JP2003171765A

JP2003171765A - 成膜装置

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Publication number: JP2003171765A
Application number: JP2001373748A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Kuriyama; 義彦栗山; Makoto Ushijima; 誠牛嶋
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP4062587B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜装置に高磁場印加手段を併設することに
よって、磁性薄膜の成膜後に同じ容器内で磁場中で熱処
理を可能とすること。【解決手段】２種類以上の磁化方向を有する複数の永
久磁石を所要の位置と方向に着磁し、リング状磁気回路
を構成したものを同心円状に２つ配置し、磁場調整可能
な平行磁界を発生する磁場印加手段を構成する。この磁
場印加手段は中央空洞部に被処理基板を囲むリング状で
あると共に、反応容器内に設置される。また、容器の外
に同様の磁場印加手段を配置し中央空洞部に発生させる
平行磁界を調節するように出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＰＶＤ法あるいはＣ
ＶＤ法等気相成長を用いた成膜装置に係わり、特に基板
に高磁界を印加しながら熱処理あるいは成膜が可能であ
る成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に薄膜を推積する場合、Ｐ
ＶＤ装置、ＣＶＤ装置あるいはめっき装置などの成膜装
置が使用される。ＰＶＤ装置は真空蒸着装置、スパッタ
リング装置、イオンプレーティング装置に分けられる
が、蒸着とイオンプレーティングは現在ではＶＬＳＩ工
程では殆ど用いられず、スパッタリング装置が主流とな
っている。また、スパッタリング装置ではＤＣスパッ
タ、ＲＦスパッタおよびバイアススパッタなどの各種の
方式が実用化されている。

【０００３】一方、ＣＶＤ装置はエピタキシャル成長に
のみ用いられるエピタキシャル成長装置を始めとして、
常圧ＣＶＤ装置、減圧ＣＶＤ装置およびプラズマＣＶＤ
装置に区分される。また、最近登場してきた装置として
ＥＣＲ、ＩＣＰなどの高密度プラズマ源を用いた高密度
プラズマＣＶＤ装置と呼ばれる方式がある。減圧ＣＶＤ
装置は大気圧以下の圧力（通常０．１〜１０Tollの範
囲）下での反応を用いるもので、コールドウォール方式
とホットウォール方式とに分けられる。プラズマＣＶＤ
装置においてもこの両方式があったが、現在ではコール
ドウォール方式のみとなった。ホットウォール方式とは
反応容器の壁温度がウエハー温度とほぼ等しく、系全体
が熱的平衡状態にある場合で、実際にはファーネス中に
反応チューブを入れ、その中で処理される。

【０００４】以上述べた成膜装置のうち、スパッタリン
グ装置の従来例を図１３に示す。反応容器５は排気管２
９を通して図示しない真空ポンプで真空に排気される。
また、反応容器５内では基板１１を保持する基板ホルダ
１３とターゲット１７を保持する高周波電極１５とが、
相対向するように配置される。この反応容器５内には、
ガス導入管２１を経由してガスが導入される。このガス
は、通常はアルゴンガス等の不活性ガスである。また、
反応容器５および基板ホルダ１３は電気的に接地され
る。高周波電極１５には、高周波電源１９から整合回路
１８を経由して、例えば１３．５６MHzの高周波電力が
供給される。

【０００５】成膜工程においては、上記ガスの導入およ
び高周波電力の供給によって、高周波電極１５と基板ホ
ルダ１３との間で高周波放電が生じる。この高周波放電
状態に達すると、ガスが電離されてプラズマ２３が生成
される。このプラズマ２３中のイオンがターゲット１７
をスパッタし、ターゲット１７から飛び出したスパッタ
粒子が基板１１に入射堆積して、基板上に薄膜が形成さ
れる。

【０００６】スパッタリング装置等の成膜装置によって
得られた薄膜は、膜の安定化あるいは膜特性の改善を目
的に、磁場中処理または磁場中加熱処理等が後工程とし
て行われる場合がある。例えば、ハードディスク装置の
再生ヘッドとしてスピンバルブ磁気抵抗効果を用いた薄
膜磁気ヘッドが、従来の磁気抵抗効果型ヘッドに急速に
置換わっている。この薄膜磁気ヘッドは、飽和磁界を小
さくして磁界感度を高めるために、基板上に非磁性層を
挟んで１対の磁性層を積層したサンドイッチ構造のスピ
ンバルブ膜からなる磁気抵抗（ＭＲ）センサである。ス
ピンバルブ膜の断面の典型例を図１４に示す。

