JP2002043159A

JP2002043159A - 磁性膜作成装置及びｇｍｒヘッド又はｔｍｒヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2002043159A
Application number: JP2000219891A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Miyoshi; 歩三好
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧＭＲヘッド等の製造の際の磁性膜の作成に
おいて、対象物の表面付近にその表面に沿って磁界を印
加しながら、作成する磁性膜中への不純物の混入を少な
くする。【解決手段】ＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッドを製造す
る際、スパッタチャンバー１内に対象物である基板８を
配置し、スパッタリングにより基板８の表面に磁性膜を
作成する。成膜の際に基板８の表面付近にその表面に沿
った特定の向きの磁界を印加してその特定の向きにのみ
磁化され易い性質を付与する容易軸付与用磁界発生装置
７が、スパッタチャンバー１の外に設けられている。成
膜中に基板８を回転させる回転機構３３が設けられてお
り、この回転機構３３は、容易軸付与用磁界発生装置７
と基板８とを一体に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、磁性膜作成装
置に関するものであり、特にハードディスクドライブ
（ＨＤＤ）等に用いられ磁気ヘッドの製造に好適に使用
される磁性膜作成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁性膜の作成は、ハードディスクのよう
な磁気記録ディスクの製造の他、ＨＤＤに使用される磁
気ヘッドの製造等においても行われている。このような
磁気ヘッド製造の際の磁性膜の作成では、特定の方向で
磁化され易い膜を作成することが必要になることがあ
る。以下、この点について説明する。ＨＤＤにおける面
記録密度は、記録容量のさらなる増大の要請を背景とし
て、驚異的な勢いで伸びている。現在の面記録密度は１
０〜１５ギガビット／平方インチであるが、試作機では
３５ギガビット／平方インチが実証されている。２００
２年には８０ギガビット／平方インチ、そして、将来的
には１００ギガビット／平方インチになるといわれてい
る。

【０００３】ＨＤＤにおける面記録密度の飛躍的な向上
をもたらした要因の一つは、ＭＲ(Magnetoresistive)ヘ
ッドの登場であるといわれている。ＭＲヘッドは、磁化
の方向が異なることによる磁気抵抗の変化により情報の
読み出しを行うものである。最近では、巨大磁気抵抗効
果(Giant Magnetoresistive, GMR)を利用することでよ
り大きな磁気抵抗の変化が得られるＧＭＲヘッドが開発
され、その実用化が期待されている。さらには、トンネ
ル電流を利用することでＧＭＲヘッドの数倍もの磁気抵
抗の変化率が得られるＴＭＲ(Tunneling Magnetoresist
ive)ヘッドが、次世代のＨＤＤ用磁気ヘッドとして急浮
上している。

【０００４】図４を使用して、ＧＭＲヘッドの構成につ
いて説明する。図４は、ＧＭＲヘッドの構成を示す斜視
概略図である。ＧＭＲヘッドは、再生専用のヘッドであ
る。記録には、ＧＭＲヘッドに隣接して設けられたコイ
ルと磁極からなる誘導ヘッドを使用する。ＧＭＲヘッド
は、上部シールド９１と下部シールド９２との間にＧＭ
Ｒ素子９３と再生電極９４を設けた構造である。

【０００５】現在主流のＧＭＲ素子９３は、いわゆるス
ピンバルブ型の多層膜構造となっている。図５は、ＧＭ
Ｒ素子９３の構造について示した断面概略図である。ス
ピンバルブ型とは、磁化される方向が固定されているピ
ン層９３１と、印加される外部磁界によって磁化方向が
決まるフリー層９３２とで、ごく薄い非磁性層９３３を
挟んだ構造のことである。図５に示す例では、バッファ
ー層９３４の上に、フリー層９３２−非磁性層（Ｃｕ）
９３３−ピン層９３１を積層し、その上にバイアス層９
３５としての反強磁性層が形成された構造である。ピン
層９３１の磁化の方向は、バイアス層９３５の交換結合
磁界で固定される。

