专利名称：多层膜溅射设备及多层膜形成方法
技术领域：
本发明涉及一种用于连续地形成多层膜的多层膜溅射设备，以及一种利用该多层膜溅射设备的多层膜形成方法。
背景技术：
目前的硬盘中的垂直记录介质使用组成中含有诸如CoCrPt-SiA或者 CoCrPt-TiO2等氧化物的记录层。将来，期望垂直记录介质具有诸如作为高Ku材料(High-Ku material)的Fe/Pt或Co/P等多层膜结构。然而，在确保一周以上的维护周期的条件下，要求阴极单元具有若干个层，以实现
多层膜结构。专利文献1中公开了用于形成这种多层膜的溅射设备的结构示例，图5A至图5C 以及图6示出该结构示例。下面简单说明该结构。图5A是溅射室101的与基板输送方向垂直的方向上的截面结构的示意图。如图 5A所示，转动阴极单元103被可转动地支撑于溅射室101的两个侧壁中的每一个侧壁。保持两片基板122的承载件单元102的两侧发生放电，由此，层叠膜同时形成于两片基板122 的两侧。如图5B所示，各基板122均经由例如三个支撑爪121由承载件102保持，然后承载件102被已知的输送机构输送到相应的处理室。图5C是从基板122侧观察时转动阴极单元103的平面图。如图5C所示，转动阴极单元103设置有CoB靶132、Pd靶133以及用于加热基板122的灯加热器(热处理机构)134，靶132、靶133以及灯加热器134相对于转动中心被配置在同一圆周上。隔板131 位于靶132、靶133以及灯加热器134两两之间，以防止相互干涉以及防止彼此污染。图6是图5C的A-A’截面图，用于说明转运阴极单元103的详细结构和详细机制。在图6所示的传统的溅射设备中，用于靶132、靶133以及基板122的至少一个表面处理机构(图6中的灯加热器134)围绕转动阴极单元103的转轴130安装。保持一个以上基板122的基板保持件(承载件10 以面对靶132、靶133以及灯加热器134的方式配置，由此，转轴130或基板保持件被构造成转动。在靶132和133的背面侧圆筒状外框140 的台阶部，配置具有中心磁体141、周边磁体142以及磁轭143的磁体单元。磁体单元的中心轴145以可转动的方式由轴承146支撑。此外，齿轮144被安装于磁轭143的底面，并且齿轮144与位于圆筒构件116的前端部的齿轮119接合，其中，圆筒构件116被配置在圆筒状外框140与转轴130之间。结果，马达117的转动经由齿轮118和147使圆筒状外框140 转动，(或者马达117使靶132和133以及磁体单元围绕转轴130转动)，进一步经由齿轮 119和144使磁体单元转动。圆筒构件116经由轴承148被固定于转轴130和圆筒状外框 140。根据图6的溅射设备，在使磁体单元转动的状态下执行溅射。然而，通过使中心磁体141的中心从中心轴145的中心移位，溅射设备被构造成防止在靶132的中心和靶133的中心形成非腐蚀区域(non-erosion region)。如图10和图IlA至图IlD所示，专利文献2公开了现有技术中的多层膜形成设备的另一结构示例。下面给将简单说明该设备。在图10所示的多层膜形成设备中，设置有第一靶IOOla的第一阴极1001和设置有第二靶1002a的第二阴极1002被围绕中心轴配置。图IlA至图IlD示出图10的多层膜形成设备中的多个靶的配置和形状。基板1003由支撑构件1004以基板1003面对第一阴极1001和第二阴极1002的方式支撑。在图10和图IlA至图IlD所示多层膜形成设备中， 当将多层膜形成于基板1003时，在使第一阴极1001和第二阴极1002围绕中心轴转动的状态下，将具有第一靶IOOla的靶材的膜和具有第二靶1002a的靶材的膜以螺旋的形式形成于基板1003。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本特开2003-141719号公报[专利文献2]美国专利第6328856号然而，由于可使用的靶小并且靶的寿命短，所以图5和图6所示的传统的溅射设备具有短维护周期的问题。此外，由于在磁体单元自转的状态下，靶和磁体单元被构造成围绕转轴公转，所以，传统的溅射设备具有靶的最大利用面积受限制的问题。具体地，由于磁体单元自转，可用作靶的区域与磁体单元转动的圆形区域对应。此外，在传统的溅射设备中，例如当形成Pd/(Co/Pd) X9/Pd的膜时，350W的DC电力施加到Pd靶以将厚度为IOnm的Pd膜沉积于基板。然后，400W的DC电力施加到Co/Pd 靶，以沉积Co (厚度0.3nm)和Pd (厚度1. Onm)的层叠膜，并连续进行9个周期，从而形成人工格子膜(lattice film)。此后，停止向Co/Pd靶供电，以仅沉积厚度1. Onm的Pd膜。 因此，由于需要至少三个步骤并且在这些步骤之间必须停止放电，所以存在占用很长处理时间的问题。图10和图IlA至图IlD的多层膜形成设备在形成多层膜方面是有效的。然而，由于通过使第一阴极1001和第二阴极1002在同时开始成膜和同时结束成膜的状态下转动来进行在基板1003上成膜，所以，形成于基板1003的多层膜成为螺旋状的膜。参考图IlA说明该现象。例如，当图IlA所示的阴极顺时针转动以形成作为第一层的 Co膜时，Co靶(第一靶1001a)面对基板的区域在成膜开始时和成膜结束时之间不同。结果，Co膜的厚度在成膜开始时薄，而在成膜结束时与成膜开始时相比变厚。当在如此形成的Co膜上形成作为第二层膜的Pt膜时，同样地，Pt靶面对基板的区域在成膜开始时和成膜结束时之间不同。结果，Pt膜的厚度在成膜开始时薄，而在成膜结束时与成膜开始时相比变厚。图12A是利用图10和图IlA至图IlD所示的多层膜形成设备形成多层膜的过程的示意图，结果形成了螺旋状的多层膜。即，在使阴极顺时针转动0至0.5转(从0度至 180度)期间形成Co膜，在使阴极顺时针转动0. 