡(亦即直線軌跡)延伸在該最大直徑的另一側上，該一個裝置沿著該第一支腳延伸，且該另一個裝置沿著該第二支腳延伸。
請注意，「沿著線性或直線軌跡延伸」的部分或表面自身可以是直的或可以例如繞著此種軌跡曲折或繞著此種軌跡成拱形。
在根據本發明之方法剛提出的變型的一個變型中，該第一支腳及該第二支腳係線性地延伸，亦即係直支腳。
在根據本發明之方法剛提出的變型的一個變型中，該第一支腳及該第二支腳被選擇為彼此平行。
在根據本發明之方法的一個變型中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該一個裝置及該另一個裝置係沿著各自的線性 軌跡(亦即直線軌跡)延伸。
在根據本發明之方法剛提出的變型的一個變型中，該一個裝置及該另一個裝置被選擇為線性延伸的，亦即是直的。
在根據本發明之方法的一個變型中，該一個裝置及該另一個裝置以各自固定的間距延伸在該等各自的支腳旁。
根據本發明之方法的一個變型包含選擇該真空殼體的該真空暴露表面的一部分作為該至少一個第二外磁極面，或選擇安裝至該真空殼體的一部件的一真空暴露表面。
根據本發明之方法的一個變型包含相對地移動該基板及該靶材，使得該基板通過該靶材。
根據本發明之方法剛提出的變型中的一個變型包含提供超過一個的該等基板以及隨後在該超過一個的該等基板上執行根據本發明之方法或根據其變型中的至少一者之方法。
根據本發明之方法的一個變型包含隨後在一基板上多次執行根據本發明之方法或根據其變型中的至少一者之方法。
根據本發明之方法的一個變型包含建立該磁控磁場及該另一磁場，使得在朝向該濺射表面觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該合成磁場的場線在該濺射表面的一主要部分上平行於一方向軸延伸，以及，相對於該方向軸以一固定的基板定向角，相對於該靶材 移動該基板。
在根據本發明之方法的一個變型中，該基板係繞著遠離該基板的一旋轉軸相對於該靶材而被旋轉。
在根據本發明之方法的一個變型中，該旋轉軸與該靶材平面上的法線以含兩個端點值的45°及0°之間的角度相交。在旋轉軸與已提出之法線以0°的角度「相交」的變型中，旋轉軸實際上平行於已提出之法線，亦即垂直於靶材平面。
在根據本發明之方法的一個變型中，該旋轉軸與該靶材平面上的法線以含兩個端點值的45°及90°之間的角度相交。在旋轉軸與已提出之法線以90°的角度「相交」的變型中，旋轉軸實際上垂直於已提出之法線，亦即平行於靶材平面。
在根據本發明之方法的一個變型中，該旋轉軸與該基板的待濺鍍塗覆表面上的法線以0°及45°之間的角度相交，含兩個端點值且在一個變型中係以0°的角度相交。在此情況下，旋轉軸平行於基板的待濺鍍塗覆表面上之法線，或平行於由相對應基板保持器界定的相對應基板平面上的法線。
在根據本發明之方法的一個變型中，該旋轉軸與該基板的待濺鍍塗覆表面上的法線以45°及90°之間的角度相交，含兩個端點值且在一個變型中係以90°的角度相交。在此情況下，旋轉軸垂直於基板的待濺鍍塗覆表面上之法線，或垂直於由相對應基板保持器界定的相對應基板平面上的法線。
根據本發明之方法的一個變型包含產生該另一磁場之強度，較靠近該待濺鍍塗覆表面時，大於該磁控磁場之強度，且較遠離該待濺鍍塗覆表面時，該另一磁場之強度弱於該磁控磁場之強度。
對於熟習磁控濺鍍之技術人員來說，完全清楚的是，該第一外磁極面以及通常還有至少一個該第一內磁極面係該濺射表面的相對應部分。
在根據本發明之方法的一個變型中，該第一及該第二外磁極面以及該第一及該第二內磁極面至少相對於彼此是靜止的。如果它們不是絕對靜止的，則它們作為一個整體共同地移動。
在根據本發明之方法的一個變型中，該靶材平面及該基板平面是平行平面。
本發明已提出之方法或本發明已提出方法的每個單一變型可以與一個以上的已提出之變型或其他變型中之一者或多者相結合，除非互相矛盾。
藉由一種濺鍍設備進一步解決本發明之已提出目的，該濺鍍設備包含：●一真空殼體，且其中：●一基板保持器，界定一基板平面且適於固持具有一待濺鍍塗覆表面的二維延伸基板；●安裝至一靶材保持器且沿著一靶材平面延伸並且具有一濺射表面及一背表面的一靶材；●一磁控磁體偶極裝置，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，包含第一外磁極面及第一內磁極面，該第一外磁極面繞著該第一內磁極面且沿著該濺射表面形成一閉迴路，該第一外磁極面具有一個磁極性，該第一內磁極面具有另一磁極性；●具有至少一個第二外磁極面及至少一個第二內磁極面的另一磁體偶極裝置，且其中在朝向該濺射表面的方向上觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該至少一個第二內磁極面係位於該第一外磁極面的該迴路內，且該至少一個第二外磁極面遠離該第二內磁極面，該第二外磁極面具有該一個磁極性，該第二內磁極面具有該另一磁極性。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向觀看時，亦即在朝向該靶材的頂視圖中，該至少一個第二外磁極面位於該第一外磁極面之外部。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向觀看時，該第二外磁極面位於該基板保持器上之基板的周圍之外部。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向觀看時，該第二外磁極面位於該靶材的周圍之外部。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該磁控磁體偶極裝置及該另一磁體偶極裝置被調整為使得由該磁控磁體偶極裝置產生的一磁控磁場的場線，以及由該另一磁體偶極裝置產生的另一磁場的場線，在朝向該濺射表面的方向上觀看時，沿著該閉迴路的至少一部分是互相平行的。
