JP2980266B2 - 磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成するためのスパッタ装置 - Google Patents

磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成するためのスパッタ装置

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JP2980266B2 JP3315268A JP31526891A JP2980266B2 JP 2980266 B2 JP2980266 B2 JP 2980266B2 JP 3315268 A JP3315268 A JP 3315268A JP 31526891 A JP31526891 A JP 31526891A JP 2980266 B2 JP2980266 B2 JP 2980266B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁性薄膜と非磁性薄膜
との積層膜を効率よく形成するためのスパッタ装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、磁気記録の分野においては、高信
頼性で高密度の記録を達成すべく記録媒体及び磁気ヘッ
ドに用いられる磁性薄膜の改良が望まれており、特に磁
性薄膜を効率よく形成することは記録媒体及び磁気ヘッ
ドの量産に際して重要な課題である。
【0003】従来、磁性薄膜の形成のためには、例えば
特公昭61−61164号公報に記載されている様な2
極スパッタ装置が用いられていた。しかし、このスパッ
タ装置は、成膜速度が遅く量産装置には不向きであっ
た。
【0004】近年、半導体薄膜形成によく用いられる様
になった成膜速度の大きなスパッタ装置として、マグネ
トロンスパッタ装置がある。この装置は、ターゲットの
裏側に配置した磁石により発生せしめられた磁界によっ
てターゲット近傍に発生したプラズマの密度を上げるこ
とにより、高速成膜を可能にしたものである。ところ
が、ターゲット材料が磁性体である場合には、磁束がタ
ーゲット内を通るので、ターゲット近傍の漏れ磁束が減
少してしまい、結果としてプラズマ密度が上がらず、成
膜速度も向上しないという欠点がある。
【0005】そこで、以上の欠点を解決するものとし
て、対向ターゲット式スパッタ装置が提案された(「応
用物理」第48巻第6号(1979)p558〜p55
9、特公昭63−43465号公報、特公昭61−60
908号公報、及び特公昭63−20304号公報参
照)。この装置は、図3に示す様に、陰極となる1対の
ターゲットt1 ,t2 をそのスパッタ面t1S,t2Sが空
間Sを隔てて対面する様に配置し、該スパッタ面t1S
2Sに垂直の方向に磁界Hを発生する手段h1,h2
設け、前記ターゲット間の空間Sの側方に配置したホル
ダー26に基板25を取付け、該基板の表面に膜形成す
る様にしたものであり、低温にて高速に膜形成ができる
ものである。即ち、図3において、スパッタ面t1S,t
2Sに垂直な方向に300〜500[Oe]の磁界Hを発
生させれば、対向ターゲット間の空間S内に該スパッタ
面t1S,t2Sから放出された高エネルギーの電子を閉じ
込めることができる。従って、この多数の電子が基板2
5にまで到達しなくなるので、イオンを収束する電界が
形成されず、スパッタガスのイオン化が促進されてスパ
ッタ速度が高くなる。また、基板25への電子の衝突が
殆どないので、基板温度はあまり上昇しない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
様な従来のスパッタ装置では、特公昭54−3238号
公報や特開昭60−205808号公報や特開昭61−
3311号公報等に記載の磁性薄膜と非磁性薄膜との積
層膜や、特開昭60−47215号公報に記載の磁気ヘ
ッド用の磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成する場
合には、非磁性薄膜を形成するために別個の装置または
真空槽が必要となる。従って、これら磁性薄膜と非磁性
薄膜とを交互に形成する際に、装置間または真空槽間で