5至1转(从180度至360度)期间形成 Pt膜，在使阴极顺时针转动1至1. 5转(从360度至540度)期间形成Co膜。结果，当观察形成于由图12B的虚线的矩形所包围的区域中的多层膜时，多层膜的部分是如图12A所示的螺旋状的膜。形成这种螺旋状的膜的推定理由是，除了上述理由之外，当使Co靶区域(第一靶 1001a)和Pt靶区域(第二靶区域1002a)如图IlA所示转动时，通过检测各靶区域的准确位置，可认为，多层膜不会形成于基板。此外，认为，在形成Co膜的步骤和形成Pt膜的步骤之间停止放电。总之，图10和图IlA至图IlD所示的多层膜形成设备在基板上仅形成螺旋状的多层膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述问题的溅射设备以及提供一种使用该溅射设备的多层膜形成方法，其中，该溅射设备有效地使用靶，具有优异的生产性，并且形成具有较少螺旋形状的多层膜。为了实现上述目的，本发明提供一种多层膜溅射设备，其具有能转动的阴极单元，其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η为2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动。本发明提供一种多层膜的形成方法，其包括以下步骤提供一种溅射设备，其包括能转动的阴极单元，其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η为 2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动，所述多层膜形成方法包括以下步骤基于所述传感器检测到的信息判别所述η个阴极，其中，η为2以上的整数；基于表示待形成的多层膜的结构的结构信息以及根据判别步骤中判别出的阴极信息，将电力供给到所述η个阴极中的第一阴极以使第一阴极放电而在基板上形成第一膜，其中，η为2以上的整数；由所述传感器检测所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方；基于所述结构信息， 根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，将电力供给到所述η个阴极中的第二阴极以使第二阴极放电而在所述基板上形成第二膜，其中，η为2以上的整数；基于所述结构信息，根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，停止向所述第一阴极供给电力；以及基于所述结构信息，根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，停止向所述第二阴极供给电力。本发明提供一种计算机可读的记录介质，其记录有使计算机执行溅射设备用控制方法的程序，所述溅射设备包括能转动的阴极单元，其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η为2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动， 所述控制方法包括以下步骤基于所述传感器检测到的信息判别所述η个阴极，其中，η为 2以上的整数；基于表示待形成的多层膜的结构的结构信息以及基于判别步骤中判别出的阴极信息，使所述η个阴极中的第一阴极开始放电，其中，η为2以上的整数；基于所述传感器检测到的信息，测量所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方；基于所述结构信息，基
6于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述η个阴极中的第二阴极开始放电，其中，η为2以上的整数；基于所述结构信息，基于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述第一阴极停止放电；以及基于所述结构信息， 基于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述第二阴极停止放电。本发明能够提高靶的利用率，并且能够在短时间内形成不具有螺旋形状的多层膜，从而以高效率提供多层膜。
图1是示出本发明的溅射设备的实施方式中的阴极单元的结构的截面图。图2是从基板侧观察时图1的阴极单元的示意性平面图。图3是示出使用图1和图2的阴极单元来形成多层膜的步骤的示意性平面图。图4是在本发明中所形成的多层膜的示例的示意性截面图。图5Α是示出传统的溅射设备的结构的示意图。图5Β是保持基板的传统的承载件的主视图。图5C是从基板侧观察时图5Α的溅射设备的转动阴极单元的平面图。图6是图5C的Α-Α’截面图，其示出了溅射设备的转动阴极单元的结构的示意性截面。图7是示出根据本发明的实施方式的成膜处理的控制图像(control image)的时 j^ (timing chart)。图8示出由图7所示的控制获得的多层膜的厚度与阴极单元的转动角(经过时间)之间的关系。图9A是示出根据本发明的实施方式的成膜处理的控制图像的时序图。图9B是示出根据本发明的实施方式的成膜处理的控制图像的时序图。图10是传统的多层膜形成设备的结构示例。图IlA示出图10的多层膜形成设备中的靶的形状和配置的示例。图IlB示出图10的多层膜形成设备中的靶的形状和配置的示例。图IlC示出图10的多层膜形成设备中的靶的形状和配置的示例。图IlD示出图10的多层膜形成设备中的靶的形状和配置的示例。图12A示出使用图10的多层膜形成设备形成的螺旋状的膜。图12B示出使用图10的多层膜形成设备形成的螺旋状的膜。图13是示出本发明的实施方式中的用于控制阴极单元的控制部的概略的框图。
