JP2824001B2

JP2824001B2 - 磁性膜形成装置

Info

Publication number: JP2824001B2
Application number: JP128593A
Authority: JP
Inventors: 宏男大川; 文臣上田; 靖石川; 啓治有松; 孝萩谷; 博右山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH06207270A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成膜装置に係わり、よ
り具体的には磁気方向を揃えた磁性膜を成膜するための
磁界発生手段を備えた磁性膜成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気方向の揃った磁性膜をスパッタ成膜
するには、磁界かけることにより成膜粒子の磁気方向を
揃えながら膜を形成する磁界中成膜方法が知られてい
る。従来より磁界中成膜を実現するため、基板を保持す
る基板ホルダに、永久磁石を取り付ける方式が行われて
いた。従来技術の成膜装置が記載されている例として、
「Journal of Vacuumm Science & Technology A (Compo
sition distribution andmagnetic characteristics of
sputterd Permalloy films with substrate angle )」s
econd series volume7,number3,part1,may/june 1989
等がある。

【０００３】図５を用いて、従来の磁界中成膜用のスパ
ッタ装置の構成を説明する。真空チャンバ５の中に、ス
パッタターゲット３と基板１を対向させて配置する。基
板１は、パレット９により保持される。パレット９上に
は、２本の永久磁石８が配置されている。スパッタター
ゲット３に接続されたＲＦ電源２よりスパッタターゲッ
ト３に電圧を印加してプラズマを発生させ、スパッタタ
ーゲット３からスパッタ粒子を飛散させる。スパッタタ
ーゲット３より飛散したスパッタ粒子は、基板１に衝突
し、ここに膜を形成する。この基板１付近部には、パレ
ット９上に固定された永久磁石８により磁界（矢印６）
が印加されている。この磁界により磁性膜を構成するス
パッタ粒子の磁気方向を揃えて、磁性膜を形成する事が
出来る。

【０００４】基板部の詳細を図６を用いて説明する。基
板１に磁界を印加するための２本の棒状の永久磁石８を
パレット９上に平行に配置する。この２本の永久磁石８
の間の空間の中心となる位置に基板１を固定する。この
とき基板１にはオリフラ１０を設けて基板１が回転しな
いようにする。基板１の付近には永久磁石８により矢印
６の磁界が常に印加されている。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
の成膜装置を用いて、磁界中成膜で得られた膜の磁化の
方向を調べたところ、基板の中央部の磁化の方向と端部
の磁化の方向とでは、微妙にずれが生じていた。

【０００６】本発明の目的は、基板上の全ての部分に方
向の揃った磁界をかけることのできる小型な磁性膜形成
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来の磁性
膜形成装置の永久磁石８により発生する磁力線を詳細に
調べたところ以下のようなことがわかった。

【０００８】基板１と同程度の長さの永久磁石８を使用
した場合の磁力線を図７に示す。磁石８の両端部の磁力
線は、外側に曲る性質を有するため、図７に示すよう
に、基板１の中心と磁石８の両端部に近い部分とでは、
磁力線の方向が異なり、小さなスキュ−角の磁界分布を
得られない。（ここでスキュ−角とは、所望の磁界方向
と実際の磁界方向との水平方向角度差をいう。）そのた
め、基板１の両端部と中心部とでは、印加される磁界の
方向が異なるため、基板１上に形成される膜の磁化の方
向にずれが生じる。

【０００９】また、基板の長さの２倍程度の長さを持っ
た磁石１８を使用した場合の磁力線を図８に示す。この
場合には、基板１は、磁石１８の両端から離れた位置に
ある。このため、永久磁石１８の両端の磁力線が外側に
曲っても、基板１付近には磁石１８の中央部からの一様
な磁力線が分布し、基板１には方向の揃った磁界をかけ
ることができる。ところが、基板１に比べて長い磁石１
８を使用する必要があるため、大きなスペースが必要と
なる欠点がある。また、長い磁石１８をマグネトロンス
パッタ装置で用いようとすると、ターゲット部に配置さ
れている強力な磁石の磁界範囲に入り、ターゲット部の
磁石の影響で基板１にかかる磁界の方向が曲げられてし
まうという問題も生じる。