在剛提出之根據本發明實施例之設備的一個實施例中，該靶材具有一鐵磁材料。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該第一外磁極面是該濺射表面的一部分。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該至少一個第二內磁極面是該濺射表面的一部分。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該至少一個第二內磁極面係遠離該濺射表面。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該至少一個第二內磁極面相對於該基板平面係定位成與該濺射表面對向，例如，在基板後面。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在平行於該靶材平面觀看時，亦即在側視圖中，該至少一個第二外磁極面係位於下述位置中的至少一者：●相對於該基板平面與該靶材平面對向；●與該基板平面對齊；●在該靶材平面及該基板平面之間並且比該靶材平面更靠近該基板平面；●在該靶材平面及該基板平面之間並且比該靶材平面更遠離該基板平面；●在該靶材平面及該基板平面之間並且距離該基板平面與距離該靶材平面是等距離的；●與該靶材平面對齊；●相對於該靶材平面與該基板平面對向。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第一內磁極面是另一閉迴路。
在根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第二內磁極面在該另一閉迴路內。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第一內磁極面及該第二內磁極面的至少一部分是重疊的。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該第一外磁極面的該迴路具有一最大迴路直徑，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該至少一個第二外磁極面包含在該最大直徑的一側上的至少一個第二磁極面之有限範圍的一裝置，以及在該最大直徑的另一側上的至少一個第二磁極面之有限範圍的另一裝置。
根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實施例，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，包含該第一外磁極面的一第一支腳以及包含該第一外磁極面的一第二支腳，該第一支腳沿著第一線性軌跡延伸在該最大直徑的一側上，該第二支腳沿著第二線性軌跡延伸在該最大直徑的另一側上，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該一個裝置沿著該第一支腳延伸，且該另一個裝置沿著該第二支腳延伸。
在根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第 一支腳及該第二支腳係線性，亦即直的。
在根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第一支腳及該第二支腳彼此平行。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，如上述提及的該一個裝置及如上述提及的該另一個裝置沿著各自的線性軌跡延伸。
在根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該一個裝置及該另一個裝置係線性延伸，亦即係直的。
在根據本發明之設備的一個實施例中，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該一個裝置及該另一個裝置以各自固定的間距延伸在該等各自的支腳旁。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該真空殼體的該真空暴露表面的一部分是該至少一個第二外磁極面，或者安裝至該真空殼體的一部件的一真空暴露表面是該至少一個第二外磁極面。
根據本發明之設備的一個實施例包含至少一個另一真空處理設備，一方面該基板保持器及該靶材保持器以及另一方面該至少一個另一真空處理設備可驅動地相對於彼此移動，使該基板保持器通過該濺射表面，且傳遞該基板保持器至該至少一個另一真空處理設備或自該至少一個另一真空處理設備傳遞該基板保持器。
根據剛提出之本發明實施例之設備的一個實 施例包含超過一個可移動的已提出基板保持器，在一個實施例中，該等基板保持器可相對於該濺射表面及該至少一個另一真空處理設備共同地移動。
在根據本發明之設備的一個實施例中，已提出之另一真空處理設備中的至少一者係根據本發明之已提出濺鍍室或根據其至少一個實施例之濺鍍室。
在根據本發明之設備的一個實施例中，係設置該濺鍍設備中的至少一者，且在朝向其濺射表面的一方向上觀看時，該磁控磁體偶極裝置及該另一磁體偶極裝置係構造成使得由該磁控磁體偶極裝置產生的一磁控磁場以及由該另一磁體偶極裝置產生的另一磁場疊加所得的一合成磁場之場線是平行的，且在該濺射表面或該基板保持器的一主要部分上在一方向軸的方向上延伸，一旦與濺射表面對齊，並且該至少一個基板保持器的該相對移動係以該至少一個基板保持器相對於該方向軸以一固定角度定向通過該濺射表面的方式控制。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該基板保持器可驅動地繞著遠離該基板保持器的一旋轉軸作相對旋轉。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該旋轉軸與該等基板平面上的法線以含兩個端點值的0°及45°之間的角度相交。在一個實施例中，相交角度是0°，且因此旋轉軸平行於已提出之法線。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該旋轉軸與該等基板平面上的法線以含兩個端點值的45°及 90°之間的角度相交。在一個實施例中，此角度是90°，且因此旋轉軸垂直於已提出之法線。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該旋轉軸與該靶材平面上的法線以含兩個端點值的45°及0°之間的角度相交。在旋轉軸與已提出之法線以0°的角度「相交」的變型中，旋轉軸實際上平行於已提出之法線，亦即垂直於靶材平面。