【０００７】スピンバルブ膜５０は、一方の磁性層５６
（ピン磁性層）の磁化が、それに隣接する反強磁性層５
７との交換結合磁界により素子高さ方向に固定されるの
に対し、他方のＮｉＦｅ膜５３とＣｏ膜５４からなるフ
リー磁性層５９の磁化は、一般に永久磁石の磁界を利用
したハードバイアス法により、素子のトラック幅方向に
単磁区化され、外部磁界により自由に回転する。このよ
うに多層化されたスピンバルブ膜５０では、反強磁性層
５７による一方向異方性磁場が大きいほど、磁性層５６
を良好に単磁区化することができ、またその磁化が十分
に固定されるほど、外部磁場に対する磁気応答の線形性
が確保され、磁気センサの磁気特性が向上する。特開２
０００−２５１２２５号公報には、０．１〜０．３Ｔの
磁界を印加しながら２５０〜３００℃の真空雰囲気中
で、１０時間程度の熱処理方法が開示されている。

【０００８】上記の熱処理工程では、例えば図１５に示
す熱処理炉が用いられる。図１５は熱処理炉の縦断面図
である。真空容器６１の周りにヒータ６７およびコイル
６３が配置され、熱処理台６２に搭載された基板６４に
は磁界と熱が加えられる。この他に、真空ポンプ、熱処
理台６２の上下移動機構等が必要であるが、図１５では
それらを省略し主要部のみを示した。この熱処理炉が発
生できる磁界は高々０．３Ｔであり、これ以上の高磁界
を印加する場合はコイル６３を強制冷却して、炉自体の
温度上昇を回避する手段がとられる。このため、高磁界
の印加可能な熱処理炉は大型で複雑な構造となる。

【０００９】一方、プラズマＣＶＤ法は、原料ガスを直
流または高周波、あるいはマイクロ波によるグロー放電
によって分解し、ガラス、石英、耐熱合金樹脂フィル
ム、ステンレス、アルミニウムなどの基板に堆積膜を形
成することが可能である。ＣＶＤ装置を使用した場合の
成膜は、スパッタリング装置の場合と同様次のような手
順で行われる。反応容器を真空排気手段によって排気し
て高真空にし、その後、ガス供給手段によってシラン等
の原料ガスを反応容器内に導入して成膜工程に入る。反
応容器内は数十mTollから数Tollの圧力に維持される。
高周波電源より高周波電力をカソード電極から供給し
て、カソード電極と被成膜基体との間にプラズマを発生
させる。これにより、原料ガスがプラズマによる分解を
受け、被成膜基体上に堆積膜が形成される。成膜後に図
１５の熱処理炉を用いた後工程が挿入される場合があ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜の後処理と
しての熱処理方法、特に磁性膜の磁場中熱処理工程で
は、上述したように成膜装置によって基板に薄膜を成膜
した後、一旦反応容器の真空を破って反応容器内から成
膜基板を取り出し、専用の熱処理炉に再度投入する基板
処理方法であった。即ち、成膜工程と磁場中熱処理工程
には全く別の装置が使用され、連続な工程となっていな
かった。このように、成膜装置と熱処理炉が一体にでき
ない理由は、次の如くである。

【００１１】まず、従来技術によって成膜装置と磁場中
熱処理装置を一体化すると、装置の大型化を招くばかり
か、実用的な装置が得られない。一般に、均一な平行磁
界の発生方法として、ロゴスキーコイルを用いる方法が
知られている。このコイルは一対の空心コイルを対向配
置する単純な構成であるが、得られる均一な平行磁界は
０．０１〜０．０５Ｔ程度の低磁界であるばかりか、平
行磁界は限られた狭い範囲である。また、少なくとも
０．３Ｔ程度の磁界を得るには、数百アンペア程度の大
電流を流すことができるコイルと電源装置を備えなけれ
ばならない。

【００１２】さらに、コイルの発熱の問題がある。通
常、熱処理工程は数時間から十時間を越える長時間に亘
ることがしばしばある。このため、大きな電力消費を伴
うばかりか、コイルが過度に温度上昇し、強力な冷却手
段が必要である。したがって、０．１Ｔを超える均一磁
場をロゴスキーコイルによって得ることは非現実的な手
法であり、超伝導コイルを用いる方がより現実的と考え
られる。しかし、超伝導コイルの場合には、複雑で多数
の付加設備が必要となり、装置の製造コストが高くなる
上、運転コストも割高とならざるを得ない。