【００１０】また、永久磁石８にヨークを用い磁力線の
方向を修正する方法も考えられるが、ヨークを出た部分
では同様の磁力線形状を示し、所定の要求を満足できな
い。

【００１１】そこで本発明では、基板上の全ての部分に
方向の揃った磁界をかけることのできる小型な成膜装置
を提供するために、真空容器と、成膜粒子を飛散させる
成膜源と、基板を保持する基板ホルダと、前記基板に磁
界を印加するための磁界発生手段とを有する成膜装置で
あって、前記磁界発生手段の端部の発生する磁界の強さ
は、前記磁界発生手段の中央部の発生する磁界の強さよ
り大きいことを特徴とする磁性膜形成装置を提供する。

【００１２】

【作用】本発明の磁性膜形成装置では、基板に磁界をか
けるための磁界発生手段の両端部の発生する磁界を強く
することにより、磁界発生手段の両端部の磁気圧力が高
くなり、磁石両端部の磁界の外側へのふくらみを小さく
することが出来る。これにより、磁界発生手段の長さを
長くすることなく、磁界発生手段の中央部から両端部に
かけて広範囲に渡って平行な磁力線を得ることができ
る。したがって、磁性膜を形成する時、基板上の全ての
部分に方向の揃った磁界をかける経済的で小形の磁性膜
形成装置及びその方法を提供することが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例のインラインスパッ
タ装置を図面を用いて説明する。

【００１４】本実施例のインラインスパッタ装置は、図
９に示すように、真空室２０、２５、２１を有してい
る。真空室２０と真空室２５の間には、開閉弁２２が配
置され、真空室２５と真空室２１との間には、開閉弁２
６が配置されている。真空室２０、２５、２１の内部に
は、搬送装置３０がそれぞれ配置されている。真空室２
５の中には、スパッタターゲット２３が備えられてい
る。また、基板１は、スパッタターゲット２３に対向す
る位置に配置されている。基板１は、縁部に段差のある
貫通孔の設けられたパレット２９により保持され、ター
ゲット２３に対して基板１の表面を露出する。パレット
２９は、搬送装置３０に搭載されている。また、パレッ
ト２９上には、２本の永久磁石２８が配置されている。
スパッタターゲット２３には、ＲＦ電源２が接続されて
いる。

【００１５】基板部の詳細を図１を用いて説明する。パ
レット２９上には、基板１に磁界を印加するための２本
の棒状の永久磁石２８が平行に配置されている。この２
本の永久磁石２８の間の空間の中心となる位置に基板１
が搭載されている。このとき基板１が回転しないように
するために、基板１と基板パレット２９の貫通孔とに
は、オリフラ１０が設けられている。基板１の付近には
永久磁石２８により矢印６の方向の磁界が常に印加され
ている。また、図１のように、永久磁石２８の両端に
は、それぞれ、永久磁石５８と同材料で構成された補助
磁石２４が固定されている。

【００１６】つぎに、図２により本実施例での基板に印
加される磁力の方向について、詳細を説明する。補助磁
石２４により永久磁石２８の両端部磁界の強さが大きく
なるため、両端部における磁界方向６の外側へのふくら
みが小さくなる。このため、基板１と同程度の大きさの
磁石２８でも、基板１の全体に一様な方向の磁界をかけ
ることが出来る。このように補助磁石２４を取り付ける
ことにより、基板１と同程度の長さの永久磁石２８であ
りながら、磁性膜を形成する時、基板１上の全ての部分
に方向の揃った磁界をかけることができる。

【００１７】つぎに、本実施例のスパッタ装置におい
て、成膜を行なう場合の各部の動作を説明する。まず、
パレット２９上に、基板１、永久磁石２８および補助磁
石２４を搭載する。そして、搬送装置３０を駆動してパ
レット２９を真空室２５内に移動させ、真空室２５内の
搬送装置３０上に停止させる。次に、ＲＦ電源２から、
スパッタターゲット２３に電圧を印加してプラズマを発
生させ、スパッタターゲット２３からスパッタ粒子を飛
散させる。スパッタターゲット２３より飛散したスパッ
タ粒子は、基板１に衝突し、基板１上に膜を形成する。
この基板１付近部には、上述の様に、パレット２９上に
固定された永久磁石２８により、基板１全体に渡って一
様な磁界（矢印６）が印加されている。この磁界によ
り、スパッタ粒子は一方向に磁化され、磁化方向の揃っ
た磁性膜を形成する。