在根據本發明之設備的一個變型中，該旋轉軸與該靶材平面上的法線以含兩個端點值的45°與90°之間的角度相交。在旋轉軸與已提出之法線以90°的角度「相交」的變型中，旋轉軸實際上垂直於已提出之法線，亦即平行於靶材平面。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該靶材具有一鐵磁材料。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該磁控偶極裝置及該另一磁體偶極裝置至少相對於彼此是靜止的。如果它們是可移動的，則它們可以作為一個單元共同地移動。
在根據本發明之設備的一個實施例中，該靶材平面及該基板平面是平行平面。
本發明已提出之設備或已提出之設備的每個單一實施例可以與已提出之實施例或其他實施例中的一者或多者相結合，除非互相矛盾。
B‧‧‧磁場
V‧‧‧空隙體積
S1‧‧‧方向
I‧‧‧反應空間
Ba‧‧‧另一磁場
Bm‧‧‧磁控磁場
Bmx‧‧‧分量
Bmz‧‧‧分量
Br‧‧‧合成磁場
Brx‧‧‧分量
Brz‧‧‧分量
Ba’‧‧‧另一磁場
S2‧‧‧方向
U‧‧‧大氣環境氣體
M‧‧‧箭頭
PR‧‧‧傳播方向
Dmax‧‧‧最大直徑
d0‧‧‧值
h1‧‧‧難磁化軸
h2‧‧‧難磁化軸
e1‧‧‧易磁化軸
e2‧‧‧易磁化軸
e2d‧‧‧整體方向
Lc‧‧‧線性軌跡
Lb‧‧‧線性軌跡
La‧‧‧線性軌跡
Ld‧‧‧線性軌跡
LD‧‧‧線性軌跡
L50‧‧‧線性軌跡
α‧‧‧角度
αa‧‧‧角度
αb‧‧‧角度
αc‧‧‧角度
αd‧‧‧角度
LP‧‧‧平面軌跡
LC‧‧‧圓柱軌跡
Ac‧‧‧軸線
AD‧‧‧軸線
Ar‧‧‧旋轉軸
A13‧‧‧軸線
AD‧‧‧軸線
V13‧‧‧定向
r‧‧‧軸線
R‧‧‧角度基準
V50‧‧‧方向
1‧‧‧靶材
2‧‧‧壁
2i‧‧‧表面
3‧‧‧靶材保持器
4‧‧‧真空殼體
5‧‧‧供電電源
7‧‧‧陽極
8‧‧‧表面區域
9‧‧‧靶材平面
11‧‧‧濺射表面
13‧‧‧基板
14‧‧‧層
15‧‧‧表面
15m‧‧‧區域
17‧‧‧基板保持器
19‧‧‧基板平面
20‧‧‧第一外磁極面
21a‧‧‧第一支腳
21b‧‧‧第二支腳
22‧‧‧第一內磁極面
24‧‧‧磁偶極裝置
30‧‧‧第二內磁極面
30’‧‧‧第二內磁極面
32‧‧‧第二外磁極面
32a‧‧‧磁極面
32b‧‧‧磁極面
34‧‧‧磁偶極裝置
40‧‧‧真空殼體
42‧‧‧壁
43‧‧‧壁
43i‧‧‧內表面
45‧‧‧真空處理設備
46‧‧‧真空泵
48‧‧‧磁控管
50‧‧‧濺鍍及對準站
51‧‧‧濺鍍站
52‧‧‧外圓柱體
52i‧‧‧內圓柱體表面
54‧‧‧內圓柱體
54o‧‧‧外表面
56‧‧‧泵送裝置
57‧‧‧基板保持器轉盤
58‧‧‧驅動器
60‧‧‧真空殼體
66‧‧‧基板保持器
67‧‧‧基板轉盤
68‧‧‧驅動器
69‧‧‧圓柱形壁
70‧‧‧頂壁
70i‧‧‧內表面
72‧‧‧底壁
72i‧‧‧內表面
74‧‧‧角度感應器
76‧‧‧差值形成單元
80‧‧‧旋轉驅動器
在附圖之幫助下將對本發明作進一步的例 示。該等圖式係顯示：第1圖：具有靶材及磁極面的最簡化之真空殼體，以便定義術語「磁極面」；第2圖：以側視圖示意性及啟發式地顯示根據本發明之方法及設備的通用方法；第3圖：以類似於第2圖之圖式，示意性及簡化地顯示根據本發明之設備的不同實施例或根據本發明有關於產生第2圖的另一磁場的方法之不同變型；第4圖：以類似於第3圖之圖式，未顯示靶材，根據本發明之有關於產生與基板相鄰的另一磁場之實施例或變型；第5圖：在根據本發明之設備的一個實施例或根據本發明之方法的一個變型中，磁極面的互相定位之示意性及簡化的頂視圖；第6圖：類似於第5圖，在根據本發明之設備的一個實施例或根據本發明之方法的一個變型中，磁極面的互相定位之示意性及簡化的頂視圖；第7圖：類似於第5圖或第6圖，在根據本發明之設備的一個實施例或根據本發明之方法的一個變型中，磁極面的互相定位之示意性及簡化的頂視圖，尤其是考量到由合成磁場影響層沉積；第8圖：依據從濺射表面到基板的間距定性地分析磁場強度之分佈，以利用合成磁場作為對準磁場。
第9圖：以頂視圖示意性及啟發式地顯示由本發明之實施例及變型實現的對準鐵磁層之磁各向異性； 第10圖：以頂視圖示意性及簡化地顯示本發明之實施例及變型的磁極面之互相位置及形狀；第11圖：類似於第10圖之圖式，示意性及簡化地顯示本發明之實施例及變型的磁極面之互相位置及形狀；第12圖：以側視圖簡化及示意性地顯示本發明之實施例及變型；第13圖：以頂視圖簡化及示意性地顯示第12圖的實施例及變型的磁極面之互相位置及形狀；第14圖：本發明的一個實施例或變型，其中多個基板移動通過至少一個根據本發明的濺鍍設備；第15圖：本發明的一個實施例或變型，其中多個基板移動通過至少一個根據本發明的濺鍍設備；第16圖：以頂視圖示意性及簡化地顯示真空處理設備，其包含至少一個根據本發明的濺鍍設備以及執行根據本發明之方法；第17圖：以側視圖示意性及簡化地顯示真空處理設備，其包含至少一個根據本發明的濺鍍設備以及執行根據本發明之方法；第18圖：示意性地顯示待被保持的基板相對於合成磁場之空間定向，以便均勻地對準磁各向異性；第19圖：以頂視圖及功能區塊圖，示意性及簡化地顯示根據第17圖的設備中之基板的定向控制。
第2圖示意性及啟發性地(亦即，以非科學方 式)顯示根據本發明之方法及設備的通用方法。在真空殼體或容器(第2圖中未顯示)內，設置有安裝至靶材保持器3的靶材1。如供電電源5及陽極7示意性地顯示，靶材1被電操作作為陰極。靶材保持器3界定靶材平面9作為軌跡，安裝至靶材保持器3的靶材1沿著該軌跡延伸。濺鍍掉之靶材1的表面係濺射表面11。
基板13具有表面15，該表面係以包含從靶材1被濺射掉之材料的材料而被濺鍍塗覆。基板13被安裝至基板保持器17，基板保持器17界定基板平面19作為軌跡，被基板保持器17所固持的基板13沿著該軌跡延伸。
如熟習磁控濺鍍之熟練技術人員所熟知的，沿著濺射表面11並且在反應空間I中產生磁控磁場Bm。如其磁場線所示，磁控磁場Bm從由粗線所示的第一外磁極面20發出。在朝向濺射表面11的方向S1上觀看時，亦即在朝向靶材1的頂視圖中，第一外磁極面沿著濺射表面11形成迴路。
磁控磁場Bm撞擊在第2圖中亦由粗線所示的一個以上的第一內磁極面22上。第一內磁極面22可以是如虛線所示的單磁極面。
在第2圖中，為了清楚起見，僅在磁控磁場Bm迴路的右側示意性地顯示靜止磁偶極裝置24。