具体实施例方式图1是在本发明的多层膜溅射设备的优选实施方式中的阴极单元的结构示例，并且示出包括转轴的示意性截面图。由于阴极单元与图5A所示的转动阴极单元103对应，并且由于除了转动阴极单元之外的部分与图5A中的部分相同，所以，这里不再对这些部分进行说明。与传统的溅射设备相同，阴极单元被配置于溅射室，并且本发明的溅射设备具有阴极单元、溅射室以及用于保持基板的基板保持件，其中，多层膜形成在该基板上。在图1中，阴极单元30设置有绝缘体4、磁体单元6、冷却剂流路形成板8、冷却剂流路9、用于放置靶的垫板10、防护板11以及底板19。图2是从基板侧观察(从页面的上部观察)时图1的阴极单元的示意性平面图。 在图2中，阴极7a和7b以图1所示的特定宽度的间隙介于两者之间的方式配置，并且，隔板20被配置在阴极7a和7b之间。安装隔板20能够抑制从被安装于阴极(例如，阴极7a) 的靶产生的溅射粒子进入与被安装于其它阴极(例如，阴极7b)的靶面对的基板表面。因此，即使在阴极7a和阴极7b开始放电并且溅射粒子从被安装于各阴极的靶产生的情况下， 在基板的特定区域中允许来自一个靶的溅射粒子(待沉积溅射粒子)进入，而不允许来自其它的靶的溅射粒子(非沉积溅射粒子)进入。尽管图1和图2所示的结构具有隔板20，但是也可不需要隔板20。此外，也可不需要阴极7a和7b之间的间隙。根据本发明，阴极单元30设置有n(n是2以上的整数)个阴极。该实施例示出具有两个阴极7a和7b的实施方式。如图2所示，阴极7a和7b相对于阴极单元30的转动中心被配置于同一圆周上。在执行溅射时，材料彼此不同的靶被安装于相应的阴极7a和7b。 例如，被安装于阴极7a的靶是Co靶，而被安装于阴极7b的靶是Pt靶。在靶7a和7b的背面(与基板所在侧相反的侧)，布置冷却剂流路形成板8，用于经由垫板10冷却阴极7a和 7b。冷却剂流入管和冷却剂流出管(两者都未示出)与冷却剂流路形成板8连接，由此，冷却剂(例如，水)从冷却剂供给部(未示出)供给到冷却剂流路9。在冷却剂流路形成板8的背面，设置位于绝缘体4上的磁体单元6。磁体单元6具有中心磁体6a、周边磁体6b以及磁轭6c。中心磁体6a和周边磁体6b具有彼此不同的极性，由此在各阴极7a和7b的表面形成闭合磁场。在图2中，由实线21包围的区域是能够被最大化地用作靶的有效区域。由虚线23所示的线在垂直方向上的磁场强度为零。靶的腐蚀在虚线的附近发生。在本发明中，优选地，中心磁体6a和周边磁体6b被配置成对于每一个靶在由虚线23包围的区域中不产生非腐蚀区域。在图2中，由实线22包围的区域表示传统的溅射设备中的靶的有效区域。根据传统的溅射设备，由于在溅射期间磁体单元在转动阴极单元中转动，所以磁体单元的有效部分为圆形，由此，与此对应地，靶的有效区域也为圆形。相反，根据本发明，尽管在使阴极单元30转动的状态下执行溅射，但是磁体单元6 在阴极单元30中并不转动。因此，在阴极单元中靶的有效区域无需成圆形，并且磁体与阴极的配置仅以使有效区域最大化的方式执行。结果，靶的有效区域可比传统的溅射装置的靶的有效区域宽，从而扩大腐蚀区域。由于实施例采用两个阴极7a和7b，所以，阴极7a和7b中的每一个都可形成为半圆形，并且，中心磁体6a和周边磁体6b被配置成使各区域内的各靶的有效区域最大。阴极7a和7b、垫板10以及冷却剂流路形成板8被一体地固定于底板19，并且，防护板11被配置于这些一体的部分的侧面。防护板11防止成膜材料粘接到阴极7a和7b、垫板10以及冷却剂通路形成板8。被一体地固定于底板19的阴极7a和7b、垫板10以及冷却剂通路形成板8与作为阴极单元30的转运机构的转轴17和旋转式接头(rotary joint) 1 连接。滑环2是电力供给机构，其能够向阴极7a和7b中的每一方以彼此不同的电力水平
8独立地供给电力。滑环2可经由磁性密封件(magnetic seal) 3与转轴17转动连接。马达 15经由齿轮16和18与转轴17连接。因此，马达15驱动转轴17，由此使阴极单元30转动。圆形的遮光板13被安装于转轴17，并与转轴17 —起转动。在遮光板13的背侧 (传感器14侧)，形成半圆形的黑体部沈(在后面所述的图3中示出)。黑体部沈与阴极单元30的转动同步地转动。传感器14检测黑体部沈。只要传感器14能够将如图3所示的黑体部沈与其它非黑体部区分开，则传感器14可以是任意的，并且优选为诸如由Keyence 公司制造的FU-6F光学纤维。检测黑体部沈的传感器14与图13所示的处理控制器31A0连接。处理控制器 3IAO与马达15以及电源32连接。S卩，处理控制器31A0接收来自传感器14的输入信号，并激活所编写的程序，以执行在图7、图9A以及图9B(后面所述)所示的放电图像(控制图像)中的一系列加工步骤的流程图，然后在适当的定时将操作指令传递到马达15和电源32，从而向溅射设备供给电力。处理控制器31A0的结构基本上是具有例如计算机31A1的结构。计算机31A1具有输入部31A2和记录介质31A3，输入部31A2用于输入来自诸如传感器14等各种装置的数据，记录介质31A3具有程序和数据。此外，计算机31A1具有处理器31A4和输出部31A5，处理器31A4执行诸如运算、控制以及判别等各种处理操作，输出部31A5将来自处理器31A4 的操作指令输出到各装置。利用该结构，处理控制器31A0控制相应的装置(例如传感器 14、马达15以及电源3 。输入部31A2可包括用于输入特定命令或数据的键盘或各种开关，并且输入部31A2除了具有将来自诸如传感器14等装置的数据输入的功能之外还允许从外部(例如使用者)输入命令。记录介质31A3存储的程序包括用于执行图7、图9A以及图9B (后面所述)所示的放电图像的步骤的程序。