【０００６】巨大磁気抵抗効果は、磁性層と非磁性層と
の界面で生じる電子のスピン依存散乱を利用している。
非磁性層の両側の磁性層の磁化方向が同じ場合は、界面
での電子の散乱は小さく、多層膜全体の電気抵抗は小さ
い。しかし、両側の磁性層の磁化方向が互いに逆向きの
場合、一方の磁性層の電子が移動して他方の磁性層に進
入しようとすると、界面で散乱を受ける。従って、多層
膜全体の電気抵抗は高くなる。ＧＭＲヘッドでは、上記
巨大磁気抵抗効果による磁気抵抗の変化を検出するた
め、ピン層９３１の面方向に電流を流しておく。そし
て、記録媒体１００の各記録磁区からの磁界によってフ
リー層９３２が磁化され、ピン層９３１の面方向の電圧
変化を検出することで、フリー層９３２の磁化の方向が
検出される。これにより、記録媒体１００の記録の読み
取りが行われる。

【０００７】ＴＭＲヘッドは、ＧＭＲヘッドと構造的に
はほぼ同様である。しかしながら、ＴＭＲヘッドは、ピ
ン層９３１とフリー層９３２との間の層が非磁性層９３
３ではなく、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁層となっている点と、
多層膜の厚さ方向に電流を流して電圧を検出する点が異
なっている。図６に、ＧＭＲヘッドとＴＭＲヘッドの概
略構造を対比させて示す。ＴＭＲヘッドの原理は、以下
の通りである。二つの磁性層の間に電圧を印加すると、
絶縁層を通してトンネル電流が流れる。この際のトンネ
ル電流の流れ易さ（即ち抵抗値）は、二つの磁性層の磁
化方向によって変わる。二つの磁性層の磁化方向が同じ
場合、抵抗値は最小となり、磁化方向が互いに逆の場
合、抵抗値は最大となる。従って、図６に示すように、
厚さ方向に電流を流しておき電圧変化を検出することで
記録媒体からの情報の読み出しが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４から解るように、
面記録密度の増大は、記録媒体１００における一つの記
録磁区の長さ（ビット長）が短くなることを意味する。
従って、ＧＭＲヘッドにしろ、ＴＭＲヘッドにしろ、多
層膜全体を薄く作る必要がある。しかしながら、膜の厚
さが薄くなると、抵抗が大きくなり、出力特性が悪化す
る問題がある。以下、この点を説明する。

【０００９】ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドのようなＭＲ
ヘッドでは、磁気抵抗の変化率（ＭＲ比）によって情報
の読み出しを行うので、ＭＲ比が高いことが重要であ
る。下の式（１）は、ＭＲ比を説明したものである。上記式（１）において、Ｒmaxはフリー層の磁化方向と
ピン層の磁化方向が同じ場合の抵抗、Ｒminはフリー層
の磁化方向とピン層の磁化方向が反対の場合の抵抗であ
る。また、ρは、多層膜の比抵抗であり、ピン層又は多
層膜全体の厚さをｔとすると、ρ＝Ｒ×ｔである。

【００１０】面記録密度向上のため、多層膜の厚さを薄
くすると、式（１）におけるＲminが大きくなってしま
い、ＭＲ比が低くなってしまう問題がある。多層膜の厚
さが薄くなってもＭＲ比を低下させないためには、比抵
抗ρの小さな膜を作成することが重要である。そして、
比抵抗ρの小さな膜を作成するには、膜への不純物の混
入を少なくすることが重要である。図７は、これらの点
を確認した実験の結果を示す図である。

【００１１】図７に示す実験においては、多層膜を構成
する各層の材料及び厚さは、以下の通りとした。フリー層：ＮｉＦｅ，５ｎｍフリー層：ＣｏＦｅ，１ｎｍ非磁性層：Ｃｕ，２．５ｎｍピン層：ＣｏＦｅ，１ｎｍバイアス層：ＦｅＭｎ，１０ｎｍ各層を構成する薄膜は、スパッタリングにより作成され
た。そして、膜への不純物混入の影響を確認するため、
スパッタリングを行う前のスパッタチャンバー内を排気
し、その際の圧力（ベースプレッシャー）を変えながら
実験を行った。図７に示すように、ベースプレッシャー
が低くなるにつれ、Ｒminが低下し、これに伴いＭＲ比
が高くなった。この結果は、ベースプレッシャーが低く
なるにつれ、不純物の混入が少なくなって膜の比抵抗が
小さくなり、これが原因でＭＲ比が高くなったことを示
していると判断される。

【００１２】一方、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドの製造
では、特定の向きにのみ磁化され易い磁性膜を作成する
ことが必要である（以下、このような膜を磁化容易軸を
持つ膜と表現する）。図８は、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘ
ッドにおける磁化容易軸について説明する図である。前
述したように、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドでは、ピン
層とフリー層との磁化の向きの相違により情報の読み出
しを行っているが、実際には、ピン層もフリー層も、Ｃ
ｏＦｅのような同じ材料であることが多い。この場合、
ピン層とフリー層とは、互いに直交する磁化容易軸を持
つことによって、それぞれピン層及びフリー層としての
機能を持つことになる。

