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用陰極濺射制作方向層的方法及其實施裝置.pdf

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陰極 濺射 制作 方向 方法 及其 實施 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201210088822.0

申請日:

2007.12.24

公開號:

CN102747330B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):C23C 14/34變更事項:申請人變更前權利人:OC歐瑞康巴爾斯公司變更后權利人:歐瑞康先進科技股份公司變更事項:地址變更前權利人:列支敦士登巴爾策斯變更后權利人:列支敦士登巴爾策斯登記生效日:20140731|||實質審查的生效IPC(主分類):C23C 14/34申請日:20071224|||公開
IPC分類號: C23C14/34; H01J37/34; G11B5/851 主分類號: C23C14/34
申請人: 歐瑞康先進科技股份公司
發明人: H·羅爾曼; H·弗里德利; J·韋查特; S·卡德萊克; M·杜布斯
地址: 列支敦士登巴爾策斯
優先權: 2007.01.02 US 60/883086
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 薛峰;楊國治
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210088822.0

授權公告號:

102747330B|||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2014.08.20|||2012.12.19|||2012.10.24

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及用陰極濺射制作方向層的方法及其實施裝置。具體地,提供了一種用陰極濺射在襯底的平面襯底表面上制作帶有恒定法向方向性的方向層的裝置,所述裝置具有真空腔,所述真空腔中放置有至少一個靶,而且所述真空腔包含有至少一個適于以如下方式來連接襯底的支架,即使得襯底表面面向所述至少一個靶的靶表面,而且在所述靶表面和所述支架之間設置至少一個準直儀,所述準直儀帶有基本平坦的板,這些基本平坦的板彼此平行并被對齊在與所述襯底表面正交的方向中,而且所述板的平均長度從所述準直儀的中心向外端減小。此外,本發明還提供了一種在平面襯底表面上涂覆磁性層的方法。

權利要求書

1.一種用陰極濺射在襯底的平面襯底表面上制作帶有恒定法向
方向性的方向層的裝置,所述裝置具有真空腔,所述真空腔中放置有至
少一個靶,而且所述真空腔包含有至少一個適于以如下方式來連接襯底
的支架,即使得襯底表面面向所述至少一個靶的靶表面,而且在所述靶
表面和所述支架之間設置至少一個準直儀,所述準直儀帶有基本平坦
的板,這些基本平坦的板彼此平行并被對齊在與所述襯底表面正交的
方向中,而且所述板的平均長度從所述準直儀的中心向外端減小。
2.如權利要求1所述的裝置,其中,所述板至少一部分的厚度平
行于所述襯底表面變化。
3.如權利要求2所述的裝置,其中,所述厚度在每種情況下都從
所述板的中心點向外邊緣減小。
4.如權利要求1所述的裝置,其中,所述準直儀相對于所述支架
的位置能夠以如下方式在兩個位置之間切換,即使得在一個位置時,
每個板占據一個在其處于各自另一位置時空閑的點。
5.如權利要求4所述的裝置,其中,在所述準直儀的一個位置處,
每個板占據一個大致在兩點之間中間的點,該中間的點在該板處于各
自另一位置時由其它板占據,但是端板可能例外。
6.如權利要求4所述的裝置,其中,通過相對于所述襯底表面繞
著向該襯底表面取向的軸線轉半圈,所述準直儀能被移動至各自的另
一位置。
7.如權利要求1所述的裝置,其中,所述板的平均厚度從所述準
直儀的中心向外端減小。
8.如權利要求1所述的裝置,其中,所述支架能夠相對于靶表面
沿平行于所述板的方向移動。
9.一種在平面襯底表面上涂覆磁性層的方法,所述磁性層帶有在
所述襯底表面中恒定的優選磁性方向,所述方法通過使用帶有真空腔
的裝置來利用陰極濺射制作帶有恒定法向方向性的襯底方向層來實
現,所述真空腔中放置有至少一個靶,并且所述真空腔包含有至少一個
適于以如下方式來連接襯底的支架,即使得襯底表面面向所述至少一個
靶的靶表面,而且在所述靶表面和所述支架之間提供設置至少一個準
直儀,所述準直儀帶有基本平坦的板,這些基本平坦的板彼此平行并
被對齊在與所述襯底表面正交的方向中,而且所述板的平均長度從所
述準直儀的中心向外端減小。
10.如權利要求9所述的方法,其中,所述方向層即為所述磁性
層,其優選磁性方向對應于所述法向方向。
11.如權利要求9所述的方法,其中,所述方向層是一個支承層,
其上接著涂覆有磁性層,在每一情形下,所述磁性層的優選磁性方向
由所述支承層的標稱方向確定。

