JP2000345338A

JP2000345338A - 絶縁体薄膜の成膜方法、並びに、スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2000345338A
Application number: JP11156250A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Moriyama; 正道森山; Hiroshi Oshita; 博史大下; Hiroaki Minami; 宏明南
Original assignee: Read Rite SMI Corp
Current assignee: Read Rite SMI Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】真空チャンバー２内に、複数の基板５が整列
して設置される基板電極３と、基板５表面に形成される
酸化絶縁膜の材料となる方形状のターゲット１３を設置
するターゲット電極４とが対向配置され、ターゲット１
３及びターゲット電極４の周囲にはグランドリング７が
配置されたバイアススパッタ式の高周波スパッタリング
装置１において、膜厚分布の均一性を飛躍的に向上さ
せ、大記憶容量対応の高性能薄膜磁気ヘッド等の製造の
スループットの向上、歩留まりの向上を低コストで達成
する。【解決手段】中央側の基板（Ａ）をターゲット１３か
ら最も離反させ、コーナー部の基板（Ｃ）をターゲット
１３に最も近づけ、十字位置の基板（Ｂ）を中間的な位
置に設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄膜磁気ヘ
ッドやＩＣ等の構成層として用いられるＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ又はガラスなどの蒸気圧の低い絶
縁体薄膜の成膜方法、並びに、絶縁体薄膜の成膜（特
に、高周波スパッタリング法や反応性スパッタリング法
などによる成膜）に用いるのに好適なスパッタリング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、薄膜磁気ヘッドやＩＣ等の保
護膜、絶縁膜として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）やアル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの酸化絶縁体薄膜が多用される。
一般に、これら蒸気圧の低い絶縁体の薄膜形成には、高
周波スパッタリング装置が用いられており、特に、酸化
絶縁体の場合においては、薄膜成分が酸素不足となるこ
とを防止するために、放電ガス中に酸素を適当に混合さ
せる反応性スパッタリング法が用いられる。

【０００３】高周波スパッタリング装置では、成膜すべ
き絶縁体薄膜の材料となる絶縁体からなるターゲットを
ターゲット電極にボンディング材を用いて一体に接合
し、酸素を適当に混合したアルゴンガス等の放電ガス中
で基板側との間で高周波放電を起こさせ、この放電によ
って生じたイオンによりターゲット表面をスパッタリン
グして、基板表面に酸化絶縁薄膜を成膜する。

【０００４】かかる高周波スパッタリング装置の一般的
構成は図２に模式的に示されている。該装置１は、真空
チャンバー２の内部に基板電極３とターゲット電極４と
が、所定の間隔をあけて対向配置されたバイアススパッ
タ式のものである。このバイアススパッタ法は、ターゲ
ット電極４と基板電極３の双方に高周波電圧を印加して
プラズマＰを発生させることにより、基板電極３にも負
のバイアス電位を積極的に発生させ、プラズマＰ中の正
イオン（例えばアルゴンイオン）による基板５に対する
逆スパッタリングの発生を制御して、基板５表面に成膜
される酸化絶縁膜の平坦化を図り得るものである。

【０００５】各電極３，４の周囲には、アースされたグ
ランドリング６，７（アースシールドリング）が配置さ
れ、スパッタ時の電場の向きを制御して、プラズマＰを
一定範囲に遮蔽するようにしている。

【０００６】また、各電極３，４にはそれぞれ高周波電
源８，９が接続されるが、真空チャンバー２内部のイン
ピーダンスによって高周波電力が内部で消費される効率
が大きく変わるため、放電状態で適宜調整して効率を上
げるようにするためのマッチングボックス１０，１１
が、各電極３，４と電源８，９との間に設けられてい
る。なお、高周波電源８，９としては、周波数が１０Ｍ
Ｈｚ〜１５ＭＨｚ程度のものがよく用いられており、出
力は一度に処理する基板の枚数や大きさ、要求される成
膜速度等によって適宜設定されるが、例えば９枚の基板
をバッチ処理する場合には、ターゲット側電源９には１
０〜２０ｋＷ、基板側電源８には１〜３ｋＷのものを用
いることができる。