【００１８】また、本発明の他の実施例の成膜装置に用
いるパレット３９と永久磁石３８と補助磁石３４の構成
を図３に示す。パレット３９には、基板１のほかに２つ
の補助基板７を搭載するために、縁部に段差のある貫通
孔が設けられ、基板１および２つの補助基板７を同時に
保持する。本実施例の成膜装置では、補助基板７につい
て、基板１と同じ条件で成膜し、補助基板７上の膜を用
いて基板１上の膜の性質をモニタする。従って、補助基
板７についても、基板１と同じ条件の磁界がかかる必要
がある。

【００１９】図３に示したように、補助磁石３４の働き
により、永久磁石３８の両端部磁界の強さが大きくなる
ため、両端部における磁界方向６の外側へのふくらみが
小さくなる。このため、補助基板７の全体に対しても基
板１と同じ方向の一様な磁界がかけられる。

【００２０】上述の２つの実施例において、磁力線の方
向および密度は、永久磁石２８、３８の磁化の大きさ
と、補助磁石２４、３４の磁化の大きさ（すなわち、発
生する磁界の磁束密度）のバランスによって決まるた
め、以下のようにして一様な磁界が得られる補助磁石２
４、３４の大きさ形状を決定する。これを図１０、図１
１、図１２を用いて説明する。

【００２１】まず、永久磁石３８の両端に適当な大きさ
の補助磁石４４、５４、３４を配置し、発生する磁界の
磁力線を磁界解析シミュレーションプログラムにより、
大型計算機で計算した。磁界解析シミュレーションは、
永久磁石３８および補助磁石４４の残留磁化の大きさ、
形状、配置をパラメータとして２次元、軸対象の計算条
件で行なった。この磁界解析シミュレーションプログラ
ムは、一般的に良く知られたプログラムを用いた。

【００２２】計算結果を図１０、図１１、図１２に示
す。図１０に示した補助磁石４４は、小さ過ぎたため
に、発生する磁界が弱く、永久磁石３８の端部での磁力
線のふくらみを小さくすることができない。一方、図１
１に示した補助磁石５４は、大き過ぎるために、発生す
る磁界が強過ぎ、領域１００の部分で、補助磁石５４の
端部の磁界のふくらみが、逆に基板１側に入り込み、さ
らに、磁力線の間隔が一定になっていない。従って、一
様な磁界が得られない。図１２に示した磁力線は、図３
に示した磁力線をさらに詳しく表したものであるが、補
助磁石３４の大きさが適当であるので、磁力線が基板
１、補助基板７上で平行になり、かつ、間隔が一定であ
り、一様な磁界を印加していることがわかる。

【００２３】従って、補助磁石を設計する場合には、上
記方法により磁力線をシミュレーションし、磁力線が基
板１や補助基板７上で平行となり、かつ、磁力線の間隔
が一定となる様な補助磁石の大きさ、配置を探索する。

【００２４】また、更に他の実施例を図４に示す。図４
の（ａ）は、補助磁石４を２段に構成したものである。
また、図４の（ｂ）は補助磁石を用いず、永久磁石８を
曲線形状にしたものである。いずれも永久磁石の両端部
において、磁界強度を徐々に強くすることができるの
で、磁界の乱れを少なくすることができる。

【００２５】上述の様に、本実施例によれば、永久磁石
の両端部の磁界の磁束密度を中央部より大きくすること
により、永久磁石の長さが短く、かつ、方向および大き
さの一定な磁界を広範囲に渡って得ることができる。こ
のように、小型な磁石であるので、マグネトロンスパッ
タ装置に用いた場合にも、スパッタターゲットの磁界の
影響を受けにくい。また、小型であるため、パレットの
大きさを大きくする必要がなく、従って、搬送しやすい
ため、インライン型成膜装置に用いるのに適している。
また、小型な補助磁石を取り付けるだけで良いので、磁
石材料が小量ですみ、経済的である。