說明書

用陰極濺射制作方向層的方法及其實施裝置

本申請是2007年12月24日提交的、名稱為“用陰極濺射制作
方向層的方法及其實施裝置”、申請號為200780049142.5的中國專利
申請的分案申請,該在先中國專利申請是申請號為
PCT/CH2007/000647的國際專利申請進入中國國家階段的申請。

技術領域

本發明涉及一種通過陰極濺射在襯底表面上制作方向層的方法,
在每一情形下,在該表面的切向平面內有一個標稱方向性。該類層通
常是磁性層或者磁性層的支承層,其特征為磁性優選方向。它們較多
地用于數據處理系統的存儲組件內,例如在硬盤和MRAM的讀/寫頭
中。本發明還涉及實施該方法的裝置。

背景技術

已在美國US6790482B2中描述了該類方法。其在平坦襯底上提供
方向磁性層,允許在一個特定的基本恒定標稱方向比其它方向上容易
地磁化,尤其是比與該標稱方向垂直的那些方向。為了所述層的取向,
在襯底下方定位電磁體以產生磁場,顆粒沿著其磁力線撞擊該襯底表
面,會被磁性地對齊使得所選標稱方向平行于電磁通延伸。

該解決方案并不能滿足于所有的場合,如在實際區域相鄰取向與
通常所需恒定標稱方向顯著地偏離時。而且,該襯底的尺寸和形狀受
到太多限制而不能產生可接受的結果。

在US2003/0146084A1中,描述了一個采用永久磁體的類似方法。
在該情形下,位于靶和襯底之間地接地準直儀,通過攔截其角度強烈
地偏離表面法向的顆粒來限制顆粒在襯底表面上入射角度,也將等離
子保持離開襯底。

類似于上述方法,在WO96/08817A1中描述了另一種方法。其也采
用一種準直儀,縱橫比起控制磁性層的參數的作用,使得晶體取向在
襯底表面的平面內延伸或者相對于后者以正交角度延伸。在前一情形
下,的確沒有看到該平面內的特定標稱方向性。

在US6482301B1中描述了另一種該類方法,其通過準直儀防止在
該襯底表面上入射余角的不規則性和各向異性。

發明內容

本發明的目的是提供一種通用方法,從而能夠以簡單而通用的適
用方式在襯底表面上產生方向層。

本發明提供一種方法,可以制作方向層,相當精確地維持非常選
擇的標稱方向性。例如,該標稱方向性可以是恒定的或者可以從中心
點是徑向的。可以有許多不同的實施形式。例如,襯底和靶可以固定
地連接或者它們可以彼此相對移動。可以選擇或控制它們的相對位置
或運動,以產生本發明的功能,但是,也可以用機械遮蔽的方法實現。
并不排除對方向層對齊使用其它磁場。可以以相當大的變化形式構型
該方法。但是,通常它們可以是非常簡單的設計。在許多情形下,甚
至能改型現有設備,使其實施根據本發明的方法。

此外,本發明提供了一種用陰極濺射在襯底的平面襯底表面上制
作帶有恒定法向方向性的方向層的裝置,所述裝置具有真空腔,所述
真空腔中放置有至少一個靶,而且所述真空腔包含有至少一個適于以如
下方式來連接襯底的支架,即使得襯底表面面向所述至少一個靶的靶表
面,而且在所述靶表面和所述支架之間設置至少一個準直儀,所述準
直儀帶有基本平坦的板,這些基本平坦的板彼此平行并被對齊在與所
述襯底表面正交的方向中,而且所述板的平均長度從所述準直儀的中
心向外端減小。