【００１３】反応容器外でなく内部にロゴスキーコイル
等の電磁石コイルを配置する方法が考えられるが、有機
材あるいは無機材で絶縁したコイルをチャンバ内に入れ
ることになり、反応容器内の清浄度を維持することは実
際上不可能に近い。例え真空容器内の清浄度を確保でき
たとしても、高磁場を発生するために電磁石コイルに大
電流を流す必要がある。この電流によって大量の熱が発
生し、電磁石が焼損しないように反応容器外に熱を持ち
出さなければならない。しかし、反応容器内は真空か真
空に近い状態に保持されるため、大量の熱を効率よく容
器外へ運び出すことは、技術的に非常に困難な問題であ
る。

【００１４】また、電磁石による漏洩磁界の問題も無視
することはできない。空心コイルだけを用いて発生する
磁界は、磁性体で磁気回路を形成してギャップ間に磁界
を得る場合と比べると、格段に漏洩磁界が大きく、且つ
広い範囲に分布する。漏洩磁界の絶対値は必要とする磁
界と同程度か数分の一程度であるため、漏洩磁界による
予期せぬ副作用を招く恐れがある。このため、大掛かり
な磁気シールドを設けることにもなる。複数の永久磁石
をリング状に構成した磁気回路をターゲットの周辺に配
したスパッタリング装置が特開平１０−１４９９１５号
公報に記載されているが、このスパッタリング装置にし
ても広範囲に均一なプラズマを得るために所定の方向に
磁場勾配を付与するもので漏洩磁界としては大きいもの
であった。ここでは０．１Ｔ以下の低磁界を付与するも
のであるが不必要に広い範囲に亘って平行磁界を印加す
ることになり、成膜装置の大型化を招くばかりか、漏洩
磁束を助長する恐れがある。さらに、上記特開平１０−
１４９９１５号は成膜工程のみを目的としたものであっ
たが、特開平４−３２９４９９１号公報、特開平５−２
９１０２６号公報、特開平６−２２４０２７号公報、特
開平９−９０００９号公報等には平行磁界発生装置が開
示されている。しかし、いずれの公報にも成膜装置への
使用可能性を教示する記載は見当たらない。

【００１５】以上述べた理由から、従来の成膜と磁場中
熱処理は個別の装置を用いて別工程で処理されてきた。
本発明の目的は、成膜装置と磁場中熱処理炉を一体化し
て、連続的な処理が行える成膜装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、励磁電流が不
要となる永久磁石を用いた磁場印加手段を、成膜装置の
反応容器内に導入する場合、起り得る問題に対処できる
実用的な方法を見出し、本発明を想到した。以下、請求
項ごとに発明の趣旨を説明することにする。本発明は、
反応容器内に基板を保持し、当該基板上に磁性薄膜を形
成する成膜装置において、前記基板上の磁性薄膜に２Ｔ
以下の磁界を薄膜の厚みと垂直な面内方向に平行磁界を
印加しながら熱処理が行える磁場印加手段を前記反応容
器内で、かつ前記基板の外側に設けたことを特徴とする
成膜装置である。本発明は、成膜後直ちに磁場中処理を
可能とするもので、成膜と熱処理が連続して実施でき製
造工程の合理化に有用な装置である。特に異物の付着を
きらう半導体製造装置においては、成膜された基板の搬
送工程が省略できるため、搬送中に基板上に異物が付着
することを無くすことができ、半導体ウェハの歩留まり
を向上できる。成膜装置としては、物理的気相成長（Ｐ
ＶＤ）法あるいは化学的気相成長（ＣＶＤ）法等の反応
容器を備えたものを、上記では想定している。しかしな
がら、真空雰囲気中で成膜しないめっき装置等にも本発
明の考えは適用することができる。例えば、薄膜磁気ヘ
ッドの磁気ヘッドに使われる百μｍ以上の比較的厚い磁
性膜は、めっき方法で製造され、磁場中の成膜工程で磁
気特性の良好な膜が得られている。成膜中あるいは後の
処理工程に磁場中処理が、これから増えてくることが予
想され、本装置はこのようなニーズに対応できるもので
ある。よって、本発明の成膜装置にはめっき等による磁
性膜の形成も含むものである。

【００１７】さて本発明は、成膜装置に熱処理装置と磁
場発生装置を内蔵したことを基本的な特徴としており、
反応容器内の基板周辺にヒータ等の加熱装置を配置し、
さらに基板の外側に磁場印加手段を配置している。ここ
で平行で均一な高磁界が基板に集中して印加されるよう
にリング状磁気回路の軸方向長さの略中央に基板を配置
することが望ましい。高磁界とは２Ｔ以下の磁界を指し
ており、このような高磁界を発生する磁場印加手段とし
て、隣接する磁石が互いに異なる磁化方向を有する永久
磁石を２種類以上組み合わせてリング状に構成したリン
グ状磁気回路を用いた。単一の磁化方向を有する永久磁
石を使用するだけでは、反応容器内の限られた領域に平
行磁界を発生させることは不可能である。このため、異
なる磁化方向を有する複数の永久磁石を２種類以上用
い、配置位置とそれに伴う磁化方向を規定することによ
って、基板に平行な磁界を得るようにしたものである。
これによりリング状磁気回路の中央空洞部に配置した基
板の薄膜の厚みと垂直な面内方向に平行な高磁界が発生
し、２Ｔ以下の高磁場中での熱処理を可能とした。