【００１３】即ち、ピン層は、第一の向きに磁化容易軸
が設定され、前述したようにバイアス層によってこの向
きに磁化が固定される。この方向は、記録媒体からの磁
界の方向と同じである。一方、フリー層は、この第一の
向きとは直角な向きに磁化容易軸が設定される。従っ
て、図８に示すように、記録媒体からの磁界が無い場合
は、ピン層の磁化とフリー層との磁化とは直交し、出力
電圧はほぼ中間の値を取る。そして、読み取りの際に記
録媒体からの磁界が印加されると、フリー層の磁化は、
ピン層の磁化と方向が同じで向きが同じか逆の状態とな
る。つまり、記録媒体からの磁界が無い場合には、出力
電圧が丁度中間になるように、ピン層の磁化方向に対し
て直角な磁化容易軸をフリー層に付与しておく。

【００１４】磁性膜に磁化容易軸を持たせるには、磁界
を印加しながら磁性膜を作成する方法が一般的である。
具体的には、磁性膜が作成される対象物の表面付近にそ
の表面に沿って固定された向きの磁界を設定する磁石を
スパッタチャンバー内に設ける。ターゲットから放出さ
れた磁性材料の粒子（通常は原子の状態）が、対象物の
表面に堆積して薄膜に成長する際、存在する磁界により
結晶の方向が磁界の方向に向き易い。この結果、磁界の
向きに磁化容易軸が設定された磁性膜が作成される。

【００１５】本願の発明は、上述したＧＭＲヘッドやＴ
ＭＲヘッドの製造等に用いられる装置のように、対象物
の表面付近にその表面に沿って磁界を印加しながら磁性
膜を作成する装置であって、磁性膜中への不純物の混入
の少ない優れた装置を提供するという技術的意義を有す
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、対象物の表面に磁性
膜を作成する磁性膜作成装置であって、対象物の表面付
近にその表面に沿った特定の向きの磁界を印加してその
特定の向きにのみ磁化され易い性質を磁性膜に付与する
容易軸付与用磁界発生装置が、成膜チャンバーの外に設
けられているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構
成において、成膜中に前記対象物を回転させる回転機構
が設けられており、この回転機構は、前記容易軸付与用
磁界発生装置と前記対象物とを一体に回転させるもので
あるという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成
において、前記成膜チャンバーの器壁は、他の部分に比
べて断面の小さな円筒形の凸部を有してこの凸部内の空
間に前記対象物が保持されるようになっており、前記容
易軸付与用磁界発生装置は、この凸部を取り囲むよう設
けられているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１、２
又は３の構成において、前記対象物は、ＧＭＲヘッド又
はＴＭＲヘッドの製造用であるという構成を有する。ま
た、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、
磁化される向きがフリーであるフリー層を構成する磁性
膜と、磁化される向きが固定されるピン層を構成する磁
性膜と、フリー層とピン層との間に設けられた非磁性層
又は絶縁層とからなるＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッドを
製造する方法であって、前記フリーを構成する磁性膜又
は前記ピン層を構成する磁性膜を対象物の表面に作成す
る際、成膜チャンバー内に対象物を配置するとともに、
対象物の表面付近にその表面に沿った特定の向きの磁界
を印加してその特定の向きにのみ磁化され易い性質を磁
性膜に付与する容易軸付与用磁界発生装置を成膜チャン
バーの外に配置して成膜を行うという構成を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、本願発明の実施の形態である磁
性膜作成装置の正面断面概略図である。図２は、図１に
示す装置を上から見た平面概略図である。図１に示す装
置は、内部でスパッタリングにより磁性膜の作成を行う
スパッタチャンバー１と、スパッタチャンバー１内を排
気する排気系１１と、スパッタチャンバー１内に被スパ
ッタ面が露出するようにして設けたターゲット２１を含
むカソード２と、ターゲット２１から放出された粒子
（スパッタ粒子）が到達するスパッタチャンバー１内の
所定位置に対象物８を保持するホルダー３と、スパッタ
チャンバー１内の所定のガスを導入するガス導入系４等
を備えている。尚、本実施形態では、成膜の対象物８
は、板状の部材である。以下、この板状の部材を「基
板」と呼ぶ。