優選地,所述板至少一部分的厚度平行于所述襯底表面變化。

優選地,所述厚度在每種情況下都從所述板的中心點向外邊緣減
小。

優選地,所述準直儀相對于所述支架的位置能夠以如下方式在兩
個位置之間切換,即使得在一個位置時,每個板占據一個在其處于各
自另一位置時空閑的點。

優選地,在所述準直儀的一個位置處,每個板占據一個大致在兩
點之間中間的點,該中間的點在該板處于各自另一位置時由其它板占
據,但是端板可能例外。

優選地,通過相對于所述襯底表面繞著向該襯底表面取向的軸線
轉半圈,所述準直儀能被移動至各自的另一位置。

優選地,所述板的平均厚度從所述準直儀的中心向外端減小。

優選地,所述支架能夠相對于靶表面沿平行于所述板的方向移
動。

本發明提供了一種在平面襯底表面上涂覆磁性層的方法,所述磁
性層帶有在所述襯底表面中恒定的優選磁性方向,所述方法通過使用
帶有真空腔的裝置來利用陰極濺射制作帶有恒定法向方向性的襯底
方向層來實現,所述真空腔中放置有至少一個靶,并且所述真空腔包含
有至少一個適于以如下方式來連接襯底的支架,即使得襯底表面面向所
述至少一個靶的靶表面,而且在所述靶表面和所述支架之間提供設置
至少一個準直儀,所述準直儀帶有基本平坦的板,這些基本平坦的板
彼此平行并被對齊在與所述襯底表面正交的方向中,而且所述板的平
均長度從所述準直儀的中心向外端減小。

優選地,所述方向層即為所述磁性層,其優選磁性方向對應于所
述法向方向。

優選地,所述方向層是一個支承層,其上接著涂覆有磁性層,在
每一情形下,所述磁性層的優選磁性方向由所述支承層的標稱方向確
定。

附圖說明

下面參照僅僅示出實施例的附圖,詳細描述本發明,其中:

附圖1示出表示第一實施例的根據本發明的裝置的頂視圖;

附圖2是沿附圖1的II-II線的剖視圖;

附圖3是附圖1、2的裝置的靶的前視圖;

附圖4示出表示第二實施例的根據本發明裝置的示意圖;

附圖5是附圖4的遮蔽系統的頂視圖;

附圖6是特定設計型的遮蔽系統的元件;

附圖7a示出一個在襯底表面平行于彼此方向的目標點處通過入
射半周的剖面;

附圖7b示出通過垂直于標稱方向的入射半周的剖面;以及

附圖8示出在目標點處的累積顆粒入射作為切向平面內方向性的
函數的視圖。

具體實施方式

附圖1-3所示的裝置放置于一個真空腔室(未示)內。其示出一
個柱形筐1,能繞著軸線2樞轉,且在其外側設置有支架,襯底3與該
支架連接,它們平坦的襯底表面4面向外。襯底3可以是一個直徑為
約200毫米的盤,在完成時,會被切斷,再用于組裝讀/寫頭的元件。
在一定距離處,筐1由細長垂直板形式的靶5圍繞,其靶表面6朝軸
線2取向。靶5被構造為傳統的磁控管靶,即在靶表面6后面,它們
提供有磁體,在靶表面6的區域產生一個圍繞閉環7(附圖3)同心的
磁場,使靶5主要在該區域被剝蝕,在靶表面6內產生相應的腐蝕槽。

在每個靶5和筐1之間,較靠近襯底表面4而不是靶表面6,定位
有一個準直儀8形式的遮蔽系統,被構型為帶幾個矩形平行板9的梳
型準直儀,例如由鋁一個在另一個之上均勻而一致地間隔構成。靶表
面6和襯底表面4之間的間隔例如可以為75毫米,準直儀8和襯底
表面4之間的間隔為30毫米,板9的長度為10毫米,其間隔為50
毫米。