【００１８】本発明では、薄膜が形成される基板周辺に
ヒータを配置し、前記基板を１０００℃以下の温度まで
加熱できるようにすると共に、前記リング状磁気回路の
温度が２００℃以下となるように前記リング状磁気回路
の周囲に冷却装置及び／又は冷却部材を設けた磁場印加
手段であることが望ましい。成膜装置と磁場中熱処理装
置を一体化したことで、基板には１０００℃程度の熱が
加えられるのでリング状磁気回路にも基板と同等の温度
がかけられることになる。上記の磁場印加手段自体は発
熱しないが、加熱処理過程でヒータなどによって前記リ
ング状磁気回路に使用している永久磁石は２００℃以上
に加熱される場合があり、永久磁石の熱的な性能劣化を
避けるために、冷却手段かあるいは放熱手段を設けるこ
とが望ましい。具体的には冷媒を循環させる強制冷却方
法と反応容器との熱抵抗を低くして、限度以上に温度が
上昇しないようにする。また、０℃における熱伝導率が
1００Ｗ／ｍ／Ｋ以上を有する材料を使用し、反応容器
に熱を逃がすコールドウォール方式を採ること等が有効
な手段となる。当然ながら、組み込む永久磁石は温度安
定化処理が必要である。

【００１９】また、成膜時においては、熱処理時に使用
するリング状磁気回路の磁場の影響をなくし、成膜性能
を損なわないように成膜時には基板上は磁界をゼロにす
る必要がある。そこで前記リング状磁気回路を同心円状
に２つ配置し、さらに２つの同心円状に配置されたリン
グ状磁気回路を相対的に各々を回転させることにより、
基板に印加される磁界をゼロにする等の調整を可能とす
ることが望ましい。電磁石コイルを使用する場合と違っ
て、永久磁石では任意の値の磁界を得ることが困難であ
るが、このように複数の磁場印加手段を使用することに
よってそれぞれの発生する磁界のベクトル合成から、任
意の磁界を得ることができる。一例として、ほぼ同じ能
力を有する磁場印加手段を内外２個使用すれば、単一の
場合の磁界を中心に適当な値の磁界を合成できる。

【００２０】また、本発明は、前記リング状磁気回路の
配置位置に関し、上記した磁場印加手段と同一構造の磁
場印加手段を反応容器外に設け、反応容器内の前記磁場
印加手段が発生する磁界を増加または減少できる位置に
配設したことを特徴とする成膜装置である。この構成に
より反応容器外から任意に且つ容易に印加磁場を選択調
整できるものである。これら磁場印加手段の複数個の組
合せにより、さらに成膜装置を効率的にあるいは多機能
的に展開することが可能である。この磁場印加手段の具
体例としては、隣接する磁石が互いに異なる磁化方向と
なした永久磁石を複数個組み合わせてリング状に構成し
た内リング磁気回路と、この内リング磁気回路の外側で
あって、前記反応容器外に備えられ、隣接する磁石が互
いに異なる磁化方向となした永久磁石を複数個組み合わ
せてリング状に構成した外リング磁気回路とから構成
し、例えば外リング磁気回路を回転させて磁界強度を調
節するようにした成膜装置である。この構成により内側
リング磁気回路を固定し、外側リング磁気回路を回転す
ることで基板に平行な磁界の強度を調節することが出来
る。