【００１８】スパッタチャンバー１は、気密な真空容器
であり、ゲートバルブ５を介してロードロックチャンバ
ー６に接続されている。また、ロードロックチャンバー
６を介してスパッタチャンバー１と大気側との間で基板
８を搬送する不図示の搬送系が設けられている。排気系
１１は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えて、ス
パッタチャンバー１内を１×１０^−７Ｐａ程度の圧力ま
で排気できるようになっている。

【００１９】カソード２は、ターゲット２１と、ターゲ
ット２１の背後（被スパッタ面とは反対側）に設けたカ
ソードマグネット２２とから成っている。本実施形態で
は、複数のカソード２が設けられている。各カソード２
には、スパッタ放電を形成するための電力をターゲット
２１に印加する不図示のスパッタ電源が設けられてい
る。各スパッタ電源は、各々独立して印加電圧を制御す
るようになっている。各カソード２としては、特開平１
０−８８３４１号公報に開示された構成のように、低圧
でも放電が可能なものであることが好ましい。

【００２０】各カソードマグネット２２は、マグネトロ
ンスパッタリングを達成するものである。各カソードマ
グネット２２による磁界は、ターゲット２１の中心に対
して非対称となっているとともに、カソードマグネット
２２をターゲット２１の中心軸の周りに回転させる不図
示のカソード回転機構が設けられている。この構成は、
基板８の表面に対する成膜を均一にしたり、ターゲット
２１の被スパッタ面で進行するエロージョン（侵食）を
均一にしたりするためである。

【００２１】各カソード２は、異種材料の成膜を一つの
スパッタチャンバー１で行えるよう、異種材料のターゲ
ット２１を備えている。また、各ターゲット２１の被ス
パッタ面の相互汚損を防止するため、各ターゲット２１
の被スパッタ面を覆うようにしてシャッタ２３が設けら
れている。シャッタ２３は、不図示の駆動機構により駆
動され、ターゲット２１の被スパッタ面を覆う位置と、
覆わない位置との間を移動するようになっている。ま
た、各ターゲット２１の被スパッタ面が他のターゲット
２１からのスパッタ粒子の付着によって汚損されないよ
う、シールド２４が設けられている。

【００２２】図３は、図１の装置におけるターゲット２
１の位置、姿勢、大きさなどについての最適値について
説明する図である。尚、基板８の表面に作成される薄膜
の分布（膜厚分布又は膜質分布）を許容範囲内とするに
は、基板８の中心軸に対するターゲット２１の中心軸の
角度θは、１５°≦θ≦４５°とすることが好ましい。
同様の理由から、基板８の直径ｄとターゲット２１の直
径Ｄとの関係は、ｄ≧Ｄ、ターゲット２１の中心で見た
ターゲット２１と基板８との距離Ｌ１は、５０ｍｍ≦Ｌ
１≦８００ｍｍ、ターゲット２１の中心軸が基板８の表
面（又は表面の属する平面）と交差する点と基板８の表
面の中心との距離Ｌ２は、５０ｍｍ≦Ｌ２≦４００ｍｍ
とすることが好ましい。

【００２３】図２から解る通り、本実施形態では、六つ
のカソード２が設けられており、各カソード２は、正六
角形の角の位置に位置している。そして、図１から解る
ように、ホルダー３は、各カソード２が成す正六角形の
中心と基板８の中心とが同軸になる位置で基板８を保持
するようになっている。

【００２４】さて、本実施形態の装置の大きな特徴点
は、基板８の表面に作成される磁性膜に磁化容易軸を与
える磁界を印加する磁界発生装置７が、スパッタチャン
バー１の外に設けられている点である。以下、この点を
具体的に説明する。ホルダー３は、全体が円盤状の部材
であり、その上面に基板８を載置して保持するようにな
っている。スパッタチャンバー１の下壁には、ホルダー
３より少し大きな直径の円筒形の下側に突出した部分
（以下、円筒形凸部）１２を有する。ホルダー３は、こ
の円筒形凸部１２内に配置されており、ホルダー３と円
筒形凸部１２とは同軸となっている。

【００２５】ホルダー３の中心軸は、上述した正六角形
の中心と同軸である。ホルダー３の下面には、ホルダー
駆動棒３１が固定されている。ホルダー駆動棒３１は、
ホルダー３と同軸であって垂直下方に延びており、スパ
ッタチャンバー１の底板部を気密に貫通している。スパ
ッタチャンバー１外に位置するホルダー駆動棒３１の下
端には、水平な姿勢のベース板３２が固定されている。