本发明的程序被构造成使作为计算机的处理控制器31A0执行例如以下步骤。步骤a 处理控制器31A0根据传感器14检测到的信息判别出阴极7a与阴极7b。步骤b 处理控制器31A0根据步骤a中判别出的信息将操作指令传递到电源32， 并控制电源32以经由滑环2将电力供给到阴极7a，由此使阴极7a开始放电。步骤c 处理控制器31A0获得由传感器14检测到的阴极7a和7b中的每一方在从开始成膜到结束成膜期间的转数和转动角中的至少一方，并将获得的信息记录于记录介质31A3中。步骤d 处理控制器31A0根据传感器14检测到的信息以及根据存储于记录介质 31A3中的阴极7b的在从阴极7b上开始成膜到结束成膜期间的转数和转动角中的至少一方来确定用于使阴极7b开始放电的定时(例如，时刻或经过时间)。步骤e 处理控制器31A0根据步骤d中确定的定时将操作指令传递到电源32，控制电源32以经由滑环2将电力供给到阴极7b，从而使阴极7b开始放电。步骤f 处理控制器31A0根据存储于记录介质31A3中的阴极7a的在从阴极7a上开始成膜到结束成膜期间的转数和转动角中的至少一方来确定用于使阴极7a停止放电的定时(例如，时刻或经过时间)。步骤g 处理控制器31A0根据存储于记录介质31A3中的阴极7b的在从阴极7b上开始成膜到结束成膜期间的转数和转动角中的至少一方来确定用于使阴极7b停止放电的定时(例如，时刻或经过时间)。步骤h 处理控制器31A0根据步骤f中确定的定时将操作指令传递到电源32，并控制电源32停止向阴极7a供给电力，由此停止阴极7a的放电。此外，处理控制器3IAO根据步骤g中确定的定时将操作指令传递到电源32，并控制电源32使阴极7b的放电停止，由此停止阴极7b的放电。不言而喻，上述步骤a至h仅用于参考。参照图3至图4，下面说明使用图1和图2所示的溅射阴极形成多层膜的方法。图 4是作为在本发明中优选形成的多层膜的示例的示意性截面图。通过将由彼此不同的材料制成的靶1和靶2安装到相应的阴极7a和阴极7b而形成多层膜。图中出现的术语“靶1” 和“靶2”表示由相应的靶1和靶2形成的膜。本发明的第一特点是，如图4所示，在使阴极单元转动且不会如传统的溅射设备那样在各成膜步骤中断放电的状态下，使用单阴极单元通过溅射连续地形成多层膜。通过该过程，可提供高生产性的多层膜形成设备。由于围绕阴极单元30的转动中心配置两个以上的阴极7a和7b，所以，在本发明中可以连续地成膜。本发明的第二特点是，安装可检测相应的两个以上的阴极7a和7b的转动位置的传感器14，以及安装处理控制器31A0以能够根据两个以上的阴极7a和7b的转动位置在相应阴极(阴极7a和7b)处开始放电以形成膜。此外，根据本发明，被配置于阴极7a和7b中的每一个阴极的背侧的磁体单元6在阴极单元30中不转动，使得被安装于阴极7a和7b中的每一个阴极的靶的有效区域变宽， 从而允许在短时间内形成多层膜。图3是示出使用图1和图2所示的阴极单元30连续地形成图4所示的多层膜的步骤的示意性平面图。以步骤1、步骤2、步骤3以及步骤4的顺序进行成膜，然后返回到步骤1。在图3中，附图标记25表示传感器14的检测位置。如前所述，黑体部沈被安装于图 1所示的遮光板13的背侧。为方便起见，图3示出了被覆盖于阴极单元的黑体部26。根据本发明，传感器14被配置于阴极7a和7b的背侧，并且传感器14被固定于溅射设备。在转动的遮光板13的背侧，如图3所示，与阴极7b对应的面对传感器14的半圆部的区域进行黑体处理以形成黑体部26，而使另外的半圆部作为实心金属(金属部27)存在。利用该结构，通过自黑体部26和金属部27反射的光的强度的差异判断传感器14的ON 和OFF。传感器14还用于确定阴极单元的正常转动。如上所述，本发明使用传感器14和黑体部沈检测阴极的位置。通过与阴极7b对应的方式形成黑体部沈，处理控制器31A0可判别当由传感器14检测到的光强度较小时， 面对传感器14的阴极是阴极7b，当由传感器14检测到的光强度较大时，面对传感器14的阴极是阴极7a。因此，被配置成与阴极7b对应的黑体部沈可被认为是用于检测阴极7b的标记，并且金属部27也可被认为是用于检测阴极7a的标记。本发明中的重要内容是可使用传感器14判别面对传感器14的阴极是阴极7a还是阴极7b。为此，安装传感器14，以及安装作为第一标记的黑体部沈和作为第二标记的金属部27。作为第一标记的黑体部沈被安装成使得黑体部沈与阴极单元30同步转动并且与阴极7b重叠。作为第二标记的金属部27被安装成使得金属部27与阴极单元30同步转动并且与阴极7a重叠。由于第一标记与第二标记具有不同的反射率，所以处理控制器31A0 可根据传感器14检测到的光强度判别面对传感器14的阴极。尽管本发明采用黑体部沈作为第一标记以及金属部27作为第二标记，但是本发明并不限于此。由于本发明使用传感器检测到的光强度来判别阴极，所以具有不同的反射率的任何材料都可用于第一标记和第二标记。此外，在图1至图3中，已经说明了设置有两个阴极的情况。对于设置有三个以上阴极的情况，仅需在与以上所述的条件类似的条件下设置各标记。例如，在设置有四个阴极的情况中，仅需设置均具有不同反射率(第一反射率>第二反射率>第三反射率>第四反射率)的四个标记。即，被配置成与第一阴极对应(被配置成与第一阴极重叠)并具有第一反射率的第一标记、被配置成与第二阴极对应(被配置成与第二阴极重叠)并具有第二反射率的第二标记、被配置成与第三阴极对应并具有第三反射率的第三标记、以及被配置成与第四阴极对应并具有第四反射率的第四标记被设计成可与阴极单元30同步转动。例如，由传感器14检测从第一标记至第四标记中的每一个标记反射的光的强度， 形成涉及各标记的光强度的表格，然后将该表格预先存储于记录介质31A3中。