【００２１】これらの外リング磁気回路の軸方向長さ
を、前記内リング磁気回路の軸方向長さより短くするこ
とが漏洩磁束を低減する上で望ましい。また、さらに、
前記リング状磁気回路、内リング磁気回路、外リング磁
気回路の全てあるいは１つでもこれらの軸方向長さを、
半径方向外側に向かって短くしていった構造がさらに軸
方向の漏洩磁場を低減できる。これらについては後述す
るが、結果的にリング状磁気回路の漏洩磁束を小さくす
ることができ、リング状磁気回路の小型化、軽量化が可
能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明による一実施例を図１、図２に示
す。図１は成膜装置の概略を示し、図２は図１における
リング状磁気回路部分のみの概略の上面図である。ただ
し、図１に対しては磁界方向が９０度ずれている。図に
示す磁場印加手段１０は、反応容器２０の内部で基板１
１と加熱手段６７の外側にあり、互いに磁化方向の異な
る１２個の永久磁石９を図中の矢印の向きに着磁しリン
グ状に配列したリング状磁気回路で構成している。この
ように着磁されたリング状磁気回路は、冷却水や冷媒が
循環する冷却管７１内に支持部材７２を介して設置さ
れ、軸方向長さ（高さ）の略中央に基板が位置するよう
になし、均一な平行磁界Ｈ_Ｘを発生している。リング状
磁気回路は磁場設計からその高さはターゲット１７まで
覆うこともあり得るが、中央空洞部１２の内部に保持さ
れる基板１１の薄膜の厚みと垂直な面内方向に均一で２
Ｔ以下の平行磁界Ｈ_Ｘが印加されるように構成する。ま
た、基板１１の背面には加熱用ヒータ６７が設置されて
おり、これにより基板温度は約１０００℃まで加熱す
る。また、基板上には温度管理を行うための熱電対を設
置しているが本図では省略している。その他、図１３と
共通な構成については省略している。

【００２３】ここでリング状磁気回路を構成する永久磁
石９は磁気特性上２００℃以下に保持することが必要で
ある。この冷却方法は冷却管の中に水を流して行う水冷
式が最も簡単であるが、本例では冷媒を用いた冷却方式
の構成例を示している。冷媒としては冷却水や液化窒素
等が望ましく、これを用いて冷却管７１の下方から注入
し、冷却管７１上方より反応容器２０の外部へ排出され
る（図１の矢印で示す）。排出された冷媒は循環ポンプ
７３を通過し、クーラなどの熱交換ユニット７６に送り
込まれ、冷やされた冷媒は再び冷却管７１に戻る。この
ときリザーブタンク７５から補給も可能としている。永
久磁石９の温度を２００℃以下にするための方法は、直
接永久磁石に熱電対を設置し永久磁石の温度と冷媒が熱
交換ユニットに入る前の温度を計測しながら、循環ポン
プ７３の流量を調整する方法により調節を行った。

【００２４】また、図２のリング状磁気回路１０は、内
部空洞部１２に１Ｔ以上の平行磁界Ｈ_Ｘを発生すること
が可能となっている。永久磁石はネオジム鉄ボロン(Nd-
Fe-B)系希土類磁石を使用したが、大きさ、重量等に制
限がなければ、その他の材質の磁石、例えばフェライト
磁石や、サマリウムコバルト(Sm-Co)系希土類磁石、Al-
Ni-Co組成のアルニコ磁石、Nd-Fe-B系やSm-Fe-N系ボン
ド磁石等を使用してもよい。本実施例における永久磁石
の磁気特性は、残留磁束密度Ｂｒ＝１．３３[T]、保磁
力ｉＨｃ＝１６７１kA/mであった。内側に配置した内リ
ング磁気回路を構成する永久磁石の内径Ｄ１_ｉはφ２２
０mm、外径Ｄ１_Ｏはφ４５０ｍｍ、高さＨ１は４００mm
とした。また、このリング状磁気回路を構成する永久磁
石は、その磁化方向が図示のように各々６０°づつずれ
ている３種類の永久磁石を左右、上下対称に配置し、合
計１２極の永久磁石で構成している。また、形状は永久
磁石の製造を簡素化するため台形形状としたが、扇状断
面を有する形状で構成しても特性上問題ない。これによ
って磁気回路中心における最大発生磁場は０．７５Ｔで
あった。さらに、後述する図５の実施例のように反応容
器の外側にも別の外リング磁気回路を配置する場合、こ
の外リング磁気回路の永久磁石の内径Ｄ２_ｉはφ４８５
mm、外径Ｄ２_Ｏはφ１３００ｍｍ、高さＨ２は４００mm
で、磁気回路中心における最大発生磁場は０．７５Ｔで
ある。したがって、これらの２つの内外リング磁気回路
を同心状に配置したときに得られる磁気回路中心におけ
る発生磁場は、内リング磁気回路が発生する磁場の方向
と外リング磁気回路の発生する磁場の方向が同じになる
ように設置した場合に１．５Ｔ、同様に内リング磁気回
路が発生する磁場の方向と外リング磁気回路の発生する
磁場の方向が１８０°ずれている場合に０Ｔとすること
ができた。

【００２５】図３は磁場印加手段の他の実施例である。
図３（ａ）および（ｂ）は永久磁石だけで構成する場合
で、（ｂ）は８個の台形状の永久磁石を使用する例であ
り、図１に示す構造に近い。同図（ａ）の場合は外観が
四角形柱となるもので、図のような三角断面を持つ永久
磁石を１２個使用している。さらに、（ｃ）および
（ｄ）は磁気ヨーク７および／または磁極片８を用いた
磁場印加手段１０の構成である。この方式では、永久磁
石９を少ない重量で、同等の磁界が得られる。