基板ホルダーを移動させることが必要となり、装置構成
が大きくなり装置コストが上昇するとともに、基板ホル
ダー移動のための時間ロスがあり積層膜製造コストも上
昇し、更に基板ホルダー移動時に外気にさらされる場合
には酸化等による膜組成の変化やゴミ付着等により積層
膜の品質が低下するという問題もある。
【0007】そこで、本発明は、以上の様な従来技術の
問題点を解決し、磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を良
好な品質で効率よく且つ低コストで形成し得るスパッタ
装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記目
的を達成するものとして、対向配置された2枚のスパッ
タ用磁性材ターゲットと、該2枚の磁性材ターゲットの
間の空間に対面する位置において該磁性材ターゲットの
周囲に配置された積層膜形成用基板のホルダーと、前記
2枚の磁性材ターゲットに垂直で且つ該磁性材ターゲッ
トの中心を通る中心軸を中心とする円周上に配置された
非磁性材ターゲットとを有することを特徴とする、磁性
薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成するためのスパッタ
装置、が提供される。
【0009】本発明において、前記非磁性材ターゲット
は前記中心軸を中心とする円筒形状をなすものであるの
が好ましい。また、該非磁性材ターゲットを前記中心軸
の方向に沿って移動可能となすことができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0011】図1は本発明によるスパッタ装置の第1の
実施例を示す概略構成図である。
【0012】図1において、1,1’はセンダスト等よ
りなる磁性材ターゲットである。該磁性材ターゲットは
円板形状であり、上下に適宜の距離隔てられて水平状態
で対向配置されている。1aは各磁性材ターゲット1,
1’に垂直で且つ該磁性材ターゲットの中心を通る上下
方向の中心軸である。2は基板ホルダーであり、磁性材
ターゲット1,1’の周囲に該磁性材ターゲット1,
1’の間の空間に対面して複数個配置されている。これ
ら基板ホルダー2は、それぞれ前記中心軸1aを通る水
平方向の自転軸の周りで自転でき且つ全体として前記中
心軸1aの周りを公転できる。3は前記磁性材ターゲッ
ト1’の下方且つその周囲にて磁性材ターゲット1,
1’の間の空間に対面しない様に配置されたSiO2
の円筒形状の非磁性材ターゲットである。該非磁性材タ
ーゲット3は基板ホルダー2に対面している。5は前記
中心軸1aを中心とする円筒形状のシャッターであり、
実線で図示されている下方位置と破線で図示されている
上方位置との間で中心軸1aに沿って移動可能である。
該シャッターは、下方位置で非磁性材ターゲット3を遮
蔽し磁性材ターゲット1,1’間空間を開放し、上方位
置で非磁性材ターゲット3を開放し磁性材ターゲット
1,1’間空間を遮蔽する。以上の構成部材は真空チャ
ンバー8内に収容されている。4,4’は該真空チャン
バー8内に磁界を発生させるためのヘルムホルツコイル
である。6は磁性材ターゲット1,1’に接続された直
流電源であり、7は非磁性材ターゲット3に接続された
高周波電源であり、10は整合回路である。9はAr等
のスパッタ用ガスを真空チャンバー8内に導入する経路
に設けられたバルブである。
【0013】本実施例装置において、磁性薄膜と非磁性
薄膜との積層膜の形成は次の様にして行われる。
【0014】先ず、基板ホルダー2の内側面に基板を取
付けた後に、真空チャンバー8を密閉し、不図示の真空
排気ポンプにより1×10-6Torr程度まで真空排気
を行う。次に、ガス導入バルブ9を開き、Ar等の不活
性ガスを5×10-3Torr程度まで導入し、状態が安
定化するようコントロールする。次に、シャッター5を
破線で示される上方位置まで上昇させ、磁性材ターゲッ
ト1,1’間空間を基板から遮蔽する。次に、ヘルムホ
ルツコイル4,4’に通電して、磁性材ターゲット1,
1’間空間に例えば400[Oe]程度の磁界を発生さ
せる。その後、例えばセンダスト等の磁性材ターゲット
1,1’に直流電源6により例えば1kV程度の電圧を