由此，处理控制器31A0可参照该表格根据表示传感器14所传递的光强度的光强度信息判别与光强度信息对应的标记，从而能够判别面对传感器14的阴极。当传感器14周边的以及各标记周边的照射环境不稳定时，可根据传感器14检测到的光强度的相对量选择相应的标记，即，当传感器14检测到的光强度相对最大时，制作已判别出面对传感器14的标记是第一标记的表格。同样地，表格中还以如下方式判别当传感器14检测到的光强度相对第二大时，面对传感器14的标记是第二标记；当传感器14 检测到的光强度相对第三大时，面对传感器14的标记是第三标记；以及当传感器14检测到的光强度相对最小时，面对传感器14的标记是第四标记。表格被预先存储于记录介质 31A3。在阴极单元30的一转中，传感器14检测到第一标记至第四标记的所有反射。因此， 处理控制器31A0可把握(grasp)传感器14检测到的光强度信息的序列，这由此允许使用该表格顺次地选择与光强度大小对应的标记。结果，处理控制器31A0可判别相应的阴极。在实际形成多层膜方面，如图3的步骤1所示，处理控制器31A0在传感器14的ON 定时或OFF定时使阴极7a开始放电。对于阴极7b，在使阴极7a开始放电之后以及在阴极单元转动了 180度的定时(图3的步骤3)，使阴极7b开始放电。定时可被设定为由阴极单元30的转速确定的时间。例如，当阴极单元30以60rpm的速度转动时，一转耗时一秒， 转动180度耗时0. 5秒。S卩，处理控制器31A0根据阴极单元30的转速算出单转需要的时间，并将该时间存储于记录介质31A3。因此，处理控制器31A0可根据一转所需要的时间算出与阴极单元30自某一基准时刻起的转数对应的自该基准时刻起经过的时间。阴极7a或阴极7b可安装不同材料(组成)的靶。因此，当阴极7a和阴极7b顺次放电时，如图4所示，被安装于阴极7a和阴极7b中的每一方的靶的每一层膜可在阴极单元30的每一转中形成。在使阴极7a开始放电之后，阴极单元30在转动了 180度(图3中的步骤幻时使阴极7b开始放电，由此，形成于基板的层叠膜的厚度如图8所示。如图8所示，例如，在阴极单元30的0度至360度的转动角范围内，影响形成于基板的层叠膜的厚度的区域与阴极 7a的从0度至180度的范围以及阴极7b的从180度至360度的范围对应，由此，并未形成专利文献2的情况中所述的螺旋状。当不执行开始放电位置的检测时，在无需参考传感器 14的ON和OFF定时的情况下可开始放电。(第一实施方式)图7是示出根据第一实施方式的成膜处理的控制图像的时序图。图8示出在使用图7的控制图像将多层膜形成于基板的情况中，层叠膜的厚度随着时间的推移而增大。 图8所示的层叠膜的厚度随着时间的推移而增大的图是与图12B中的区域1201对应的部分的展开图。第一实施方式的第一特点是在使阴极单元30转动的情况下连续地形成多层膜， 而无需在每一个成膜步骤中断放电。第一实施方式的第二特点是安装能够检测相应的两个以上阴极7a和7b的转动位置的传感器14，以及安装过程控制机构以能够根据两个以上阴极7a和7b的转动位置在形成各膜(阴极7a和7b)的定时开始放电。根据第一实施方式，形成以被放置于阴极7a的靶1和被放置于阴极7b的靶2的顺序层叠的层叠膜，各层叠膜具有三层靶1和三层靶2。根据第一实施方式，金属部27与阴极7a对应，黑体部沈与阴极7b对应。因此， 当传感器14检测到的光强度相对大时，面对传感器14的阴极是阴极7a，而当传感器14检测到的光强度相对小时，面对传感器14的阴极是阴极7b。使用者操纵输入部31A2以输入表示待形成的多层膜的结构的结构信息。根据第一实施方式，结构信息是如下信息该信息表示待形成的多层膜是以靶1到靶2的顺序形成于基板并且靶1和靶2各层叠三层的多层膜。因此，处理控制器30A0可经由对结构信息的分析判别待沉积于基板的靶的类型和序列。当处理控制器30A0接收输入的结构信息时，处理控制器30将操作指令传递到马达15，以使阴极单元30转动。此时，黑体部沈和金属部27与阴极单元30的转动同步地转动。由此，处理控制器30A0可根据传感器14传递的光强度信息把握阴极7a和阴极7b的位置。—旦处理控制器30分析了结构信息并判别出将首先沉积于基板1的靶是靶1，则处理控制器30决定将首先开始放电的阴极是阴极7a。接着，根据该决定，处理控制器30使用传感器14检测出阴极7a的转动位置。当检测到的光强度从小到大变化(图7中的定时 tl)时，处理控制器30将操作指令传递到电源32，以使阴极7a开始放电。定时tl被选定为基准时刻，阴极单元30在定时tl处的转数被计为0转，该定时的转动角被计为0度，即， 定时tl被选定为阴极单元30的转数、转动角和转动时间(经过时间)的基准。如图7所示，首先，整个阴极单元30在使阴极7a开始放电的状态下转动。当阴极单元30的转动角在0度到180度的范围内时，阴极7b不放电，使得仅放置于阴极7a的靶1 (例如靶材(Co 膜))的膜形成于基板。当阴极7a进入到阴极单元30的转动角为180度的位置时，处理控制器31A0利用传感器14检测到阴极7b的转动位置，由此，使阴极7b开始放电。即，处理控制器31A0利用传感器14检测到阴极7b的转动位置，并且当检测到的光强度从大到小变化(图7中的定时t2)时，处理控制器30将操作指令传递到电源32，以使阴极7b开始放电。此时，持续阴极7a的放电。然而，图12B中的区域1201面对阴极7b，并且，隔板20允许阴极7a的靶材非常少量地沉积于基板，而放置于阴极7b的靶2 (靶材(Pt膜))被沉积。该状态在阴极单元30的转动角从180度至360度的期间持续。如上所述，根据第一实施方式，沉积于基板的靶在阴极单元30的每半转处切换。 即，当阴极单元30转动一转(转动角为360度，经过时间为1秒)时，分别形成一层靶1和一层靶2。