【００２６】磁場印加手段の温度上昇の抑制の例を図４
（ａ）に示す。この実施例では２個の磁場印加手段１０
−１および１０−２を備え、積層配置とした場合である
が、２個以上でも同様な手法を適用すれば結果は同じで
ある。まず、同図（ａ）において、カバー３２は冷媒を
通すパイプ３３を備えると共に、反応容器壁面３１に接
触している。この容器を０℃における熱伝導率が1００
Ｗ／ｍ／Ｋ以上を有する材料で構成すれば効果的に熱を
逃がすことが出来る。磁場印加手段１０は発熱体ではな
いが、加熱処理のためのヒータ６７から伝導あるいは輻
射作用によって加熱され、温度上昇する。温度上昇によ
って永久磁石は減磁し、キュリー点（例えば２００℃）
を超えると永久減磁してしまう。永久磁石の減磁は印加
磁界の低下につながり、磁場中処理の効果が著しく減じ
る恐れがある。上述の方法は永久磁石９の熱による性能
劣化、熱減磁に対して有効に作用する。

【００２７】また、図４（ｂ）に磁界の大きさの調整方
法を示す。この磁場印加手段を積層配置する場合、上下
の対称性を考えると、リング内の磁界は両者の発生する
磁界のベクトル和として得られることが分かる。したが
って、同方向に発生磁界を揃えて配置すれば、最大の磁
界が得られることは自明である。このようにして、リン
グ内即ち基板に印加できる磁界の大きさを調整すること
が可能となる。

【００２８】図５は、図１の実施例に対し反応容器２０
の外側にも外リング磁気回路４０を設けた実施例であ
る。この外リング磁気回路４０は容器内部の内リング磁
気回路１０と同様に磁化方向の異なる永久磁石９、４９
を図示のようにそれぞれ８個組み合わせて磁気回路を構
成した例である。後述するように８極は１２極よりも磁
力は落ちるが８〜１６極程度でリング状磁気回路を構成
すればよい。この成膜装置では、成膜工程と磁場を印加
しながらの熱処理工程が同じ容器内で行える点が特徴で
ある。その為には成膜時においては成膜性能を損なわな
いように熱処理時に使用する磁場印加手段の磁場の影響
をなくすことが必要である。即ち、成膜時には基板上は
磁界をゼロにする必要がある。そこで、この外リング磁
気回路４０を別途設けた回転機構により回転することに
よって容器内部の内リング磁気回路１０の中央空洞部１
２の基板上に発生する磁界の強度を調節することが可能
となる。図示の状態は内外リング磁気回路を合成した最
大の平行磁場Ｈｘを印加しているが、この状態から外リ
ング磁気回路４０のみを１８０度回転することにより磁
場を０となし調節できる。よって、外部より容易に磁界
操作が出来る点で有利である。

【００２９】図６は前記内外リング磁気回路１０、４０
の他の例を示している。（Ａ）は外リング磁気回路４０
ａの軸方向長さ（高さ）を内リング磁気回路１０ａのそ
れよりも短くした例である。また（Ｂ）は外側の軸方向
長さを内側よりも短くし、さらに内外のリング磁気回路
１０ｂ、４９ｂを半径方向外側に向かって軸方向長さ
（高さ）を徐々に短くしたものである。これらにより軸
方向の漏洩磁場をより低減することができる。よって、
磁気シール対策など磁気回路全体の構造を複雑にするこ
となく漏洩磁場を小さくすることができ、リング状磁気
回路の小型化、軽量化が可能となる。