在方向S1上觀看時，亦即朝向濺射表面11或靶材平面9，第一外磁極面20繞著一個以上的第一內磁極面22形成一閉迴路。在第2圖中，第一外磁極面 20具有N磁極性，而至少一個第一內磁極面22具有S磁極性。這些極性可以被顛倒。
磁控磁場Bm的方向可以考量在平行於靶材平面9的分量Bmx，以及與其垂直的分量Bmz。
對熟練技術人員熟知的，分量Bmx係控制磁控管的電子捕獲效應，且因此控制與濺射表面11相鄰的相對應電漿密度，且因此控制相對應形成的軌道，亦即濺射表面11中的侵蝕剖面。這些分量Bmx越是沿著濺射表面11越顯著，則軌道將會越大，且靶材材料的利用將會越好。
為了改善磁控磁場Bm之影響，且根據本發明產生另一磁場Ba。如第2圖中示意性地顯示，在反應空間I中產生此另一磁場Ba，使得考量反應空間I中的軌跡並且由該軌跡的Bm及Ba疊加而產生的合成磁場Br，與該軌跡的分量Bmx相比，在平行於靶材平面9具有較大的分量Brx。從第2圖可以完整清楚地看到，另一磁場Ba必須在方向x上的磁控磁場Bm的極化方向相等的方向被極化，以實現已提出的改進。在Ba具有非消失的方向分量Bax的反應空間I之每個軌跡，實現了此種改進且因此沿著濺射表面11的主要區域。
為了使第2圖不被超載，第3圖及第4圖以類似於第2圖之圖式來顯示產生另一磁場Ba的不同可能性。
將提出的所有磁極面之磁極性係基於根據第2圖之磁控磁場Bm的磁極面20及22之極性。所有這些 磁極性可能是普遍相反的。
根據第3圖，另一磁場Ba在第二內磁極面30及第二外磁極面32之間產生。
第二內磁極面30相對於基板平面19定位成與濺射表面11對向，例如，在基板13的後面。第二內磁極面30進一步與基板保持器17的中心區域對齊，此將在後面討論，以及在任何狀況下，在朝向靶材1的頂視圖S1觀看時，在第一外磁極面20(參見第2圖)的迴路內部。類似於第一內磁極面22，第二內磁極面30也可以再分成超過一個的各自磁極面區域。
第二外磁極面32位於第一外磁極面20(參見第2圖)的迴路之外部，並且再次在方向S1上觀看。根據第3圖並且在平行於靶材平面9之方向y上觀看且因此在磁控磁場迴路之傳播方向上觀看，如S2所示，第二外磁極面32可以位於：(a)相對於基板平面19與濺射表面11或靶材平面9對向；(b)與基板平面19對齊；(c)在基板平面19及靶材平面9之間並且比靶材平面9更靠近基板平面19；(d)相對於基板平面19及靶材平面9居中且因此與基板平面19及靶材平面9是等距離的；(e)在基板平面19及靶材平面9之間並且比基板平面19更靠近靶材平面9；(f)與靶材平面9對齊； (g)相對於濺鍍平面9與基板平面19對向。
如上所述，在方向S1上觀看時，一個以上的第二外磁極面32仍然在第一外磁極面20的迴路之外部。
仍然在此方向S1上觀看，第二外磁極面32可以沿著迴路形的第一外磁極面20(參見第2圖)形成迴路。在此情況下，設置有單個第二外磁極面32。
供選擇地或者可能附加地，可以沿著第一外磁極面20的迴路設置兩個以上不同的第二外磁極面32。
請注意，在第3圖中，在不同的可能位置(a)至(g)的第二外磁極面32未顯示用於另一磁場Ba的右側部分。請進一步注意，在整體之態樣下，由單個第二外磁極面32或超過一個的第二外磁極面32之(a)至(g)所示的位置，可以沿著第一外磁極面20的迴路變化，亦即，可以在位置(a)至(g)的不同位置設置多個第二外磁極面或單個第二外磁極面。
在第3圖中，在34顯示產生另一磁場Ba的磁偶極裝置。
磁極面32及30在第3圖中再次用粗線示意性地顯示，在以下的附圖中也用於磁極面之表示。
在第3圖中，在Ba'以虛線顯示調整另一磁場Ba的替代可能性。此處，第二內磁極面30'係設置作為濺射表面11的一部分。請注意，藉由Ba及Ba'產生另一磁場的組合也是可行的。在任何情況下，第二個或超過一個的第二外磁極面32之(a)至(g)的各種可能性是成立的，而與產生Ba及/或Ba'無關。
顯然地，本發明除了磁控磁場Bm之外還使用另一磁場Ba、Ba'，後者自身通常是普遍已知的。此需要第3圖中34的附加磁偶極裝置。在本發明的一個變型及實施例中，此種附加的磁偶極裝置位於真空殼體4之壁2的外部(參見第1圖)。
第4圖係以類似於第2圖或第3圖之圖式顯示作為例子的此種變型及實施例，藉此在變型中產生另一磁場Ba，而第二外磁極面32位於根據第3圖的(a)之位置。磁偶極裝置34設置在真空殼體4之壁2的外部。第4圖中未顯示靶材保持器、靶材及具有各自磁極面的磁控磁場。
真空殼體4的壁2將濺鍍處理真空與不同的氣態環境氣體U分開，特別是大氣環境氣體。一個以上的第二外磁極面32駐留在壁2的內部處理真空暴露表面2i上。第二內磁極面30也在該表面2i上。另一磁偶極裝置34位於如存在於反應空間I中的真空濺鍍環境氣體之外部，例如在大氣環境氣體中。
對於在反應空間I中與真空濺鍍環境氣體分開的另一磁場Ba及/或Ba'提供磁偶極裝置34的一般概念，可以根據第3圖及其詳細敘述之用於產生另一磁場Ba、Ba'的任何變型而實現。
根據第4圖的例子，亦即沿著與基板平面19相鄰的真空殼體4的壁2之一部分的內表面2i具有至少一個第二外磁極面32以及至少一個第二內磁極面30，如第4圖中的雙向或單向箭頭M示意性地顯示，如果具 有各自基板保持器17的一個以上基板13將要移動通過靶材1，則該例子是尤其適合。
到目前為止，我們還沒有最終考量在方向S1觀看時，磁控磁場Bm及另一磁場Ba、Ba'的磁極面之互相定位。事實上，在根據第3圖的方向S2觀看時，此定位實質上可以獨立於磁極面的互相位置來選擇。關於在方向S1上觀看時的已提出之互相定位，我們僅僅敘述第二內磁極面30(第3圖)應該置放在迴路形的第一外磁極面20(第2圖)之內部，以及至少一個第二外磁極面32(第3圖)應該位於迴路形的第一外磁極面20之外部。
第5圖示意性地例示在方向S1觀看時的磁極面之互相定位的一個實施例。作為例子，迴路形的第一外磁極面20形成磁極性N的圓形迴路。在第一外磁極面20的迴路之內部，設置具有磁極性S的內磁極面22(參見第2圖)。在第5圖的例子中，一個第一內磁極面22形成與第一外磁極面20之迴路同心的圓形迴路。因此，第二外磁極面32在此例子中也與第一外磁極面20之迴路的外部同心地呈迴路，在此例子中，以與第一外磁極面20之迴路的固定間距。
至少一個第二內磁極面30或30'(參見第3圖)，此處僅是一個第二內磁極面，係位於第一外磁極面20的迴路之內部，但是此處在隨機選擇的位置。