由于第一实施方式分别形成三层靶1和三层靶2，所以必需的放电时间(经过时间)是3秒(对于阴极单元30而言，从开始放电到结束放电的转数(也被称为“放电转数”) 是三，并且转动角(也被称为“放电转动角”)是1080度)。因此，一旦处理控制器31A0分析结构信息并判别出分别形成了三层靶1和三层靶2，则处理控制器31A0根据阴极单元30 的60rpm的转速算出放电时间(3秒)、放电转数(3)以及放电转动角(1080度)中的至少一方，并且将计算结果存储于记录介质31A3。尽管在第一实施方式中说明了转数，但是同样的实施方式也可适于转动角和放电时间。接着，处理控制器3IAO读取存储于记录介质31A3的放电转数(3转)，将放电转数 3加到作为阴极7a的放电开始时间的定时t 1处的转数0，由此算出阴极单元30在作为阴极7a的放电停止时间的定时t3处的转数为3. 0转，然后将转数3. 0存储于记录介质31A3。 随后，同样地，处理控制器31A0将放电转数3加到作为阴极7b的放电开始时间的定时t2 处的转数0. 5，由此算出阴极单元30在作为阴极7b的放电停止时间的定时t4处的转数为 3. 5，然后将转数3. 5存储于记录介质31A3。当阴极单元30从定时tl起转动3转(定时t3)时，处理控制器3IAO停止阴极7a 的放电，而当阴极单元30从定时tl起转动3. 5转(定时t4)时，处理控制器31A0停止阴极7b的放电。当阴极单元30的转动角在360度至540度的范围内时，图12B中的区域1201面对阴极7a，并且在沉积阴极7a的靶1(靶材(Co膜))时，所安装的隔板20允许非常少量的阴极7b的靶材(靶2、沉积到基板上。在阴极单元30从定时tl转动3转(1080度)的定时，或者在以上算出的定时t3， 处理控制器31A0将操作指令传递到电源32，以使阴极7a的放电停止。然后，在阴极单元 30从定时tl转动3. 5转(1260度)的定时(在定时t2起3. 0转的定时)，或者在以上算出的定时t4，处理控制器31A0将操作指令传递到电源32，以使阴极7b的放电停止。根据第一实施方式，通过传感器14、黑体部沈以及金属部27，可确定面对传感器 14的阴极。因此，处理控制器31A0获得阴极单元30的转数(转动角或经过时间)。例如， 当传感器14检测到的光强度从大到小变化时，处理控制器31A0仅需使阴极单元30的转数增大一转。处理控制器31A0根据传感器14获得的信息测量阴极单元30的转数，由此，即使阴极单元30的转速在待形成的膜的厚度变化的情况等的途中变化，处理控制器31A0也可把握阴极单元30的当前转数。结果，即使阴极单元30的转速如上所述地变化，也可在合适的定时执行放电的停止。如上所述，第一实施方式采用可检测阴极7a和阴极7b的转动位置的传感器14，并且执行控制使得在基板面对阴极7a和阴极7b的位置分别开始放电和停止放电，由此，可在不会形成螺旋状膜的情况下形成多层膜。此外，在结束放电处，以与开始放电相同的方式，阴极7a的放电在传感器14的ON 定时或OFF定时停止，并且，对于阴极7b，在阴极7a的放电被关闭之后并且在阴极单元30 转动180度的定时(图3中的步骤1)，阴极7b的放电停止。传感器14的ON定时或OFF定时被合并到开始放电定时的ON和停止放电定时的OFF中，或者被合并到开始放电定时的 OFF和停止放电定时的ON中。利用该控制，可通过控制放电开始和放电结束时的位置而在基板上形成均勻的膜。为了形成均勻的膜，放电结束时的位置可由时间(转动角)控制。(第二实施方式)第二实施方式通过控制由独立安装的放电电源所施加的电力控制每层膜的膜厚。 因此，电源32具有阴极7a用电源和阴极7b用电源。图9A和图9B是示出根据第二实施方式的成膜处理的控制图像的时序图。图9A的控制图像与图7的控制图像之间的区别在于独立地控制阴极7a放电的开始和结束以及阴极7b放电的开始和结束。具体地，在图9A的放电图像中，当阴极单元30 的转动角位于0度的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7a的位置， 并使电源32的阴极7a用电源动作以使阴极7a的放电开始。当阴极单元30的转动角位于360度(一转)的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7a的位置， 并使电源32的阴极7a用电源动作以使阴极7a的放电停止。当停止该放电时，处理控制器 31A0使电源32的阴极7b用电源动作以使阴极7b的放电开始。当阴极单元30的转动角位于720度(两转)的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7b的位置， 并使电源32的阴极7b用电源动作以使阴极7b的放电停止。在上述根据图9A所示的控制图像控制放电的情况中，处理控制器31A0在使阴极 7a的放电结束的同时使阴极7b的放电开始。即，处理控制器31A0在使阴极单元30转动了指定转数(转动角、经过时间)之后使某一阴极的放电停止，并且同时使其它的阴极中的一个阴极的放电开始。因此，图9A所示的控制图像不存在阴极7a的放电与阴极7b的放电重叠的时间。结果，在例如将阴极7a的靶材的膜(Co膜)形成于基板的情况中，不会混合阴极7b的靶材(Pt膜)，这是图7的成膜图像不能给出的特有效果。因此，例如，当每一个阴极的放电所必需的阴极单元30的转数被设定为一转(或者转动角为360度或者经过时间为1秒)时，并且当接收的结构信息的信号表明靶多层膜是通过将靶1和靶2按照该顺序形成于基板且靶1和靶2各三层的靶多层膜时，处理控制器31A0控制电源32以使放置有靶1的阴极7a的放电开始(该放电开始被设定为零转)。 当阴极7a的放电在阴极单元30的零转和一转之间持续时，在基板上形成单层的靶1。