【００３０】この点は本発明の一つの特徴でもあるので
さらに詳しく説明する。リング状磁気回路の軸方向の漏
洩磁場を小さくためにはリング状磁気回路の外径を小さ
くするか、もしくは成膜基板と磁気回路までの距離、ま
たは、漏洩磁場が問題となる地点、漏洩磁場規制地点ま
での距離を遠くすればよい。この方法としては、リング
状磁気回路の断面形状を外周に向かうに従い、その距離
を遠ざけるか、全体の長さを短くするか、直線的に短く
するかのいずれかである。図７（ａ）はリング状磁気回
路を半径方向で二分割し、外周側に設置されるリング状
磁気回路の軸方向設置位置を内リング磁気回路より基板
もしくは漏洩磁場規制領域より遠くなるようにＬ1だけ
離して配置した例であり、このとき内外リング磁気回路
の軸方向長さＬは同じである。図７（ｂ）は図７（ａ）
と同様外リング磁気回路をＬ1だけ離し、さらにこれの
軸方向長さＬ2を内リング磁気回路の軸方向長さＬより
短くした例である。ここで内リング磁気回路の軸方向長
さを1000mm、外リング磁気回路を600〜1000mmにしたと
きの、磁気回路中央空洞部の磁束密度と磁気回路端面よ
り１５０mm離れた地点（漏洩磁場観測点）での磁気回路
中心軸延長線上の磁束密度をシミュレーションした結果
を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】この結果より、磁気回路長さが共に同じ場
合の前記地点での漏洩磁場は０．１５Ｔであったが、外
リング磁気回路の長さが800mm以下では漏洩磁場は０．
１Ｔ以下、即ち３５％以下に低減が可能となる。また、
このときの磁気回路中心での磁束密度は外リング磁気回
路の長さが800mmのとき、1000mmの場合に対し、３％弱
しか小さくならず、漏洩磁場の低減に対し、外リング磁
気回路の長さの影響大であることがわかる。さらに漏洩
磁場を小さくしたい場所が、軸方向の一方向だけである
場合は、図７（ｃ）に示すように外リング磁気回路を片
側の端面に合わせ、距離Ｌ3分ずらして配置することに
よりその効果はより大きくなることが分かった。

【００３３】また、内リング磁気回路の内径が大きくな
るに従い、磁気回路を構成する磁極は一個の永久磁石で
は構成が困難となり、複数の永久磁石を組み合わせて構
成することになる。このとき１つのリング状磁気回路を
構成する１磁極の構成例を図８に示す。ここでは、半径
方向に３分割した形状としているが、２分割以上であれ
ばよく、外半径がRaとなる永久磁石の軸方向長さをLaと
し、内半径Ra、外半径Rbとなる永久磁石の軸方向長さを
Lbとし、内半径Rb、外半径Rcとなる永久磁石の軸方向長
さをLcとし、よって、各永久磁石の軸方向長さはLa＞Lb
＞Lcとなるように構成する。図９はまた別の例を示して
いる。この例は磁石を多分割することにより形状的には
２種類の第１の小磁石４１、第２の小磁石４２に分割し
たものを組み合わせて構成したものである。また、図の
分割数は１つの磁石に対して偶数分割しているが、例え
ば３分割し、両側に置いた磁石の間にもう１つの磁石を
挿入するような奇数分割を行えば磁力に助けられて組立
がし易い。尚、図の矢印は各小磁石の磁化方向を示す。
また、内リング磁気回路の内径が小さければ、構成する
永久磁石形状も小さくなるため分割して構成する必要は
なく、１個の永久磁石で構成が可能となる。このとき、
漏洩磁場を低減する効果を得るために、永久磁石の軸方
向断面を略台形とすると良い。この２つの例を図１０
（ａ）（ｂ）に示す。このような永久磁石の軸方向断面
を略台形とした構成を図８、図９に示すような分割構成
の磁極に対しても適用は可能である。

【００３４】実施例において、内リング磁気回路及び外
リング磁気回路に使用した永久磁石は、磁化方向が３種
類のものを適宜組み合わせたが、本発明では図１１に示
すように磁化方向が２種類の永久磁石を用いて磁気回路
を構成することも出来る。また、永久磁石の円周方向の
分割数は８分割以上であれば良いが、実施例１のように
１２分割、またそれよりも多分割の方がより望ましい。
図１２は内径：１２０ｍｍ、外径：２００ｍｍのリング
状磁気回路を用いて、横軸は磁気回路の軸方向長さ（ｍ
ｍ）で、縦軸のギャップ磁束密度のピーク値（中央空洞
部の発生磁場：Ｔ）を測定したものである。この結果よ
り分割数１２は分割数８よりも５％程度中心磁場が増加
することが分かった。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、成膜後に基板を搬送し
ないでそのまま磁場中にて熱処理が可能な成膜装置を提
供できる。この成膜装置によって、製造方法の合理化が
可能となり、基板への異物の付着を低減でき、薄膜形成
基板の歩留まりを向上させ、生産性を向上することがで
き、併せて良好な薄膜を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基本構造の概略断面図である。