【０００７】これら電源８，９に対しては、プラズマＰ
の相互干渉を避けるために共通の高周波発振器１２から
高周波信号を送信している。なお、発振器１２に位相調
整器を接続して、両電極３，４に供給される高周波電力
の位相差を調整して、プラズマＰの状態を最適なものと
することができる。

【０００８】また、図示していないが、真空チャンバー
２には、真空ポンプに接続された排気口が設けられてい
るとともに、アルゴンガス等の不活性ガス（放電ガス）
の導入口が設けられている。なお、反応性スパッタリン
グ法を用いて酸化絶縁薄膜を成膜する場合には、放電ガ
ス中に、適当な量の酸素を混合する。

【０００９】ターゲット電極４には、基板表面に成膜す
べき絶縁体薄膜の材料となるターゲット１３がボンディ
ング材を介して一体的に接合されている。このターゲッ
ト１３としては、円盤状や、正方形や長方形を含む角形
状などの種々の形態が従来より知られている。また、タ
ーゲット側のグランドリング７の従来形状は、図７に示
すように、平面視方形枠状であって、プラズマＰに対向
する側の端部に、外方向に突出するフランジ部が形成さ
れている。

【００１０】複数の基板５は、基板側電極３に取付けら
れた基板ホルダー１４に保持されている。基板ホルダー
１４には、所定の座ぐり深さで複数の基板設置部（基板
取付凹部）１４ａが設けられており、この基板設置部１
４ａに各基板５がそれぞれ設置され、適宜の固定手段に
よって各基板５が基板ホルダー１４に固定されている。
なお、基板設置部の座ぐり深さは、基板ホルダー１４の
ターゲット１３との対向側面から、基板設置面までの距
離によって定義される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】近年、例えばハードデ
ィスク業界では、薄膜磁気ヘッドに対して非常に厳しい
低コスト化の要求がなされており（例えば、日経エレク
トロニクス１９９９．５．３（ｎｏ．７４２）号９
３頁〜１１４頁参照）、かかる薄膜磁気ヘッドの製造等
において膜厚１０μｍ以下の絶縁膜や保護膜を形成する
場合に、成膜時間を非常に短くしたり、１回の基板処理
枚数を増やすなど、スループットの向上によって大幅な
コスト低減を図る必要がある。かかる要求に対応するた
めには、複数の基板を保持する基板保持ホルダー並びに
ターゲットの外縁形状としては、円盤状よりも方形状が
好適であり、方形状のものを用いれば、円盤状のものを
用いた場合に比して小型の装置でより多くの基板をバッ
チ処理することができることが知られている。

【００１２】しかしながら、近年の薄膜磁気ヘッドの小
型化と高性能化のためには、膜厚分布の均一性を非常に
高い精度で達成する必要がある。上記した方形状の基板
ホルダーを使用して１０μｍ以下の酸化絶縁膜を高周波
反応性スパッタリング法により成膜した場合、基板セッ
ト位置によって膜厚分布に無視できない大きな差が生じ
る。具体的には、プラズマの濃度が濃い中央側の基板表
面に成膜される酸化絶縁膜の膜厚は、プラズマの濃度が
希薄なコーナー側の基板表面に成膜される酸化絶縁膜の
膜厚に比して、５％〜１０％程度大きくなってしまう。
かかる膜厚差は、近年の高密度記録用磁気ヘッドの構成
層膜厚の誤差範囲を大きく超えるものとなり、したがっ
て、膜厚分布の良い箇所だけで成膜せざるを得ない状況
が生じ、スループットの悪化を招いている。