【００２６】一方、円筒形凸部１２を取り囲むようにし
て、磁界発生装置７が設けられている。この磁界発生装
置磁石７が、磁化容易軸を与える磁界を印加するもの
（以下、容易軸付与用磁界発生装置）である。容易軸付
与用磁界発生装置７は、基板８の表面に沿って同じ向き
の一様な磁界を印加するものである。本実施形態では、
容易軸付与用磁界発生装置７は、電磁石から成ってい
る。容易軸付与用磁界発生装置７としては、特開平１１
−２６２３０号公報開示のものが採用されている。

【００２７】上述した容易軸付与用磁界発生装置７は、
ベース板３２に取り付けられている。そして、ベース板
３２には、回転機構３３が付設されている。回転機構３
３は、ベース板３２を、ホルダー駆動棒３１と同軸の回
転軸の周りに回転させるものである。回転機構３３によ
る回転に伴い、容易軸付与用磁界発生装置７、ホルダー
駆動棒３１、ホルダー３、及び、ホルダー３上の基板８
も一体に回転する。この回転の軸は、全て基板８の中心
軸と同軸である。尚、ホルダー駆動棒３１がスパッタチ
ャンバー１の底板部を貫通する部分には、ホルダー駆動
棒３１の回転を許容しつつ真空が漏れないようにするた
め、磁性流体等を用いた真空シール１３が設けられてい
る。

【００２８】次に、上述した磁性膜作成装置を、ＧＭＲ
ヘッド製造用として構成する場合の例について説明す
る。ＧＭＲヘッド製造用の場合、六つのターゲット２１
は、Ｔａターゲット２１、ＦｅＭｎターゲット２１、Ｃ
ｏターゲット２１、ＣｏＦｅターゲット２１、Ｃｕター
ゲット２１、ＮｉＦｅターゲット２１とされる。各ター
ゲット２１の直径は、７．１インチ程度である。

【００２９】次に、磁気ヘッド製造方法の発明の実施形
態の説明も兼ねて、上記ように構成した装置の動作につ
いて説明する。まず、アルティック（アルミナチタンカ
ーバイト，Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）のような絶縁性の板状
母材の表面を保護膜で覆った後、その上に下部シールド
及び下部ギャップを形成する（以下の説明では、このよ
うに形成されたもの基板８と言い換える）。この基板８
を、ロードロックチャンバー６内に搬入した後、ロード
ロックチャンバー６及びスパッタチャンバー１を１×１
０^−７Ｐａ程度まで排気する。この状態で、ゲートバル
ブ５を開け、不図示の搬送系により基板８をスパッタチ
ャンバー１内に搬入し、ホルダー３に載置して保持させ
る。

【００３０】ゲートバルブ５を閉じた後、ガス導入系４
によってアルゴンガスを所定の流量で導入する。そし
て、Ｔａターゲット２１のカソード２を動作させてＴａ
膜を作成する。即ち、Ｔａターゲット２１の前方のシャ
ッタ２３のみを開けるとともに、Ｔａターゲット２１に
接続された不図示のスパッタ電源を動作させる。これに
より、基板８の表面にＴａ膜が作成される。作成される
Ｔａ膜の厚さは、５ｎｍ程度である。この際、不図示の
カソード回転機構が動作し、カソードマグネット２２が
回転する。このため、Ｔａターゲット２１のエロージョ
ンが均一に進行するととに基板８の表面にＴａ膜が均一
に作成される。尚、このようにして作成されるＴａ膜
は、バッファ層を成す。

【００３１】次に、スパッタチャンバー１内を排気した
後、フリー層としてのＮｉＦｅ膜を作成するため、Ｎｉ
Ｆｅターゲット２１を使用して同様にスパッタリングを
行う。この際、回転機構３３も動作させるとともに容易
軸付与用磁界発生装置７を通電して基板８の表面に沿っ
た一方向性の直流磁界を印加する。このため、Ｔａ膜の
上に作成されるＮｉＦｅ膜は、磁化容易軸が付与された
ものとなる。作成されるＮｉＦｅ膜の厚さは、５ｎｍ程
度である。