【図２】図１のリング状磁気回路の上面図である。

【図３】各種磁場印加手段の他の例を示す外観図であ
る。

【図４】本発明による磁場印加手段の温度上昇抑制構造
と磁界調整方法である。

【図５】本発明による内外リング磁気回路を用いた例の
概略を示す上面図と断面図である。

【図６】内外リング磁気回路の他の実施例（Ａ）（Ｂ）
を示す一部断面図である。

【図７】内外リング磁気回路の軸方向長さの関係を示す
実施例の断面図である。

【図８】永久磁石を分割して構成する場合の一例を示す
図である。

【図９】永久磁石を分割して構成する場合の他の例を示
す図である。

【図１０】永久磁石の断面形状の例を示す図である。

【図１１】２種類の磁化方向の永久磁石を用いる場合の
例である。

【図１２】８分割と１２分割の比較を示す磁石の軸方向
長さと中央空洞部の発生磁場の測定結果である。

【図１３】従来のスパッタリング装置の概略断面構造図
である。

【図１４】スピンバルブ膜の一例を示す断面図である。

【図１５】従来の熱処理炉の一例を示す断面構造図であ
る。

【符号の説明】

５：反応容器、７：磁気ヨーク、８：磁極片、９：永久
磁石、１0：磁界発生手段、１１：基板、１３：基板ホ
ルダ（ヒータ内蔵）、１５：高周波電極、１７：ターゲ
ット、１８：整合回路、１９：高周波電源、２１：ガス
導入管、２３：プラズマ、２５：絶縁体、２７：ロゴス
キーコイル、２９：排気管、３１：反応容器壁面、３
２：カバー、３３：パイプ、５０：スピンバルブ膜、５
１：絶縁層、５２：下地層、５３：NiFe膜、５４：Co
膜、５５：非磁性導電層、５６：磁性層、５７：反強磁
性層、５８：保護層、６１：真空容器、６２：熱処理
台、６３：コイル、６４：基板、６５：冷却構造材、６
７：ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── 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 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12 // Ｇ１１Ｂ 5/39 Ｇ１１Ｂ 5/39 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC01 BC04 BC10 CA02 CA03 CA42 CA47 DA02 DA18 EB01 ED01 ED08 EE02 EE31 FC11 FC20 4K029 BC06 DA08 EA08 GA01 4K030 DA09 JA10 KA24 KA26 KA34 LA20 5D034 BA02 DA04 5E062 CD01 CD04 CF05 CG02 CG07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器内に基板を保持し、前記基板上
に磁性薄膜を形成する成膜装置において、前記基板上の
磁性薄膜に２Ｔ以下の磁界を薄膜の厚みと垂直な面内方
向に平行磁界を印加しながら熱処理が行える磁場印加手
段を前記反応容器内で、かつ前記基板の外側に設けたこ
とを特徴とする成膜装置。
【請求項２】請求項１において、前記磁場印加手段は
隣接する磁石が互いに異なる磁化方向を有する永久磁石
を２種類以上組み合わせてリング状に構成したリング状
磁気回路であることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】請求項１または２において、薄膜が形成
された基板周辺にヒータを配置し、前記基板を１０００
℃以下の温度まで加熱できると共に、前記リング状磁気
回路の温度が２００℃以下となるように前記リング磁気
回路周囲に冷却装置及び／又は冷却部材を設けたことを
特徴とする成膜装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
リング状磁気回路周囲全体を反応容器内に設置し、前記
容器内に冷却水や液化窒素などの冷媒を循環するように
構成したことを特徴とする成膜装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
リング状磁気回路周囲全体を反応容器内に設置し、前記
容器を０℃における熱伝導率が1００Ｗ／ｍ／Ｋ以上を
有する材料で構成したことを特徴とする成膜装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかにおいて、複数
のリング状磁気回路を同心円状に２つ配置し、２つの同
心円状に配置されたリング状磁気回路を相対的に回転さ
せることにより、基板に印加される磁界をゼロに調整で
きることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】請求項２〜６のいずれかにおいて、前記
磁場印加手段と同一構造の磁場印加手段を反応容器外に
も設け、反応容器内の前記磁場印加手段が発生する磁界
を増減できるように配設したことを特徴とする成膜装
置。
【請求項８】請求項７において、前記磁場印加手段は
隣接する磁石が互いに異なる磁化方向となした永久磁石
を複数個組み合わせてリング状に構成した内リング磁気
回路と、この内リング磁気回路の外側であって、前記反
応容器外に備えられ、隣接する磁石が互いに異なる磁化
方向となした永久磁石を複数個組み合わせてリング状に
構成した外リング磁気回路とからなることを特徴とする
成膜装置。
【請求項９】請求項６〜８のいずれかにおいて、前記
外リング磁気回路の軸方向長さを、前記内リング磁気回
路の軸方向長さより短くしたことを特徴とする成膜装
置。
【請求項１０】請求項２または請求項９において、前
記リング状磁気回路の軸方向長さを、半径方向外側に向
かって短くしたことを特徴とする成膜装置。