在給定涂覆時間,以基本傳統的方式,在陰極濺射工藝中,在襯
底3上蒸汽淀積靶材料在襯底表面4的每一個上制作方向層,而筐1
以每秒0.1圈的速率緩慢和均勻地旋轉。在每一情形下,該旋轉與準
直儀8的效果的結合產生一個層,在襯底表面4上有一個恒定的彼此
方向性,該方向性與正交于軸線2的延伸的平面和襯底表面4之間的
交叉線相應,在該情形下,在此所討論的使其水平。下面詳細對其進
行說明。

最終所希望的結果可能是,在襯底表面上的一個低保持層,帶有
一個優選的磁化方向,即在該方向上該層通過相對小的磁場(即所謂
的容易軸線)以被磁化,從而在法向角度的方向要求一個基本強磁場
(即所謂的硬軸線)。還能使用由低保持材料構成的靶5,比如鎳-
鐵,比如NiFe21或者鈷-鐵,使得構成襯底表面4的基部層能夠直接
軟磁性材料濺射涂覆,提供磁化的優選方向。在多數情形下,其是法
向方向,但是不同的方向性,通常垂直于標稱方向,也可以通過選擇
不同材料獲得。使用上述系統,已制作一個方向層,其中標稱方向與
所需方向的最大偏差不會超過0.5°。

在另一個可能的襯底表面4上制作帶有優選磁化方向的磁性層的
方法中,初始步驟是蒸汽淀積方向支承層,例如由鉻、釩或者鎢構成,
然后用磁性材料層涂覆該支承層,其優選磁化方向由支承層的標稱方
向確定,通常取決于所用的材料,使其平行于后者或正交于后者對齊。
通常還是用陰極濺射來涂覆磁性層,不需要任何特定步驟來建立標稱
方向性,盡管此種步驟可以附加地采取。在任何情形下,合適時,通
過在磁場下淀積磁性層,以基本傳統的方式輔助形成磁性的優選方
向,該磁場在襯底表面4的區域是有效的,其中例如其在每個目標點
處向襯底表面的投影與磁性優選方向匹配。

附圖4示出根據本發明的另一個裝置。在該情形下,襯底3置于
真空腔室10底部上的靜止位置,平面襯底表面4向外取向。靶5安
裝在真空腔室10頂部,其靶表面6面向襯底3。襯底3和靶5都是盤
型。再用靶表面6定位磁體,能夠使其旋轉。在靶5和襯底3之間有
一個遮蔽系統,還是準直儀8的形式。

還是把準直儀8構型為梳型準直儀,由彼此平行的平面板9構成
(附圖5),還是由鋁構成,沿著相對于襯底表面4正交,在該情形
下為垂直的方向延伸。在Y方向平行于襯底表面4對齊。依次相鄰的
板9以對y方向的垂直角度和平行于襯底平面延伸,在x方向依次相
鄰的板9之間的間隔優選地從中心向外部邊緣緩慢增加。該板9可以
有不同的長度或平均長度和/或厚度或平均厚度,優選地它們的長度和
/或厚度逐漸地從中心點向x方向兩個外端漸縮。其中單個板9的厚度
在其表面上變化,尤其是在y方向上,其平行于靶表面4延伸,其變
化還是從中心向外部邊緣漸縮,如圖6所示。

準直儀8能夠相對長度3繞著中心軸線11旋轉,其中通常容易
使襯底3樞轉安裝并把準直儀8連接于固定位置。板9被放置為,除
了球形板之外,每個板9都可以通過準直儀8的旋轉180度來被移動,
使其從第一位置移動到第二位置,至一個約在兩點之間中點處,在所
述旋轉之間,已定位相鄰板9,從而由板9在準直儀8的第一位置占
據的點在其被移到至第二位置時是空缺的。這僅能在相鄰板9之間等
距間隔下精確地完成,如圖5所示,在板間間隔內治安漸進向外增加
的優選情形下,也能獲得合理的精度。