在方向S1上觀看時，磁控磁場Bm及另一磁場Ba或Ba'的方向係由它們的磁場線來啟發式地表示。可以觀看到，磁控磁場Bm之方向及另一磁場Ba、Ba' 的方向，以相對應的可變角度α在方向S1上觀看時，在反應空間I中的大部分軌跡相交。
儘管此種變型或實施例屬於根據本發明的通用方法，但可以看出，合成磁場Br具有相對於磁控管軌道之傳播方向PR傾斜的方向。
因此，磁控管效應一方面藉由增加平行於靶材平面的磁場分量而被改善，但另一方面受到藉由將電子從磁控管傳播方向PR加速離開磁控管電子阱的干擾。
在根據第6圖之本發明的另一變型及實施例中，磁控磁場Bm及另一磁場Ba、Ba'的方向，在方向S1上觀看時，是互相平行的。第6圖的變型或實施例與第5圖的變型或實施例的不同之處僅在於，至少一個第二內磁極面30、30'在第一內磁極面22之迴路的內部。在替代實施例或變型中，第一內磁極面22及第二內磁極面30、30互相重疊。
考量到第5圖，我們建議實現α在該等限制內：0
Figure 107113725-A0202-12-0027-20
α
Figure 107113725-A0202-12-0027-21
2°。
可以例如從第2圖、第3圖、第4圖中觀看到，由磁控磁場Bm及另一磁場Ba、Ba'的疊加而得的合成磁場Br也沿著基板13的待濺鍍塗覆表面15存在。因此，除了改善來自靶材1的磁控濺鍍，且根據本發明之方法及設備可以被調整以特別影響基板13的待濺鍍塗覆表面15上之層沉積。
如已經明顯例如從第3圖可以看出，另一磁 場Ba、Ba'對合成磁場Br之影響可以被調整為與基板平面19相鄰時比與靶材平面9相鄰時更明顯。
在一個變型及實施例中，利用由磁控磁場Bm及另一磁場Ba、Ba'的疊加產生的合成磁場Br來建立，亦即鐵磁層中的磁各向異性之方向因濺鍍沉積被控制為單向的，至少在層範圍的主要部分上。在此變型及實施例中，安裝或待被安裝在靶材保持器1上的靶材1具有鐵磁材料。
在第7圖中顯示根據本發明之設備的實施例及根據本發明之方法的此種變型之通用方法。此附圖顯示了在方向S1上觀看時的磁極面之互相位置。如第7圖所示的磁極面之形狀幾乎不是實踐中採用的形狀，但應表明，根據特定之應用，人們可很自由地調整各自的形狀。
對於各自的磁極面，在第7圖中使用與現在整個說明書中使用的相同之元件符號。
通常來說，迴路形的第一外磁極面20可以視需要具有迴路形狀，例如對於基板13之靶材1的特定形狀等等。因此，第一內磁極面22作為一個迴路或一整體或超過一個的整體磁極面適合於第一外磁極面20之迴路的特定形狀。
第一外磁極面20的迴路具有最大直徑Dmax。
在最大直徑Dmax的兩側以及第一外磁極面20的迴路之外部，第二外磁極面32係由沿著最大直徑Dmax沿著相對應距離延伸的兩個以上不同的磁極面32a 及32b來實現。再次選擇不同的第二外磁極面32a及32b的形狀及相對應位置，以從磁控磁場Bm及另一磁場Ba、Ba'的疊加中獲得所欲之合成磁場Br，其現在可稱為「對準磁場」。
考量到第3圖，為了利用合成磁場Br以使沿著藉由濺鍍被沉積在基板13上的鐵磁材料層，對準磁各向異性之方向，基板13及特別是待被濺鍍塗覆的表面15，係位於相對於磁控磁場Bm的相當遠場區域中，而位於另一磁場Ba、Ba'的近場區域中。此在第8圖中示意性及定性地表示。d座標敘述在垂直方向上與靶材1的濺射表面11的距離，達至根據待濺鍍塗覆的表面15之位置的值d0。平行於基板平面19及靶材平面9的磁控磁場Bm的場分量之強度朝向d0減小，而另一磁場Ba、Ba'的分量之相對應強度朝向d0上升。此可以藉由特別是根據變型(a)、(b)、(c)中的一者適當地選擇第3圖中的第二外磁極面32之位置來實現。
藉此，仍可以實現另一磁場Ba、Ba'改善磁控濺鍍，但附加地提供沿著被濺鍍沉積在基板13的表面15上之鐵磁材料層，磁各向異性平行於方向軸的單向對準。
請注意，也考量到第3圖，根據(a)定位第二外磁極面32的實施例或變型一方面實現根據第8圖的所欲之場強度分佈，且另一方面允許在具有壁2的真空殼體4之外部設置偶極裝置34(參見第4圖)。
從第5圖及第6圖之討論中顯而易見，在方 向S1上觀看時，另一磁場Ba、Ba'應該儘可能地平行於磁控磁場Bm。如果另一磁場Ba、Ba'被用作針對對準目的之對準磁場，此也是佔優勢，亦即將磁各向異性的方向及沿著已濺鍍沉積的鐵磁材料層相對於基板上的預定參考方向軸或定向軸而對準，亦即，在被沉積的該層之表面範圍上對準。
在第9圖中，啟發式地顯示合成磁場Br對已濺鍍沉積的鐵磁層中的磁各向異性之影響。在正在沉積或已沉積的鐵磁材料層14中，不施加對準磁場Br，各向異性係不均勻分佈，如易磁化軸e1及難磁化軸h1示意性地顯示。
沿著軸線r施加根據本發明的合成磁場Br並且均勻地施加在濺鍍沉積層材料的主要區域上，層14的材料中之磁各向異性是單向的，亦即易磁化軸及難磁化軸分別在相對應的整體方向e2d上變成對準的，如e2及h2所示。藉此，例如易磁化軸之單向對準的各向異性相對施加的合成磁場Br之方向r的交角β，變得非常接近0°。
第10圖係以與第7圖類似之圖式顯示本發明的另一個實施例及變型。根據此變型及實施例，第一外磁極面20具有在最大直徑Dmax的一側上的第一支腳21a及在最大直徑Dmax的另一側上的第二支腳21b。兩支腳21a及21b都沿著各自的線性軌跡La及Lb延伸。支腳自身不一定必要是線性的，亦即直的，但可以向前及向後彎曲或相對於各自的線性軌跡La、Lb彎曲。最大直徑沿 著線性軌跡LD延伸。
La以角度αa與LD相交，Lb以角度αb與LD相交，角度αb在第10圖中約為0°。
不同的其他形狀係可行的：(1)αa=αb，兩支腳21a及21b沿著平行軌跡La、Lb延伸；(2)αa=αb=0°：如果支腳自身是附加地線性的並且在Dmax鏡像，則導致第一外磁極面20的迴路之形狀，如第11圖所示。
在第11圖的實施例中，在方向S1上觀看時，磁控磁場Bm沿著Dmax的主要長度範圍係呈現為垂直於直徑Dmax。
根據第10圖，第二外磁極面32的兩個部分32a及32b沿著各自的線性軌跡Lc及Ld延伸。這些部分自身不一定必要是線性的，而是可以向前及向後彎曲，或者相對於各自的線性軌跡Lc、Ld彎曲。
Lc以角度αc與LD相交，Ld以角度αd與LD相交。