【００３２】次に、ＮｉＦｅ膜の上に、フリー層として
のＣｏ又はＣｏＦｅ膜を作成するため、Ｃｏターゲット
２１又はＣｏＦｅターゲット２１を使用して同様にスパ
ッタリングを行う。この場合も、ＮｉＦｅ膜の成膜の場
合と同じ向きの磁界を容易軸付与用磁界発生装置７によ
り印加しながら成膜を行い、作成されるＣｏ又はＣｏＦ
ｅ膜に同じ向きの磁化容易軸を付与する。作成されるＣ
ｏ又はＣｏＦｅ膜の厚さは、１ｎｍ程度である。

【００３３】次に、ＮｉＦｅ膜の上に、非磁性層として
のＣｕ膜を作成するため、Ｃｕターゲット２１を使用し
て同様に成膜を行う。この場合は、容易軸付与用磁界発
生装置７は通電せず、従って基板８の表面に沿った磁界
は印加されない。作成されるＣｕ膜の厚さは、２．５ｎ
ｍ程度である。

【００３４】次に、Ｃｕ膜の上に、ピン層としてのＣｏ
又はＣｏＦｅ膜を作成するため、再びＣｏターゲット２
１又はＣｏＦｅターゲット２１を使用してスパッタリン
グを行う。この際、前掲の特開平１１−２６２３０号公
報に開示されているように、容易軸付与用磁界発生装置
７が印加する磁界が、基板８の表面に沿った方向であっ
てそれまでとは９０度異なる向きとなるよう通電する。
この状態で、回転機構３３を動作させて成膜を行う。こ
の結果、フリー層の形成の際とは９０度異なる向きの磁
界が印加された状態でピン層の形成が行われる。このた
め、ピン層の磁化容易軸は、フリー層とは９０度異なる
ものとなる。作成されるＣｏ又はＣｏＦｅ膜の厚さは、
３ｎｍ程度である。

【００３５】次に、Ｃｏ又はＣｏＦｅ膜の上に、バイア
ス層用の反強磁性膜としてＦｅＭｎ膜を作成するため、
ＦｅＭｎターゲット２１を使用して同様にスパッタリン
グを行う。作成されるＦｅＭｎ膜の厚さは、１０ｎｍ程
度である。最後に、全体を保護するキャップ層として再
びＴａ膜を作成するため、Ｔａターゲット２１を使用し
て同様にスパッタリングを行う。作成されるＴａ膜の厚
さは、３ｎｍ程度である。

【００３６】上記動作において、ベースプレッシャー即
ち成膜開始前のスパッタチャンバー１内の圧力は、より
低いことが好ましい。つまり、成膜開始前にスパッタチ
ャンバー１内をより低い圧力にすることで、膜中への不
純物の混入をより少なくでき、ＭＲ比をより大きくでき
る。

【００３７】上述した構成及び動作の説明から解るよう
に、本実施形態の構成によれば、容易軸付与用磁界発生
装置７がスパッタチャンバー１の外に配置されている。
この構成は、以下のような技術的意義を有する。一般
に、スパッタチャンバー１のような真空チャンバー内で
は、内部に存在する部材からのガスの放出が避けれられ
ない。本実施形態の構成では、ターゲット、シャッタ
ー、シールド等の部材からのガス放出がある。このよう
に放出されたガスが磁性膜中に混入すると、ＭＲ比が小
さくなってしまう。従って、このようなガスが充分排気
されるよう、ベースプレッシャーを充分低くして処理を
成膜を行うことが重要である。

【００３８】特に、容易軸付与用磁界発生装置７がスパ
ッタチャンバー１内に設けられると、そこからのガス放
出が大きく、排気をさらに充分に行わなければならな
い。また、容易軸付与用磁界発生装置７が電磁石から構
成される場合、配線や絶縁材等からのガス放出がより問
題となる。また、容易軸付与用磁界発生装置７の温度上
昇を抑えるため、被覆材で覆ったり、水冷用配管を設け
て冷却したりする場合、そこからのガス放出が問題とな
る。そして、これらの部材を内部に設ける結果、スパッ
タチャンバー１が大型化し、スパッタチャンバー１の容
積や表面積が大きくなる結果、排気に要する能力をさら
に高くしなければならない。

