[发明专利]溅射设备和膜沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及溅射设备和膜沉积方法。

背景技术

近年来，由于在读/写头、微型感应器(micro-inductor)、微型变压器(micro-transformer)等中广泛使用用于高频用途的磁性元件，并且也需要在GHz带域中具有良好的高频特性的磁性薄膜，因此，也积极地进行了相关的研究开发。使用位于高频带域中的磁性薄膜要求增加薄膜的电阻，以减小涡电流并且增大共振频率。作为增大共振频率的方法，可以增大各向异性磁场Hk或饱和磁化强度Ms，但是一般很难同时增大Hk和Ms，Hk和Ms处于权衡(trade-off)关系。然而，近年来，通过利用溅射方法或离子束方法使溅射粒子斜入射到基板上并且被配向到基板，已经可以基于晶体的形状效果而增大单轴磁各向异性，从而在保持高Ms的同时增大Hk。

如上所述的溅射粒子的斜入射的目的是为了通过斜入射而在膜内产生形状磁各向异性，并且提供高的磁各向异性。以下几点是重要的：

(1)如何抑制磁各向异性的变化。

(2)易磁化轴(难磁化轴)应该被对齐的程度。

这是因为，由于从单一晶片大量地切出头芯片，因此，如果在晶片表面内上述两个方面存在大的变化，则单独切出的头芯片的性能变得不均一。

在现有的溅射粒子的斜入射膜沉积中，当考虑到批量生产(volume production)时，具有多个入射角度的溅射粒子到达基板并且多个入射角度产生磁各向异性的变化。

<情况1>

例如，在使溅射粒子的入射角度均一化的膜沉积中，如图1的<情况1>所示，准直器(collimator)1可以被配置在靶材2和基板4之间。这样，选择由靶材2产生的溅射粒子3的入射方向允许高均一性的膜沉积。然而，这种方法造成了溅射粒子3的到达数减少，导致了生产率的降低。

<情况2>

如图1的<情况2>所示，当准直器1的直径增大时，溅射粒子3从多个方向入射到基板4上。因此，可能产生磁各向异性的变化，但是也可以期望用于批量生产。

<情况3>

然而，在<情况2>的情况下，在基板4的整个表面上进行均一的膜沉积需要移动基板4或靶材2。在该情况下，溅射粒子3到基板4的入射角度根据靶材2和基板4之间的相对位置关系而变化。也就是，如图1的<情况3>所示，当靶材2被固定并且基板4被移动时，溅射粒子3的入射角度可以根据移动中的基板4的位置而增大或减小。因此，溅射粒子3的入射角度的变化造成了形成于基板4上的膜的磁各向异性的变化。

本说明书中的“入射角度”表示由作为溅射粒子所入射到的膜沉积对象的基板的法线和入射的溅射粒子的入射方向形成的角度。因此，“小入射角度”是当溅射粒子的入射方向从基板的法线倾斜较小时的入射角度，而“大入射角度”是当溅射粒子的入射方向从基板的法线倾斜较大时的入射角度。

磁各向异性根据入射角度而产生变化的原因是易磁化轴(难磁化轴)的方向或各向异性磁场的大小(Hk)极大地依赖于入射角度。

例如，如图2所示，当溅射粒子5的入射角度位于10°～70°的范围时，沿与入射方向垂直的方向形成易磁化轴6。另一方面，当溅射粒子5的入射角度是70°以上时，与入射方向平行地形成易磁化轴6。也就是，因为易磁化轴的方向根据构成磁性膜的入射的溅射粒子的入射角度而改变，因此，最终影响了歪斜分散角(skew dispersion angle)(定义：易磁化轴的角度偏移宽度)。

专利文献1公开了一种控制使用旋转型溅射设备形成的强铁磁性膜的各向异性的技术。更具体地，通过布置开口宽度在磁性靶材和转动基板保持件之间可变的掩模并且改变该掩模的开口宽度，来控制磁各向异性的方向和大小。

此外，专利文献2公开了一种用于在磁头上沉积绝缘薄膜并且在大的表面积上均一地形成绝缘薄膜的方法。图3是专利文献2所公开的沉积设备的示意图。图3所示的沉积设备设置有室11，该室11收纳第一离子束枪12、第二离子束枪13、靶材保持件14和基板支撑体16。

基板支撑体16具有：转动台16a，其可绕轴16b(绕轴线21a)转动；以及基板载置台16c，其可绕轴线21b转动。用于在其上沉积靶材构件的基板17能够被布置在基板载置台16c上。另一方面，靶材保持件14被构造成可沿箭头22的方向摆动，并且靶材保持件14允许安装靶材15。