不同的其他形式是可行的：(3)αc=αd，兩部分32a及32b沿著平行軌跡La、Lb延伸；(4)αc=αd=0°：如果部分32a及32b自身是附加地線性的並且在Dmax鏡像，並且附加地，以上在(2)中提出的所有條件佔優勢，則會導致第一外磁極面20的迴路之形狀以及第二外磁極面32的部分32a及32b之形狀及定 位，如第11圖所示。
在本發明的此變型及實施例中，並且特別是如第8圖中示意性地顯示的磁場強度之過程，係導致：a)藉由另一磁場Ba、Ba'顯著改善了磁控管效應；b)另一磁場Ba、Ba'可以是或被用作如上所述的對準磁場。
在第11圖中，以虛線來顯示基板13的區域15m，係以鐵磁材料來濺鍍塗覆並且沿著該區域磁各向異性之方向變為單向對準的。
另外請注意，如第11圖所示，第一及第二內磁極面22、30、30'一般可以是互相重疊的單一表面，或者可以由單個共同磁極面來實現。
如同我們在例如有關第3圖上下文中已討論過，根據(a)提供第二外磁極面32以及在30所顯示的第二內磁極面，開啟彈性地定位偶極裝置34的可能性，以便產生遠離磁控管的另一磁場Ba，該磁控管係包含靶材1及產生磁控磁場Bm的偶極裝置。偶極裝置34可以位於基板13的待被濺鍍塗覆的一側上，磁控管位於另一側上。特別地，偶極裝置34可以定位在反應空間I的外部，其中基板13被濺鍍塗覆。
此導致根據本發明之變型及實施例，如第12圖中以簡化方式示意性地顯示。
真空殼體40具有限制反應空間I的兩個對向的壁42及43。
如真空泵46示意性地顯示，反應空間I在濺 鍍環境氣體條件下操作。在濺鍍操作中，基板13係固持在基板保持器17上。磁控管48係沿著壁42安裝，該磁控管包括靶材1及用於沿著靶材1之濺射表面而產生磁控磁場Bm的磁控偶極裝置(未顯示)。
磁偶極裝置34安裝在內表面43i的後面或沿著內表面43i安裝，該內表面形成在反應空間I中的真空處理環境氣體與非真空處理環境氣體之間的界面，上述處理環境氣體特別是大氣環境氣體U。元件符號32再次表示第二外磁極面，元件符號30表示根據第3圖的第二內磁極面。如果一個基板13或超過一個的基板13以及各自的基板保持器17沿著反應空間I並且穿過靶材1，如雙箭頭M所示可以驅動地移動，則此配置是特別適合的，如之後將要敘述的線性運動或是圓形運動。
第13圖再次示意性及簡化地顯示如第12圖所示之本發明實施例或變型中實現的磁極面的互相定位及形狀。有鑑於對第11圖的說明，第13圖中的磁極面的定位及形狀不需要進一步說明。
可以注意到，在與z座標方向一致的方向S1上觀看時，一個以上的基板13之移動M係平行於另一磁場Ba以及磁控磁場Bm，使得此配置完全適合於在濺鍍沉積於一個或多個基板13上的鐵磁材料層中，在一個以上基板13的整個表面上建立如上所述單向磁各向異性。
第14圖最示意性地顯示根據本發明之方法的變型或根據本發明之設備的實施例之基板13，該基板 可驅動地繞著旋轉軸Ar旋轉。藉此，各自的基板保持器(未顯示)的基板平面上之法線n係以含兩個端點值的45°及0°之間的角度φ與軸線Ar相交。如果角度φ是0°，則法線n平行於軸線Ar，旋轉軸Ar垂直於相對應的基板平面，該基板平面係沿著平面軌跡LP配置。
第15圖最示意性地顯示根據本發明之方法的變型或根據本發明之設備的實施例之基板13，該基板可驅動地繞著旋轉軸Ar旋轉。藉此，各自的基板保持器(未顯示)的基板平面上之法線n係以含兩個端點值的45°及90°之間的角度φ與軸線Ar相交。如果角度φ是90°，則法線n垂直於軸線Ar，旋轉軸Ar平行於相對應的基板平面，該基板平面係沿著圓柱軌跡LC配置。
在第14圖的變型或實施例中，旋轉軸Ar可以尤其是垂直於靶材1的靶材平面，而在第15圖的變型或實施例中，旋轉軸可以尤其是平行於靶材1的靶材平面。
第16圖示意性及簡化地顯示根據本發明的真空處理設備45，以及執行根據本發明的濺鍍方法或基板製造方法。原則上，係根據第15圖的變型或實施例構造，其中φ=0°且軸線Ar平行於各自的靶材平面。根據本發明及根據第11圖至第13圖的變型或實施例，可能也根據第10圖的變型或實施例，真空處理設備45包含至少一個濺鍍及對準設備，也稱為對準站50。真空處理設備45包含外部固定圓柱體52及內部固定圓柱體54，外部固定圓柱體52具有軸線AC且具有內圓柱表面52i，且 內部固定圓柱體54與軸線AC同軸且具有外表面54o。內表面52i及外表面54o共同地界定由泵送裝置56泵送的圓柱形反應空間I。
在圓柱形反應空間I內，由驅動器58可控制地驅動，基板保持器轉盤57可以繞著軸線AC旋轉ω。基板保持器轉盤57固持多個待被真空處理的基板13。考量到濺鍍及對準站50，磁控管48係例如安裝在外圓柱體52上，而用於產生對準磁場Ba的偶極裝置34係安裝在反應空間I之外部的內圓柱體54上。基板13的每個區域以一移動方向通過濺鍍及對準站50，在與S1方向一致的z方向上觀看時，該移動方向係與Ba及Bm平行。因此，沉積在基板13上的鐵磁層中之磁各向異性的方向係相對於一個參考方向軸r對齊(參見第9圖)。基板可以是任何形狀，例如，圓盤形、矩形或正方形。藉由隨後使基板13通過相對應的濺鍍及對準站50、可能沉積的中間非鐵磁層，例如藉由濺鍍站51，多個薄的鐵磁材料層可以被沉積在基板13上。
請注意，在根據第16圖的設備中，濺鍍及對準站50之靶材具有鐵磁材料。儘管如此，提供非鐵磁靶材給一個或另一個或全部的濺鍍及對準站50並且利用本發明所應用之僅用於改善磁控管效應的另一磁場，也是可行的。接著，這些站50成為比濺鍍及對準站更加改進的濺鍍站。
此外，在第16圖的實施例中，磁控管48可以安裝至內圓柱體54及偶極裝置34上或是沿著外圓柱 體52安裝。如果內圓柱體54是中空的且允許磁控管48的輕易處理，例如用於更換靶材1，此尤其是如此。
顯然地，真空處理設備45可以包含根據本發明一個以上的濺鍍及對準站50、根據本發明一個以上的改進濺鍍站50以及可能的一個以上的另一真空處理站51，例如蝕刻站、濺鍍站等等。
在第16圖的實施例或變型中，基板繞著軸線AC旋轉，其延伸表面上的法線No指向相對於軸線Ac的徑向方向。
第16圖及第17圖示意性及簡化地顯示根據本發明的另一真空處理設備55以及執行根據本發明的濺鍍方法或基板製造方法。此變型或實施例通常與第14圖的變型或實施例一致，其中旋轉軸Ar係垂直於靶材平面。