接着，当处理控制器31A0根据传感器14的检测结果判断出阴极单元30已完成一转时，处理控制器3IAO使靶7a停止放电，同时控制电源32以使放置有靶2的阴极7b开始放电(此时，阴极单元30的转数是一转)。当阴极7b的放电从阴极单元30的上述一转到阴极单元30的又一转期间持续时，基板上的靶1上形成单层的靶2。该过程重复的次数与结构信息中包含的要求形成的层数对应。当阴极单元30根据传感器14的检测结果转动六转时，处理控制器31A0使阴极7b的放电停止以完成成膜处理。结果，可获得具有三层靶1 及三层靶2的多层膜，其中，靶1和靶2交替地层叠于基板。图9B所示的控制图像以与图9A中的控制图像相同的方式也独立地控制每层的膜厚。图9B中的控制图像与图9A中的控制图像的不同在于在使阴极7a开始放电以将膜形成于基板之后，以及在使阴极7a停止放电之后，在使阴极7b开始放电之前维持一定的时间间隔。具体地，在图9B的控制图像(放电图像)中，当阴极单元30的转动角位于0度的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7a的位置，并使电源32的阴极7a用电源动作以使阴极7a开始放电。当阴极单元30的转动角位于360度(一转)的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7a的位置，并使电源32的阴极7a用电源动作以使阴极7a停止放电。直至该步骤，控制图像与图9A中的控制图像相同。图9B的控制图像与图9A的控制图像的不同在于当阴极单元30的转动角位于 360度(一转)至540度(1.5转)的范围内时，阴极7a和阴极7b都未开始放电。当阴极单元30的转动角位于540度(1. 5转)的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7b的位置，并使电源32的阴极7b用电源动作以使阴极7b开始放电。当阴极单元30的转动角位于900度O. 5转)的转动位置时，处理控制器31A0使用传感器14检测到阴极7b的位置，并使电源32的阴极7b用电源动作以使阴极7b停止放电。当阴极单元 30的转动角位于900度O. 5转)至1080度(3转)的范围内时，处理控制器31A0使阴极 7a和阴极7b两者都不开始放电。如上所述，图9B的控制图像设定使阴极7a和阴极7b两者都不开始放电的特定时间间隔(阴极单元30的特定转数或特定转动角)，从而执行成膜。因此，控制图像被认为对以下情况最有效形成非螺旋状的多层膜，以及使基板上含有的杂质更少。由于，在第二实施方式中，处理控制器31A0也可根据结构信息判别层数以及每层的靶类型，所以可建立图9A的控制图像和图9B的控制图像。当在形成多层膜的最后步骤层叠靶1的膜时，仅需采用在上述过程的最后使阴极单元30进一步转动半转的步骤以使阴极7a开始放电。此外，当使多层膜的单层厚度增大时，仅需采用使阴极单元30的转速减小的步骤，由此执行与上述控制相同的控制，或者可选择地，可采用如下步骤仅使阴极7a在阴极单元30的若干转期间放电，随后使阴极7a停止放电，然后仅使阴极7b在阴极单元30的若干转期间放电。阴极7a的放电和阴极7b的放电重复的次数与层叠数对应。由如上所述的传感器14控制所有放电。利用本发明的溅射设备，当阴极单元30与基板之间的距离(大约60mm以上)被充分维持时，通过使安装于多个阴极7a和7b的靶同时放电可执行来自这些靶的同时溅射。实施例在实施例中，Pd靶被安装于阴极7a，Co靶被安装于阴极7b，从而形成Pd/(Co/ Pd) X9/Pd 膜。当阴极单元位于图3的步骤1所示的位置状态时，图1所示的传感器14位于安装有黑体部26的阴极7b和未安装黑体部沈的阴极7a之间的触点处。传感器14检测出该状态，并且处理控制器31A0判断出阴极7a开始放电。当从气体供给机构(未示出)以 IOPar的压力导入Ar气并且同时对阴极7a的Pd靶施加350W的DC电力时，开始放电从而将厚度为IOnm的Pd沉积于基板。接着，当阴极单元位于图3的步骤2所示的位置状态时，传感器14位于阴极7b的安装黑体部沈的部位，因此，处理控制器31A0判断出放电在继续，从而继续放电。然后，当如图3的步骤3所示，阴极7b转动180度时，传感器14位于安装有黑体部26的阴极7b和未安装黑体部沈的阴极7a之间的触点处。传感器14检测出该状态，并且处理控制器31A0判断出阴极7b开始放电。因此，阴极7b的Co靶也开始放电。当阴极单元30转动9. 5转(转动3420度)时，形成具有九层Co和Pd的层叠膜。
此时，安装有黑体部沈的阴极7b和未安装黑体部沈的阴极7a(安装有金属部27 的阴极7a)从传感器14的检测位置25上方经过9. 5次。传感器14检测到经过了 9. 5次的状态并将该状态存储于独立的计算机的控制电路，使得处理计算机31A0判断出阴极7b 停止放电。利用这种存储的信息，阴极7b的Co靶停止放电。由于即使在阴极7b的Co靶停止放电之后，阴极7a的Pd靶仍继续放电，所以使阴极单元30转动半转(180度)，以能够形成单层Pd。传感器14检测到该状态，并且处理控制器3IAO判断出阴极7a停止放电。此后，阴极7a的Pd靶停止放电。当使用图5和图6所示的设备以形成Pd/(Co/Pd) X9/Pd膜时，由于使用Pd靶和 Co/Pd靶进行处理，所以，处理时间是13秒。另一方面，在使用溅射设备的情况中，处理时间是11秒。(其它实施方式)本发明还可适用于包括多个装置(例如，作为过程处理器的计算机、接口装置、读取器、打印机以及多层膜溅射设备)的系统，并且还适用于由单个装置(包含过程处理器的多层膜溅射设备)构成的设备。以上所述实施方式的范围包括如下处理方法使上述实施方式的结构运作以实现上述实施方式中的处理控制器31A0的功能的程序被存储于记录介质，并且存储于记录介质的该程序作为代码被接收由此以执行计算机中的程序。即，计算机可读记录介质包含在实施例的范围中。此外，存储上述计算机程序的记录介质以及计算机本身也包含在上述实施例中。这种类型的记录介质包括floppy (商标)盘、硬盘、光盘、磁光盘、⑶-ROM、磁带、非易失性的存储卡以及ROM。此外，上述实施方式的范围中不仅包括执行由存储于上述记录介质的单个程序执行处理的实施例，还包括在OS上操作并与其它软件和扩展板的功能协作地执行上述实施方式的操作的实施例。