印加して、Arガスをイオン化し、このArイオンの磁
性材ターゲット1,1’への衝突によってスパッタを開
始する(スパッタ開始時のイオン電流は例えば5A)。
その状態で例えば10分間程度プレスパッタを行い、基
板ホルダー2の自転及び公転を開始した後、シャッター
5を実線で示される下方位置まで降下させ、磁性材ター
ゲット1,1’間空間を開放して基板上への磁性薄膜形
成を開始する。この状態で例えば60分間程度スパッタ
を行った後、電源6をOFFにし、第1層目の形成を終
了する。
【0015】次に、例えばSiO2 等の非磁性材ターゲ
ット3に高周波電源7により例えば2kWの電力を投入
し、Arガスの高周波プラズマを発生させ、この状態
で、例えば5分間程度プレスパッタを行う。その後、シ
ャッター5を破線で示される上方位置まで上昇させ、非
磁性材ターゲット3を開放して基板上への非磁性薄膜の
形成を開始する。その状態で例えば10分程度スパッタ
を行った後、電源7をOFFにし、第2層目の形成を終
了する。
【0016】以上の様な第1層目及び第2層目の成膜操
作を順次繰り返し行って合計10層の積層膜を形成する
ことにより、得られる積層膜における磁性薄膜の1層あ
たりの膜厚を例えば3μmとし非磁性薄膜の1層あたり
の膜厚を例えば0.2μmとすることができる。これら
の1層あたりの膜厚はスパッタの際の投入電力及びスパ
ッタ時間を適宜設定することにより所望値とすることが
できる。尚、磁性材ターゲットとしてはセンダスト以外
でもよく、また非磁性材ターゲットとしてはSiO2
外でもよいことはもちろんである。但し、対向配置され
る磁性材ターゲットが絶縁性のものである場合には、該
ターゲットに電圧を印加する電源として、直流電源6の
代わりに高周波電源を用いることが必要である。
【0017】図2は本発明によるスパッタ装置の第2の
実施例を示す概略構成図である。本図において、前記図
1におけると同様の部材には同一の符号が付されてい
る。
【0018】本実施例では、非磁性材ターゲットが2種
類設けられている。即ち、下側の磁性材ターゲット1’
の周囲に第1の非磁性材ターゲット31が配置されてお
り、上側の磁性材ターゲット1の周囲に第2の非磁性材
ターゲット32が配置されている。これらには、それぞ
れ高周波電源71,72が接続されている。11はベロ
ーズであり、上側の磁性材ターゲット1及び上側の第2
の非磁性材ターゲット32を上下方向に移動させる際
や、下側の磁性材ターゲット1’及び下側の第1の非磁
性材ターゲット31を上下方向に移動させる際に、伸縮
する。
【0019】本実施例装置において、磁性薄膜と非磁性
薄膜との積層膜の形成は次の様にして行われる。
【0020】先ず、基板ホルダー2の内側面に例えばフ
ェライト等からなる基板を取付けた後に、真空チャンバ
ー8を密閉し、不図示の真空排気ポンプにより1×10
-6Torr程度まで真空排気を行う。次に、ガス導入バ
ルブ9を開き、Ar等の不活性ガスを5×10-3Tor
r程度まで導入し、状態が安定化するようコントロール
する。次に、例えばクロム(Cr)等の非磁性材ターゲ
ット31を磁性材ターゲット1’とともに破線で示され
る上方位置まで上昇させ、シャッター5も同時に上昇さ
せ、非磁性材ターゲット31を基板から遮蔽する。次
に、ヘルムホルツコイル4,4’に通電して、非磁性材
ターゲット31の近傍に例えば400[Oe]程度の磁
界を発生させる。その後、非磁性材ターゲット31に高
周波電源71により例えば2kWの電力を投入し、Ar
ガスの高周波プラズマを発生させ、この状態で、例えば
5分間のプレスパッタを行う。その後、基板ホルダー2
の自転及び公転を開始した後、シャッター5を実線で示
される下方位置まで降下させ、非磁性材ターゲット31
を開放して基板上への非磁性薄膜形成を開始する。この
状態で例えば3分間程度スパッタを行った後、電源71
をOFFにし、第1層目のCr下地膜形成を終了する。
【0021】次に、非磁性ターゲット31を実線で示さ
れる下方位置まで下降させ、シャッター5を上方位置へ
と上昇させ、磁性材ターゲット1,1’間空間を基板か
ら遮蔽する。その後、例えばセンダスト等の磁性材ター
ゲット1,1’に直流電源6により例えば1kV程度の