在此實施例或變型中，基板13係沉積在用於多個基板13的盤狀或環狀基板轉盤67上。由驅動器68可控制地驅動，盤狀或環狀基板轉盤67可繞著軸線AD旋轉。真空殼體60界定盤狀或環狀反應空間I，其中盤狀或環狀基板轉盤67係可旋轉的。除了與軸線AD同軸的圓柱形壁69之外，真空殼體60包含頂壁70及底壁72，頂壁70具有內表面70i且底壁72具有垂直於軸線AD延伸的內表面72i。基板13係沿著基板保持器轉盤67的周圍配置，其延伸表面上的法線No平行於軸線AD。
在濺鍍及對準站50中，磁偶極裝置34沿著底壁72或在底壁72的外部安裝在反應空間I的外部， 而磁控管48安裝在頂壁70上。根據本發明的濺鍍及對準站50被安裝成與繞著軸線AD旋轉的基板13之移動路徑對齊。
類似於根據第16圖的變型及實施例，在第17圖的變型及實施例中，也可以提供多個濺鍍及對準站50，以便在基板13上沉積多個薄鐵磁層，因藉由濺鍍51的濺鍍沉積，其可能具有非鐵磁材料的插入層。
如果站50未被用於沿著各自地沉積的鐵磁材料層中的方向軸來對準磁場，但是僅被用作改進的磁控濺鍍站，則基板13可繞著它們的中心軸A13被驅動地旋轉ω13，在第16圖的實施例中，此種情況也是普遍的。
考量到利用濺鍍站作為對準站，人們應該考量：如果將基板13移動通過此種站50以便沿著軸線r(參見第9圖)對準沉積之鐵磁層中的磁各向異性，則基板應該通過站50，保持相對於站50的合成磁場Br之方向的固定方向定向。此在第18圖中例示。
在方向S1上觀看時，固定站50產生在根據線性軌跡L50的一個方向上的均勻合成磁場Br。基板13相對於站50移動M13，而基板的完整延伸表面通過場Br的區域。V13表示在x/y平面中基板13的定向。至少在基板13變為暴露於站50之磁場Br的一時間跨度之期間，基板13的定向V13及軌跡L50之間的角度γ應該保持固定。
在根據第16圖的變型及實施例中，此被實現。
在根據第17圖的變型及實施例中，基板13繞著軸線AD作旋轉運動的移動，通過一個以上的用作濺鍍及對準站的站50，係被附加地控制，以滿足有關第18圖的上下文所敘述之條件。
第19圖示意性及簡化地顯示滿足第18圖所例示的條件的一種可能性，而第18圖是第17圖的變型及實施例。
如示意性地顯示，用作濺鍍及對準站的站50相對於真空容器60剛性地安裝。關於選定的角度基準R，合成磁場Br的定向方向之角度βo是已知的。
顯示為矩形但可以具有任何所欲形狀的基板13被固持在基板保持器66上，基板保持器可繞著基板保持器轉盤67上的軸線A13旋轉。基板上的參考定向方向被建立，且因此是已知的。此種參考定向可以藉由平面標記在基板13上，但不需要在基板13上物理性地識別。經由耦接至基板保持器66之旋轉軸A13的角度感應器74，係測量基板的主要定向方向V13及磁場Br的方向V50之間的主要角度γ'。經由負反饋控制迴路，角度γ'被控制為在選定的角度值γo上固定。在差值形成單元76將主要測量角度γ'與所欲角度γo進行比較，並且經由適當的控制器(未顯示)將所得到的差值△(控制差值)引導至旋轉驅動器80的控制輸入端，以供繞著軸線A13的基板保持器66，作為負反饋控制迴路中之調節構件。藉此，基板13相對於磁場Br之方向以固定的可選擇角度γo通過站50。
S1‧‧‧方向
I‧‧‧反應空間
Ba‧‧‧另一磁場
Bm‧‧‧磁控磁場
Bmx‧‧‧分量
Bmz‧‧‧分量
Brx‧‧‧分量
Brz‧‧‧分量
1‧‧‧靶材
3‧‧‧靶材保持器
5‧‧‧供電電源
7‧‧‧陽極
9‧‧‧靶材平面
11‧‧‧濺射表面
13‧‧‧基板
15‧‧‧表面
17‧‧‧基板保持器
19‧‧‧基板平面
20‧‧‧第一外磁極面
22‧‧‧第一內磁極面
24‧‧‧磁偶極裝置

Claims (37)

  1. 一種磁控濺鍍沉積或製造塗覆有一磁控濺鍍沉積層的一基板之方法，包含：●在一真空殼體(4、40、60)中提供由鐵磁材料製成且具有一濺射表面(11)且沿著一靶材平面(9)延伸的一靶材(1)；●提供具有一待濺鍍塗覆表面(15)的一基板(13)；●在該濺射表面(11)及該待濺鍍塗覆表面(15)之間提供一反應空間(I)；●在該反應空間(I)中產生一磁控磁場(Bm)，該磁控磁場之磁場線在該濺射表面(11)的第一外磁極面(20)及第一內磁極面(22)之間起弧，在朝向該濺射表面(11)的一方向(S1)上觀看時，該第一外磁極面(20)繞著該第一內磁極面(22)在該濺射表面(11)上形成一閉迴路；●在該反應空間(I)中以及在至少一個第二外磁極面(32)及至少一個第二內磁極面(30)之間產生另一磁場(Ba)；●藉由疊加該磁控磁場(Bm)及該另一磁場(Ba)在該反應空間(I)中產生一合成磁場(Br)，在該反應空間(I)中的軌跡平行於該靶材平面(9)之該合成磁場(Br)的方向分量，係大於至少在該反應空間(I)的一主要體積區域在該軌跡平行於該靶材平面(9)之該磁控磁場(Bm)的方向分量，藉此●沿著該基板之該待濺鍍塗覆表面的一主要表面區域產生該合成磁場，以及 ●選擇該第一外磁極面的磁極性與該至少一個第二外磁極面的磁極性是相等的，並且選擇該第一內磁極面的磁極性與該至少一個第二內磁極面的磁極性是相等的，並且藉由該合成磁場控制被濺鍍沉積在該基板上的該層中之磁各向異性的方向，沿著至少該基板的該待濺鍍塗覆表面的一主要部分，以變成單向的。
  2. 如請求項1之方法，包含調整該反應空間中的該磁控磁場及該另一磁場，使得在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該另一磁場之場線平行於沿著該閉迴路的至少一部分的該磁控磁場之場線。
  3. 如請求項1之方法，包含相對地移動該基板及該靶材，使得該基板從該濺射表面上方經過。
  4. 如請求項3之方法，包含提供超過一個的該等基板以及隨後在該超過一個的該等基板上執行如請求項1之方法。
  5. 如請求項3之方法，包含隨後在一基板上執行如請求項1之方法超過一次。
  6. 如請求項3至5中任一項之方法，包含建立該磁控磁場及該另一磁場，使得在朝向該濺射表面觀看時，該合成磁場的場線在該濺射表面的一主要部分上平行於一方向軸延伸，以及，以相對於該方向軸呈一固定的基板定向角，相對於該靶材移動該基板。
  7. 如請求項6之方法，包含繞著遠離該基板的一旋轉軸相對於該濺射表面且在該濺射表面上方旋轉該基板。
  8. 如請求項1之方法，包含產生該另一磁場之強度，較靠近該待濺鍍塗覆表面時，大於該磁控磁場之強度，且較遠離該待濺鍍塗覆表面時，該另一磁場之強度弱於該磁控磁場之強度。
  9. 如請求項1之方法，該第一及該第二外磁極面以及該第一及該第二內磁極面至少相對於彼此是靜止的。