权利要求
1.一种多层膜溅射设备，其包括能转动的阴极单元，其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η 为2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动。
2.根据权利要求1所述的多层膜溅射设备，其特征在于，所述多层膜溅射设备还包括η 个构件，所述η个构件被配置成所述η个构件中的各构件与所述η个阴极中的各阴极对应， 并且所述η个构件与所述阴极单元的转动同步转动，其中，所述η个构件具有彼此不同的反射率。
3.根据权利要求1所述的多层膜溅射设备，其特征在于，所述多层膜溅射设备还包括控制部件，所述控制部件根据所述传感器的检测结果控制各阴极的放电开始和放电结束。
4.一种多层膜形成方法，其包括以下步骤使用权利要求1所述的多层膜溅射设备，在阴极单元转动的状态下，将电力供给到与待形成的膜对应的靶，由此进行溅射以形成多层膜。
5.一种使用如下溅射设备的多层膜形成方法，该溅射设备包括能转动的阴极单元， 其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η为2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动，所述多层膜形成方法包括以下步骤基于所述传感器检测到的信息判别所述η个阴极，其中，η为2以上的整数；基于表示待形成的多层膜的结构的结构信息以及根据判别步骤中判别出的阴极信息， 将电力供给到所述η个阴极中的第一阴极以使第一阴极放电而在基板上形成第一膜，其中，η为2以上的整数；由所述传感器检测所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方；基于所述结构信息，根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，将电力供给到所述η个阴极中的第二阴极以使第二阴极放电而在所述基板上形成第二膜，其中，η为2以上的整数；基于所述结构信息，根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，停止向所述第一阴极供给电力；以及基于所述结构信息，根据判别步骤中所述传感器判别出的阴极信息，以及根据检测步骤中检测到的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，停止向所述第二阴极供给电力。
6.根据权利要求5所述的多层膜形成方法，其特征在于，在所述第二阴极放电期间，使所述第一阴极也放电。
7.根据权利要求5所述的多层膜形成方法，其特征在于，在停止向所述第一阴极供给电力的同时，开始向所述第二阴极供给电力。
8.根据权利要求5所述的多层膜形成方法，其特征在于，在停止向所述第一阴极供给电力之后的指定期间之后，或者在所述阴极单元转动指定转数之后，开始向所述第二阴极供给电力。
9.一种计算机可读记录介质，其记录有使计算机执行溅射设备用控制方法的程序，所述溅射设备包括能转动的阴极单元，其具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的η个阴极，其中，η 为2以上的整数，以及具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构； 传感器，其用于检测所述阴极的位置；以及转动机构，其用于使所述阴极单元转动， 所述控制方法包括以下步骤基于所述传感器检测到的信息判别所述η个阴极，其中，η为2以上的整数； 基于表示待形成的多层膜的结构的结构信息以及基于判别步骤中判别出的阴极信息， 使所述η个阴极中的第一阴极开始放电，其中，η为2以上的整数；基于所述传感器检测到的信息，测量所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方； 基于所述结构信息，基于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述η个阴极中的第二阴极开始放电， 其中，η为2以上的整数；基于所述结构信息，基于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述第一阴极停止放电；以及基于所述结构信息，基于判别步骤中判别出的阴极信息，以及基于测量步骤中测量出的所述阴极单元的转数和转动角中的至少一方，使所述第二阴极停止放电。
全文摘要
提供一种溅射设备和一种使用该溅射设备的多层膜形成方法，所述溅射设备通过有效地使用靶以高生产率和较少的螺旋形状形成多层膜。多层膜溅射设备的实施方式包括能转动的阴极单元(30)，所述阴极单元(30)具有相对于转动中心被配置于同一圆周上的阴极(7a和7b)并且具有用于向各阴极供给电力的电力供给机构；传感器(14)，其用于检测阴极的位置；以及转动机构，其用于使阴极单元(30)转动。
文档编号C23C14/34GK102216489SQ20098013898
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月13日 优先权日2008年10月30日
发明者芝本雅弘 申请人:佳能安内华股份有限公司