【００３９】一方、本実施形態のように、容易軸付与用
磁界発生装置７がスパッタチャンバー１の外に配置され
ているので、容易軸付与用磁界発生装置７は、プラズマ
からの熱により温度上昇して水や酸素等の不純ガスを放
出することはない。また、容易軸付与用磁界発生装置７
から不純ガスが放出されたとしても、スパッタチャンバ
ー１外であるので、磁性膜に混入することはあり得な
い。従って、スパッタチャンバー１内を排気する排気系
１１に高い排気能力が要求されることもなく、処理開始
前の排気に要する時間も短くて済む。そして、作成され
る磁性膜は、不純物の混入が極めて少ないものになる。
このため、このような磁性膜により得られたＧＭＲヘッ
ドは、ＭＲ比の大きな優れたものとなる。また、容易軸
付与用磁界発生装置７を被覆材や容器で覆ったり冷却し
たりする必要がないため、装置が大がかりになる問題も
ない。

【００４０】また、成膜中に基板８が回転する構成は、
膜厚や膜質の点でより均一な成膜が行える技術的意義が
ある。さらに、スパッタチャンバー１の下壁が円筒形凸
部１２を有し、この内部に基板８がホルダー３により保
持されるとともに、円筒形凸部１２を取り囲むように容
易軸付与用磁界発生装置７が設けられる構成は、容易軸
付与用磁界発生装置７が大がかりになる欠点が無いとと
もに基板８の表面付近における磁界強度を充分にする長
所がある。

【００４１】即ち、図１に示す構成において、スパッタ
チャンバー１の側壁を取り囲むように容易軸付与用磁界
発生装置７を設けると、容易軸付与用磁界発生装置７は
径の大きなものとならざるを得ない。この結果、容易軸
付与用磁界発生装置７は大がかりとなってしまう欠点が
ある他、容易軸付与用磁界発生装置７から基板８までの
距離が長くなってしまうため、基板８の表面付近におけ
る磁束密度が低下し、磁化容易軸を付与するための充分
な磁界強度が得られなくなってしまう問題がある。一
方、円筒形凸部１２のようにスパッタチャンバー１のう
ち断面積を絞った部分を取り囲むように容易軸付与用磁
界発生装置７を設けると、このような問題はない。

【００４２】上記説明はＧＭＲヘッドの製造についてで
あったが、ＴＭＲヘッドの製造についても同様に実施で
きる。ＴＭＲヘッドの場合、ピン層とフリー層との間に
設けるＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁層についても、同様にスパッ
タリングを利用して成膜が行える。即ち、例えばＡｌタ
ーゲットに直流電源を接続して行うＤＣスパッタリング
Ａｌ膜を作成し、その後、水、酸素、オゾン等の酸化剤
による酸化処理あるいは酸素プラズマに晒すことによる
酸化処理によりＡｌ_２Ｏ_３膜とすることで絶縁層の形成
が行える。Ａｌ膜の作成は、トリメチルアルミニウム
（Ｔｒｉ−ｍｅｔｈｙｌＡｌ，ＴＥＡ）等の反応ガス
によるプラズマＣＶＤ（化学蒸着）の方法でも良い。ま
た、絶縁層の厚さは、充分なトンネル電流を得るため、
１ｎｍ程度と薄いことが望ましい。

【００４３】また、磁性膜作成装置の実施形態として
は、前述したＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッドの製造用の
他、磁化容易軸を付与することが必要な各種の磁性膜の
作成用の装置を実施形態とすることができる。上記実施
形態では、スパッタリングにより成膜を行うものであっ
たため、成膜チャンバーはスパッタチャンバー１であっ
たが、スパッタリング以外で成膜を行うことも可能であ
る。例えば、真空蒸着やイオンビーム蒸着等の方法によ
り成膜を行うことが可能である。また、スパッタリング
の場合にも、マグネトロンスパッタリングの他、イオン
ビームスパッタリングや電子ビームスパッタリング等も
可能である。

【００４４】また、上述した実施形態では、容易軸付与
用磁界発生装置７は電磁石であったが、永久磁石でこれ
を構成することも可能である。この場合には、ベース板
３２でホルダー３と容易軸付与用磁界発生装置７とを一
体に保持して回転させるのではなく、それぞれに回転機
構を設けて同期を取りながら回転させるようにする。そ
して、位置関係を９０度変える場合には、一方の回転機
構のみを動作させてホルダー３又は容易軸付与用磁界発
生装置７を９０度回転させる。その後、両者を同期して
回転させるようにする。また、一つの回転機構３３のみ
を使用する場合、回転機構３３に対するホルダー３又は
容易軸付与用磁界発生装置７への連結を着脱できるよう
ジョイントを設ける。そして、位置関係を変える場合、
ジョイントを操作してホルダー３又は容易軸付与用磁界
発生装置７の連結を解除し、一方のみを９０度回転させ
るようにする。