  10. 一種濺鍍設備，包含：●一真空殼體，且其中：●一基板保持器，界定一基板平面且適於固持具有一待濺鍍塗覆表面的二維延伸基板；●安裝至一靶材保持器且沿著一靶材平面延伸並且具有一濺射表面及一背表面的一靶材，該靶材係由鐵磁材料製成；●一磁控磁體偶極裝置，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，包含第一外磁極面及第一內磁極面，該第一外磁極面繞著該第一內磁極面且沿著該濺射表面形成一閉迴路，該第一外磁極面具有一個磁極性，該第一內磁極面具有另一磁極性；●具有至少一個第二外磁極面及至少一個第二內磁極面的另一磁體偶極裝置，且其中在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該至少一個第二內磁極面係位於該第一外磁極面的該迴路內，且該至少一個第二外磁極面遠離該第二內磁極面，該第二外磁極面具 有該一個磁極性，該第二內磁極面具有該另一磁極性；以及其中●在朝向該濺射表面的方向觀看時，該第二外磁極面位於該基板保持器上之基板的周圍之外部。
  11. 如請求項10之濺鍍設備，其中在朝向該濺射表面的方向觀看時，該至少一個第二外磁極面位於該第一外磁極面之外部。
  12. 如請求項10之濺鍍設備，其中在朝向該濺射表面的方向觀看時，該第二外磁極面位於該靶材的周圍之外部。
  13. 如請求項10之濺鍍設備，其中該磁控磁體偶極裝置及該另一磁體偶極裝置被調整為使得由該磁控磁體偶極裝置產生的一磁控磁場的場線，以及由該另一磁體偶極裝置產生的另一磁場的場線，在朝向該濺射表面的方向上觀看時，沿著該閉迴路的至少一部分是互相平行的。
  14. 如請求項10之設備，其中該第一外磁極面是該濺射表面的一部分。
  15. 如請求項10之設備，該至少一個第二內磁極面是該濺射表面的一部分。
  16. 如請求項10之設備，該至少一個第二內磁極面係遠離該濺射表面。
  17. 如請求項10之設備，該至少一個第二內磁極面相對於該基板平面係定位成與該濺射表面對向。
  18. 如請求項10之設備，其中在平行於該靶材平面觀看 時，該至少一個第二外磁極面係位於下述位置中的至少一者：●相對於該基板平面與該靶材平面對向；●與該基板平面對齊；●在該靶材平面及該基板平面之間並且比該靶材平面更靠近該基板平面；●在該靶材平面及該基板平面之間並且比該靶材平面更遠離該基板平面；●在該靶材平面及該基板平面之間並且距離該基板平面與距離該靶材平面是等距離的；●與該靶材平面對齊；●相對於該靶材平面與該基板平面對向。
  19. 如請求項10之濺鍍設備，其中在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第一內磁極面是另一閉迴路。
  20. 如請求項19之濺鍍設備，其中在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第二內磁極面在該另一閉迴路內。
  21. 如請求項10之設備，其中在朝向該濺射表面的方向上觀看時，該第一內磁極面及該第二內磁極面的至少一部分是重疊的。
  22. 如請求項10至21中任一項之設備，該第一外磁極面的該迴路具有一最大迴路直徑，在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該至少一個第二外磁極面包含在該最大直徑的一側上的磁極面之不同的第一支腳，以及在該最大直徑的另一側上的磁極面之不同的第二支腳。
  23. 如請求項22之設備，該第一支腳沿著一第一線性軌跡延伸，該第二支腳沿著一第二線性軌跡延伸。
  24. 如請求項23之設備，其中在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第一支腳及該第二支腳係線性延伸。
  25. 如請求項24之設備，其中在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第一支腳及該第二支腳彼此平行。
  26. 如請求項23之設備，其中在朝向該濺射表面的一方向上觀看時，該第一支腳及第二支腳以各自固定的間距延伸在該第一外磁極面的該迴路旁。
  27. 如請求項10之設備，其中該真空殼體的一真空暴露表面的一部分是該至少一個第二外磁極面，或者安裝至該真空殼體的一部件的一真空暴露表面是該至少一個第二外磁極面。
  28. 如請求項10之設備，包含至少一個另一真空處理設備，一方面該基板保持器及該靶材保持器以及另一方面該至少一個另一真空處理設備可驅動地相對於彼此移動，使該基板保持器沿著該濺射表面傳遞，且傳遞該基板保持器至該至少一個另一真空處理設備或自該至少一個另一真空處理設備傳遞該基板保持器。
  29. 如請求項28之設備，包含超過一個的該等基板保持器，可相對於該濺射表面及該至少一個另一真空處理設備移動。
  30. 如請求項29之設備，該另一真空處理設備中的至少一者係如請求項10之濺鍍設備。
  31. 如請求項28之設備，該磁控磁體偶極裝置及該另一 磁體偶極裝置係構造成使得由該磁控磁體偶極裝置產生的一磁控磁場以及由該另一磁體偶極裝置產生的另一磁場疊加所得的一合成磁場之場線是平行的，且在該濺射表面的一主要部分上在一方向軸的方向上延伸，並且該至少一個基板保持器的該相對移動係以該至少一個基板保持器相對於該方向軸以一固定角度定向通過該濺射表面的方式控制。
  32. 如請求項28至31中任一項之設備，其中該基板保持器可驅動地繞著遠離該基板保持器的一旋轉軸作相對旋轉。
  33. 如請求項32之設備，其中該旋轉軸與該等基板平面上的法線以0°及45°之間的角度相交，含兩個端點值。
  34. 如請求項33之設備，其中該旋轉軸與該基板平面上的法線以0°的角度相交且因此垂直於該基板平面。
  35. 如請求項32之設備，其中該旋轉軸與該等基板平面上的法線以45°及90°之間的角度相交，含兩個端點值。
  36. 如請求項35之設備，其中該旋轉軸與該基板平面上的法線以90°的角度相交且因此平行於該基板平面。
  37. 如請求項10之設備，該磁控偶極裝置及該另一磁體偶極裝置至少相對於彼此是靜止的。
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