再用傳統陰極濺射制作一個方向層,帶有與y軸線相應的恒定方
向性,在該情形下,主要沿著靶表面6上的心臟型環燒蝕靶材料。板
9的所述構型在很大程度上可以防止方向層的厚度變化,否則其會由
系統的非對稱結構引起,其中優選角度范圍的擴大補償了較少的局部
顆粒密度。還如上所述,可能在涂覆時間過去一半后,準直儀8的移
位會起著機的目的均衡板9的遮蔽效果。

但是,根據本發明的方法能夠在比上述例子中建議的有更大的應
用范圍。例如,即使彎曲襯底表面也能涂覆,標稱方向性可以是位置
的函數,優選為連續函數,即目標點的函數。作為每一情形下的決定
性因數,必需控制顆粒于襯底表面上的入射,使得在涂覆期間平均計,
這些入射矢量的總量為占優勢,其投影到襯底表面的切向區域,與平
面襯底表面的情形下的后者一致,在目標點處符合標稱方向。在該情
形下,標稱方向被定義為符號中性參數,即與其起源于一側還是另一
側無關。

當在目標點處的顆粒入射密度以表示時,其中θ代
表相對襯底表面4上法向的入射方向角度,代表入射方向到切向平
面的投影以及后者的固定方向之間的角度,入射密度在整個涂覆時間
T上積分為方向函數,即


附圖7a、7b以兩個剖視圖示出該函數,垂直于襯底表面4的切
向平面,其中y方向是標稱方向,x方向與其成正交角度延伸。但是,
最終確定切向平面內標稱方向的是入射累積密度,即在角度范圍上的
整個加權總數反映入射的斜度,于是:


其中w(θ)是重量的函數,例如可以是與sinθ的正比,即與法向
投影到切向平面的相對長度成正比。附圖8示出該函數在
與標稱方向相應的點處具有其最大值,因為顆粒入射以被具體地控
制,使得入射方向的投影主要集中或限制于包圍標稱方向的角度范
圍,例如±II/4。由于標稱方向被定義為符號中性變量,其基本滿足下
式在該點具有最大值


但是,作為一個原則,R至少約是鏡像對稱的。

有兩個優選方法來控制襯底表面4上的顆粒入射,一個是使用機
械遮蔽元件,比如準直儀8,另一個是調整或控制襯底和靶的相對位
置。例如,襯底可以相對靶或所述幾個靶移動,使得投影到切向平面
的入射的一定的方向占主流。此種運動甚至可以是不規則和/或間歇
的,此外,還能通過改變襯底相對靶的位置特定地改變裝置的輸出,
意指從靶發射出的顆粒流的密度,例如使得在主流瞬發顆粒入射平行
于標稱方向時其特別的高。如圖1-3的實施例所示,兩種方法可以結
合,比如在襯底3約定位于兩個相鄰靶5之間而裝置輸出可以附加地
增加時,減慢或停止筐1的旋轉。

在該情形下,遮蔽元件應被構型和定位為,顆粒的路徑沿著連接
靶表面上的一點和襯底表面上的目標點的基本直線,與遮蔽元件抵
觸,即顆粒被截獲,否則如果它們會從一個方向撞擊該目標點,該方
向在切向平面的投影位于優選角度范圍之外。這至少應該適合在涂覆
時間上取的平均值和在入射斜度上的加權均值,即角度θ。在本文中,
必需考慮的事實是,靶表面具有變化活性區域,其中大部分顆粒起始
于相對較小區域,例如起始于第一實施例的環7的周圍區域。

此外,如上所述,可能把磁場施加于襯底的區域,但是,在大多
數情況下,沒有必要。

部件列表

1?筐

2?軸線

3?襯底

4?襯底表面

5?靶

6?靶表面

7?環

8?準直儀

9?板

10?真空腔室

11?軸線

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