電圧を印加して、Arガスをイオン化し、このArイオ
ンの磁性材ターゲット1,1’への衝突によってスパッ
タを開始する(スパッタ開始時のイオン電流は例えば5
A)。その状態で例えば10分間程度プレスパッタを行
い、基板ホルダー2の自転及び公転を開始した後、シャ
ッター5を実線で示される下方位置まで降下させ、磁性
材ターゲット1,1’間空間を開放して基板上への磁性
薄膜形成を開始する。この状態で例えば3時間程度スパ
ッタを行った後、電源6をOFFにし、第2層目のセン
ダスト磁性膜形成を終了する。
【0022】次に、例えばSiO2 等の非磁性材ターゲ
ット32を磁性材ターゲット1とともに下方位置(前記
非磁性材ターゲット31の上方位置と同一の位置)まで
下降させ、シャッター5を上方位置まで上昇させ、非磁
性材ターゲット32を基板から遮蔽する。次に、非磁性
材ターゲット32に高周波電源72により例えば2kW
の電力を投入し、Arガスの高周波プラズマを発生さ
せ、この状態で、例えば5分間のプレスパッタを行う。
その後、基板ホルダー2の自転及び公転を開始した後、
シャッター5を実線で示される下方位置まで降下させ、
非磁性材ターゲット32を開放して基板上への非磁性薄
膜形成を開始する。この状態で例えば10分間程度スパ
ッタを行った後、電源72をOFFにし、第3層目のS
iO2 保護膜形成を終了する。
【0023】以上の様な3層の積層膜において、第1層
(Cr下地膜)の膜厚を例えば0.1μmとし、第2層
(センダスト磁性膜)の膜厚を例えば10μmとし、第
3層(SiO2 保護膜)の膜厚を例えば0.2μmとす
ることができる。これらの層の膜厚はスパッタの際の投
入電力及びスパッタ時間を適宜設定することにより所望
値とすることができる。
【0024】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、同一真空
槽内で基板ホルダーを移動させることなしに磁性薄膜形
成と非磁性薄膜形成とを交互に迅速に切換えて実行でき
るので、磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を良好な品質
で効率よく形成することができ、更に装置コスト及び積
層膜製造コストの双方を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスパッタ装置の第1の実施例を示
す概略構成図である。
【図2】本発明によるスパッタ装置の第2の実施例を示
す概略構成図である。
【図3】従来のスパッタ装置の例を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1,1’ 磁性材ターゲット 1a 中心軸 2 基板ホルダー 3,31,32 非磁性材ターゲット 4,4’ ヘルムホルツコイル 5 シャッター 6 スパッタ用直流電源 7,71,72 スパッタ用高周波電源 8 真空チャンバー 10 整合回路 11 ベローズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向配置された2枚のスパッタ用磁性材
    ターゲットと、該2枚の磁性材ターゲットの間の空間に
    対面する位置において該磁性材ターゲットの周囲に配置
    された積層膜形成用基板のホルダーと、前記2枚の磁性
    材ターゲットに垂直で且つ該磁性材ターゲットの中心を
    通る中心軸を中心とする円周上に配置された非磁性材タ
    ーゲットとを有することを特徴とする、磁性薄膜と非磁
    性薄膜との積層膜を形成するためのスパッタ装置。
  2. 【請求項2】 前記非磁性材ターゲットが前記中心軸を
    中心とする円筒形状をなしている、請求項1に記載の磁
    性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成するためのスパッ
    タ装置。
  3. 【請求項3】 前記非磁性材ターゲットが前記中心軸の
    方向に沿って移動可能である、請求項1または請求項2
    に記載の磁性薄膜と非磁性薄膜との積層膜を形成するた
    めのスパッタ装置。
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