【００４５】尚、上記説明では、成膜の対象物として基
板８が採り上げられたが、これに限らず、板状以外のも
のを対象物とする場合もある。また、本願発明の装置及
び方法は、上述したような磁気ヘッドの製造の他、ハー
ドディスクのような磁気記録媒体の製造にも用いること
ができる。さらに、ＴＭＲ素子を使用した不揮発性メモ
リであるＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)の
ような記憶素子を製造する場合にも、本願発明の装置及
び方法を用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、容易軸付与用磁界発生装置が、成膜チ
ャンバーの外に設けられているので、不純物の混入を低
減させつつ磁化容易軸が付与された磁性膜が作成でき
る。また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加
え、成膜中に対象物が回転するので、膜厚や膜質の点で
均一な磁性膜が作成できる。また、請求項３記載の発明
によれば、上記効果に加え、容易軸付与用磁界発生装置
が大がかりになる欠点が無いとともに対象物の表面付近
における磁界強度を充分にする長所がある。また、請求
項４記載の発明によれば、上記効果に加え、ＭＲ比のさ
らに大きなＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッドを製造するこ
とができる。また、請求項５記載の発明によれば、ピン
層又はフリー層の比抵抗がより小さくなるので、ＭＲ比
のより大きなＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッドを製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の形態である磁性膜作成装置の
正面断面概略図である。

【図２】図１に示す装置を上から見た平面概略図であ
る。

【図３】図１の装置におけるターゲット２１の位置、姿
勢、大きさなどについての最適値について説明する図で
ある。

【図４】ＧＭＲヘッドの構成を示す斜視概略図である。

【図５】ＧＭＲ素子９３の構造について示した断面概略
図である。

【図６】ＧＭＲヘッドとＴＭＲヘッドの概略構造を対比
させて示した図である。

【図７】比抵抗ρの小さな膜を作成するには、膜への不
純物の混入を少なくすることが重要であることを確認し
た実験の結果を示す図である。

【図８】ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドにおける磁化容易
軸について説明する図である。

【符号の説明】

１スパッタチャンバー２カソード２１ターゲット２２カソードマグネット３ホルダー３３回転機構４ガス導入系５ゲートバルブ６ロードロックチャンバー７容易軸付与用磁界発生装置８基板９１下部シールド９２上部シールド９３ＧＭＲ素子９３１ピン層９３２フリー層９３３非磁性層

───────────────────────────────────────────────────── 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 43/08 Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｚ 43/12 43/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の表面に磁性膜を作成する磁性膜
作成装置であって、対象物の表面付近にその表面に沿っ
た特定の向きの磁界を印加してその特定の向きにのみ磁
化され易い性質を磁性膜に付与する容易軸付与用磁界発
生装置が、成膜チャンバーの外に設けられていることを
特徴とする磁性膜作成装置。
【請求項２】成膜中に前記対象物を回転させる回転機
構が設けられており、この回転機構は、前記容易軸付与
用磁界発生装置と前記対象物とを一体に回転させるもの
であることを特徴とする請求項１記載の磁性膜作成装
置。
【請求項３】前記成膜チャンバーの器壁は、他の部分
に比べて断面の小さな円筒形の凸部を有してこの凸部内
の空間に前記対象物が保持されるようになっており、前
記容易軸付与用磁界発生装置は、この凸部を取り囲むよ
う設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載
の磁性膜作成装置。
【請求項４】前記対象物は、ＧＭＲヘッド又はＴＭＲ
ヘッドの製造用であることを特徴とする請求項１、２又
は３記載の磁性膜作成装置。
【請求項５】磁化される向きがフリーであるフリー層
を構成する磁性膜と、磁化される向きが固定されるピン
層を構成する磁性膜と、フリー層とピン層との間に設け
られた非磁性層又は絶縁層とからなるＧＭＲヘッド又は
ＴＭＲヘッドを製造する方法であって、前記フリーを構成する磁性膜又は前記ピン層を構成する
磁性膜を対象物の表面に作成する際、成膜チャンバー内
に対象物を配置するとともに、対象物の表面付近にその
表面に沿った特定の向きの磁界を印加してその特定の向
きにのみ磁化され易い性質を磁性膜に付与する容易軸付
与用磁界発生装置を成膜チャンバーの外に配置して成膜
を行うことを特徴とするＧＭＲヘッド又はＴＭＲヘッド
の製造方法。