【００２６】上述の実施例では、補助磁石を永久磁石と
同材料で構成したが、異なる材料で構成することももち
ろん可能である。永久磁石より磁化の大きな材料で構成
した補助磁石を用いることにより、より小さな補助磁石
で一様な磁界を実現することができる。

【００２７】さらに、上述の実施例では、基板１に磁界
を印加する手段として、永久磁石を用いたが、コイルを
用いることもできる。この場合、基板の両端部に配置す
るコイルの巻数を多くすることや、流す電流の大きさを
強くすることにより、上述の実施例と同じく、磁力線の
方向および間隔を一様にすることができる。この場合
も、磁力線のシミュレーションを行なって、両端部の磁
界の強さを決定する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、基板と同程度の大きさ
の磁石でも、成膜する基板上の全ての部分に方向の揃っ
た磁界をかけることが出来るので、経済的で小形及び他
の磁石との影響がない磁性膜形成装置及びその方法を提
供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスパッタ装置に用いるパレ
ット９上の磁石２８、２４の構成を示す斜視図。

【図２】図１のパレット９上の基板１に印加される磁界
の磁力線を示す説明図。

【図３】本発明の別の実施例のスパッタ装置に用いるパ
レット３９上の磁石３８、３４の構成と、磁力線を示す
上面図。

【図４】本発明のさらに別の実施例の磁石の構成を示す
上面図。

【図５】従来のスパッタ装置の構成を示す断面図。

【図６】従来例のパレット９上の磁石８の構成を示す斜
視図。

【図７】従来例の磁石と基板の構成と磁力線を示す説明
図。

【図８】従来例の磁石と基板の構成と磁力線を示す説明
図。

【図９】本発明の一実施例のインラインスパッタ装置の
構成を示す断面図。

【図１０】本発明の一実施例において、補助磁石の大き
さと磁力線の関係を示す説明図。

【図１１】本発明の一実施例において、補助磁石の大き
さと磁力線の関係を示す説明図。

【図１２】本発明の一実施例において、補助磁石の大き
さと磁力線の関係を示す説明図。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・ＲＦ電源、３・・・スパッタターゲッ
ト、４、２４、３４、４４、５４、６４、７４・・・補助
磁石、５・・・真空チャンバ、６・・・磁界方向、７・・・補助
基板、８、２８、３８・・・永久磁石、９、２９、３９・・・
パレット、１０・・・オリフラ、２０、２１、２５…真空
室、３０…搬送装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有松啓治茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者萩谷孝茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者山口博右茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (56)参考文献実開昭62−153365（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/35 H01F 41/18 C23C 14/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、成膜粒子を飛散させる成膜源
と、基板を保持する基板ホルダと、前記基板に対して基
板面に平行な方向の磁界を印加するための磁界発生手段
を有し、前記磁界発生手段は、所定の長さの２つの磁石を有し、前記２つの磁石は、前記基板ホルダ上の前記基板を置く
べき位置を挟んで向かい合わせに配置され、前記２つの
磁石の間の空間に、前記２つの磁石のうちの一方の磁石
から他方の磁石に向かう磁界を形成し、前記２つの磁石は、対向する部分の両端部が前記空間に
向けて発生する磁界の強さが、中央部が前記空間に向け
て発生する磁界の強さよりも大きいことを特徴とする磁
性膜形成装置。
【請求項２】請求項１において、前記磁石は、磁化方向
に垂直な方向に長い棒状の永久磁石であり、前記永久磁石の両端部には、前記空間より透磁率の大き
な部材が配置されていることを特徴とする磁性膜形成装
置。
【請求項３】請求項１において、前記磁石は、棒状の永
久磁石であり、前記棒状の永久磁石の両端部は、中央部より残留磁化の
大きな材料で構成されていることを特徴とする磁性膜形
成装置。
【請求項４】請求項１に置いて、前記磁石は電磁石であ
ることを特徴とする磁性膜形成装置。