【００１３】そこで、本発明は、基板ホルダーへの各基
板の設置状態を最適化することによって、膜厚分布の均
一性を飛躍的に向上し得る絶縁体薄膜の成膜方法、並び
に、スパッタリング装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、スパッ
タリング法、特に高周波反応性スパッタリング法によっ
て複数の基板表面に絶縁体薄膜を一度に成膜する際、成
膜される薄膜の膜厚の均一性を向上するべく鋭意研究を
重ねた結果、真空チャンバー内の各位置におけるプラズ
マ濃度にあわせて各基板とターゲットとの間の距離を変
えることによって、膜厚分布を５％以下に向上すること
ができることを見出した。かかる本発明によれば、方形
状ターゲット、方形状基板や基板ホルダーを用いながら
も、成膜される絶縁膜の膜厚の均一性を飛躍的に向上さ
せることができ、特に、サブミクロン精度の加工が要求
される近年の高密度記録対応薄膜磁気ヘッドにおける絶
縁膜や保護膜の成膜に好適に用いることができ、今後一
層の小型化が推進されると予想される薄膜磁気ヘッドの
歩留まりの向上、生産性の向上に大きく貢献し得る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の絶縁体薄膜の成膜方法
は、真空チャンバー内に成膜すべき絶縁体薄膜の材料と
なるターゲットを配置するとともに、該ターゲットとの
距離を個別に設定して複数の基板を真空チャンバー内で
ターゲットに対向配置し、内部を真空雰囲気とした真空
チャンバー内に放電ガスを供給して高周波電場を印加す
ることにより高周波放電を行わせ、該放電により生じた
イオンによりターゲット表面をスパッタリングして、対
向配置された複数の基板表面に絶縁体薄膜を成膜するこ
とを特徴とするものである。これによれば、高周波放電
により生成されるプラズマの中央側に位置する基板とタ
ーゲットとの距離を比較的大きくし、プラズマの周囲側
に位置する基板とターゲットとの距離を比較的小さくす
ることにより、プラズマ濃度に応じたターゲット−基板
間距離が設定され、プラズマの希薄な位置では基板とタ
ーゲットとの距離が近くなるためにプラズマが希薄であ
るにもかかわらず所定の成膜速度が確保され、中央側の
プラズマの濃い位置とほぼ均等な膜厚が得られるように
なる。

【００１６】なお、上記本発明の成膜方法は、従来技術
の欄で既に説明した高周波スパッタリング装置を用いて
実施し得る。また、各基板とターゲットとの間の距離を
設定する方法は特に限定されない。例えば、複数の基板
を保持する基板ホルダーの各基板設置面の座ぐり深さを
それぞれ異ならせることによって、該ホルダーに保持さ
れた複数の基板とターゲットとの間の距離を異ならせて
もよいし、既存の基板ホルダーを用いて、周囲側の基板
の下部に、スペーサやシートを敷くことによって、周囲
側の基板をターゲットに若干近づけるようにすることも
可能である。

【００１７】上記ターゲットの材料は、通常は、成膜す
べき絶縁体薄膜と同じ成分とするが、例えば高周波反応
性スパッタリング法を用いて酸化絶縁膜を成膜する場合
には、ターゲットとして非酸化物を用い、酸素を含む放
電ガスを用いることによって、所望の酸化絶縁膜を成膜
することが可能であり、その他の化合物系絶縁体につい
ても同様である。放電ガスとしては、アルゴンガス、キ
セノンガスなどを用いることができる。

【００１８】上記絶縁体薄膜の成膜方法において、真空
チャンバー内に配置される複数の基板は、縦横複数列の
格子状に配列されており、中央側に配置された基板であ
るほど、ターゲットからの距離が大きくなされているも
のとすることができる。さらに、各基板及びターゲット
として平面視方形状のものを用いることができる。これ
によれば、複数の基板の設置効率が向上し、コンパクト
な装置でありながらより多くの基板をバッチ処理するこ
とができるとともに、各基板とターゲットとの間の距離
の最適化によって基板表面に成膜される絶縁体薄膜の膜
厚の均一性が向上し、膜厚分布を５％乃至３％以下とす
ることも可能となる。

【００１９】また、本発明は、基板側電極とターゲット
側電極とが真空チャンバー内に対向配置され、基板側電
極には基板ホルダーが設けられ、該基板ホルダーは、複
数の基板設置部にそれぞれ基板を保持可能に構成された
高周波スパッタリング装置において、ターゲット電極に
設置されたターゲットと、基板ホルダーに保持された複
数の各基板との間の距離が、基板ホルダーの中央部に対
する位置に応じて異なるように、基板ホルダーの各基板
設置部の座ぐり深さが設定されていることを特徴とする
ものである。これによれば、予め各基板とターゲットと
の距離が、均一な膜厚を得るための最適値となるように
基板ホルダーの各基板設置部を構成することができるの
で、成膜作業時には、作業者が複数の基板を各基板設置
部に設置するだけで、中央側であるほど基板とターゲッ
トとの間の距離が比較的大きくなり、周辺側であるほど
基板とターゲットとの間の距離が比較的小さくなり、膜
厚の均一性を向上することができる。

【００２０】さらに、複数の基板設置部は、縦横複数列
の格子状に配設されており、各基板設置部の座ぐり深さ
が、中央側であるほど大きくなるようにすることによ
り、全体としてコンパクトな装置でありながら、多くの
基板をバッチ処理することができ、方形状ターゲットを
用いながらも基板表面に成膜される絶縁体薄膜の膜厚の
均一性を向上し、膜厚分布を５％乃至３％以下とするこ
とも可能となる。

【００２１】なお、上記本発明のスパッタリング装置
は、高周波スパッタリング装置として好適に実施するこ
とができ、その基本的構成は上記従来の高周波スパッタ
リング装置と同様に構成することが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例に係る高周波スパッタリング装置の基本
的構成は図２に示した従来のものと同様であるので同符
号を引用して詳細説明を省略し、本実施例の特徴的構成
について以下説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施例で用いた基板ホル
ダー１４に９枚の基板が設置された状態を模式的に示す
平面図である。この基板ホルダー１４は、縦横各３列の
計９カ所に方形の基板設置部１４ａを備えるものであ
る。各基板設置部１４ａは、所定の座ぐり深さを有する
凹状に形成されており、本実施例の基板ホルダー１４で
は、中央の基板（Ａ）の表面（ターゲット１３との対向
面）の高さが最も低く（即ち、ターゲット１３からの距
離が最も大きく）、中央の基板（Ａ）の前後左右の十字
位置の基板（Ｂ）の表面高さは、中央の基板（Ａ）より
も若干高く、コーナー位置の基板（Ｃ）の表面高さが最
も高くなるように、各基板設置部１４ａの座ぐり深さが
設定されている。

【００２４】例えば、（Ｂ）位置の基板設置面の座ぐり
深さをｔ_Bとすると、（Ａ）位置の基板設置面の座ぐり
深さは（ｔ_B＋Δｔ）、（Ｃ）位置の基板設置面の座ぐ
り深さは（ｔ_B−Δｔ）となされている。これら座ぐり
深さの具体的数値は、真空チャンバーの構成や大きさ、
その他のスパッタリング装置の各部の構成等に応じ、実
験により最適値を求めることが好ましく、例えば、Δｔ
は、１．２ｍｍ以下の適宜の値に設定することが好まし
く、０．１ｍｍ程度の限りなく０ｍｍに近い範囲で設定
することも可能である。

【００２５】上記の本発明の基板ホルダー１４を備えた
高周波スパッタリング装置１により成膜したＡｌ₂Ｏ₃薄
膜の膜厚分布と、同様の条件で、基板設置面の座ぐり深
さを一定とした従来の基板保持ホルダーを用いて成膜し
たＡｌ₂Ｏ₃薄膜の膜厚分布とをそれぞれ多数成膜して比
較した結果、本発明の場合には膜厚分布の均一性が顕著
に向上した。参考までに、従来の膜厚分布の統計グラフ
を図３に、その統計表を表１に示す。

【表１】

【００２６】図３及び表１から明らかなように、各基板
とターゲットとの距離が一定の場合は、中央の基板
（Ａ）よりも周辺側となる十字位置の基板（Ｂ）表面に
成膜される薄膜の膜厚が小さくなるとともに、膜厚分布
も基板（Ｂ）の方が悪くなっている。さらに、基板
（Ｂ）よりも周辺側となる基板（Ｃ）表面に成膜される
薄膜の膜厚分布は一層悪化していることが判る。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、複数の基板を基板ホル
ダーに保持してスパッタリング法により基板表面に絶縁
体薄膜を成膜するものにおいて、各基板とターゲットと
の間の距離の最適化を図ることによって、正方形状や長
方形状を含む角形状ターゲットや角形状基板ホルダーを
用いた高周波スパッタリング法により基板表面に酸化絶
縁膜を成膜したときの膜厚の均一性を飛躍的に向上させ
ることができ、バッチ内の膜厚分布を５％乃至３％以下
にすることも可能となる。したがって、サブミクロン精
度での膜加工が要求されている近年の薄膜磁気ヘッドや
ＩＣにおける絶縁膜や保護膜の成膜を、方形状を含む角
形のターゲットを用いながらも膜厚均一性を確保しつつ
行うことができ、円形ターゲットの場合と同程度の膜厚
の安定性を達成しながらも、円形ターゲットの場合より
も多くの基板をバッチ処理することが可能となり、スル
ープットの向上によるコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る基板ホルダーを模式的に
示す平面図である。

【図２】高周波スパッタリング装置の一般的構成を示す
模式図である。

【図３】従来の高周波スパッタリング装置によって成膜
された絶縁体薄膜の膜厚分布データを示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１高周波スパッタリング装置２真空チャンバー３基板電極４ターゲット電極５基板８ターゲット側高周波電源９基板側高周波電源１３ターゲット１４基板ホルダー１４ａ基板設置部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/318 Ｈ０１Ｌ 21/318 Ｂ (72)発明者南宏明大阪府三島郡島本町江川２丁目15番17号リードライト・エスエムアイ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BA44 BA46 BA58 BA59 BD00 DC35 JA01 5D033 CA05 DA03 DA21 5F045 AA19 AB31 AB32 AB33 AC11 AC16 BB01 BB02 BB03 DQ10 EM01 EM02 5F058 BA06 BA20 BB10 BC01 BC02 BC03 BC05 BC07 BC08 BC09 BF11 BF12 BF13 BG04 BJ01 BJ10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバー内に成膜すべき絶縁体薄
膜の材料となるターゲットを配置するとともに、該ター
ゲットとの距離を個別に設定して複数の基板を真空チャ
ンバー内でターゲットに対向配置し、内部を真空雰囲気
とした真空チャンバー内に放電ガスを供給して高周波電
場を印加することにより高周波放電を行わせ、該放電に
より生じたイオンによりターゲット表面をスパッタリン
グして、対向配置された複数の基板表面に絶縁体薄膜を
成膜することを特徴とする絶縁体薄膜の成膜方法。
【請求項２】真空チャンバー内に配置される複数の基
板は、縦横複数列の格子状に配列されており、中央側に
配置された基板であるほど、ターゲットからの距離が大
きくなされていることを特徴とする請求項１に記載の絶
縁体薄膜の成膜方法。
【請求項３】基板側電極とターゲット側電極とが真空
チャンバー内に対向配置され、基板側電極には基板ホル
ダーが設けられ、該基板ホルダーは、複数の基板設置部
にそれぞれ基板を保持可能に構成されたスパッタリング
装置において、ターゲット電極に設置されたターゲットと、基板ホルダ
ーに保持された複数の各基板との間の距離が、基板ホル
ダーの中央部に対する位置に応じて異なるように、基板
ホルダーの各基板設置部の座ぐり深さが設定されている
ことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項４】複数の基板設置部は、縦横複数列の格子
状に配設されており、各基板設置部の座ぐり深さは、中
央側であるほど大きくなされていることを特徴とする請
求項３に記載のスパッタリング装置。