JP4028063B2

JP4028063B2 - 磁界印加機構を有する装置及びその配置方法

Info

Publication number: JP4028063B2
Application number: JP03164198A
Authority: JP
Inventors: 沈　　国華; 幸男菊地; 昌俊大庭; 道北浜
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11229139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性材料を含む多層膜を形成するために用いる磁界印加機構を有する装置及びその配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、磁気記録の分野において、高密度記録化が進んでおり、そのための高密度記録媒体及びその再生用として磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッド（以下、磁気抵抗ヘッドという）が採用されるようになってきた。
【０００３】
この高密度記録媒体用磁性薄膜及び磁気抵抗ヘッド用磁性薄膜の形成方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法等の真空成膜法が用いられている。例えば、電子材料、１９９４年１１月号、第５６−５８頁には、一室に一種類の材料（一個のカソードしかない）を設けたインライン装置である磁性膜スパッタ装置により多層膜、すなわち多室多層膜を形成することが記載されている。
【０００４】
また、例えば、特開平５−３３９７１１号公報には、磁性薄膜を形成するための真空蒸着装置において、基板に近接して磁石を配置し、この磁石によって基板の蒸着面に対して常に一定の方向を向いた磁界を蒸着面に沿って発生させるために、該基板を取り付ける支持板に、基板の中心を通る径方向の直線に関して対称な位置でかつ該基板に近接して２つの棒状の磁石を取り付けてなる磁界印加手段を用いて磁性材料を含む多層膜を得ることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したような一室に一種類の材料を設けたインライン装置では、多層膜を形成するのに装置が大型化し、コストが増加するという問題がある。
【０００６】
また、前記真空蒸着装置のように、基板の中心を通る径方向の直線に関して対称な位置でかつ該基板に近接して２つの棒状の磁石を取り付けたような磁界印加手段の複数個を任意に近接して設けただけでは磁界が乱れて（図３参照）、スキュー角が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、小型化された、基板面内で磁界が乱れることのない磁界印加手段としての磁界印加機構を有する装置及びその配置方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁界印加機構を有する装置は、同一真空室内において、複数の磁石対が、それぞれの磁石対の対向して設けられた磁石間に発生する中心の磁界と垂直になるように、かつ全ての中心の磁界が同一方向を向くように各磁石を配置して構成され、また該磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面に対して該中心の磁界が平行になるように各磁石が配置され、該複数の磁石対の任意の磁石対が回転すると、他の全ての磁石対も同様の回転角度で回転するように支持体上に配設されていることを特徴とする。
【０００９】
前記磁石は全てその高さの半分の位置が同一平面内になるようにかつ前記磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面が該同一平面と同じ平面内になるように配置されており、また前記それぞれの磁石対の外周に強磁性材料からなる磁気シールドが設けられている。
【００１０】
本発明の磁界印加機構の配置方法は、同一真空室内において、複数の磁石対が、それぞれの磁石対の対向して設けられた磁石間に発生する中心の磁界と垂直になるように、かつ全ての中心の磁界が同一方向を向くように各磁石を配置して構成され、また該磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面に対して該中心の磁界が平行になるように各磁石が配置され、該複数の磁石対の任意の磁石対が回転すると、他の全ての磁石対も同様の回転角度で回転するように支持体上に該複数の磁石対を配置することを特徴とする。
【００１１】
また、前記それぞれの磁石対の外周に強磁性材料からなる磁気シールドが設けられ、また前記磁界印加機構の外周に強磁性材料からなる磁気シールドが設けられていてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、これは単なる説明のためのもので本発明を何ら限定するものではない。
【００１３】
本発明の磁界印加機構を有する装置によれば、二つの磁石が対向して配置され、この磁石対の複数個が同一真空室内に一定の配置関係で設けられている。この二つの磁石は、その間に発生する中心の磁界が各磁石の長手方向に対して垂直になるように、また、磁性膜を形成するための基板の中心に対して対称な位置にかつ基板に近接して配置される。また、基板は、上記発生磁界が磁性膜形成面に対して平行になるように磁石間に配設される。
【００１４】
上記磁石対は、例えば、図１及び２に示されるように、４個の磁石対を、左右上下対称に、すなわち各磁石対の磁石間に各基板の中心点が一つの仮想円軌跡上に等間隔で位置するように配設することが所期の目的を達成するためには望ましい。すなわち、図１に示されたように、４個の磁石対１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄ（又は、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′及び１ｄ′）が上下左右対称に設けられ、これらの磁石の間に設けられる基板２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄの中心が一つの円軌跡３の上に等間隔で位置するようになっている。磁石間に発生する中心の磁界４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄ（又は、４ａ′、４ｂ′、４ｃ′及び４ｄ′）が、全て同一方向を向くように、各磁石対が同一真空室内に設けられている。また、図２に示すように、４個の磁石対１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄが上下左右対称に設けられ、これらの磁石の間に設けられる基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの中心が一つの円軌跡１３の上に等間隔で位置するようになっている。磁石間に発生する中心の磁界１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄが、全て同一方向を向くように、各磁石対が同一真空内に設けられている。
【００１５】
図１及び２に示すように磁石対を配置することによって、基板の磁性膜形成面に均一磁界が印加でき、スキュー角が小さくなる。これに対し、図３に示すように、中心の磁界２３ａ及び２３ｂが異なる方向を向いているような磁石対配置をとった場合、磁界が乱れ、スキュー角が大きくなる。図３中、２１ａ及び２１ｂは磁石対であり、２２ａ及び２２ｂは基板である。
【００１６】
また、本発明における上記各磁石の形状は、特に制限されるわけではなく、例えば、棒状であっても、円弧状であってもよい。円弧状の場合は、各磁石対として配置・構成する際に、円が形成されるように、各円弧状の磁石を対向して配設することが望ましい。
【００１７】
図１及び２に示された磁石対１ａ〜１ｄ、１ａ′〜１ｄ′及び１１ａ〜１１ｄを構成する各磁石は、その磁石の高さの半分の位置が全て同一平面（ｘｚ平面）内になるよう配置され、また前記基板２ａ〜２ｄ、２ａ′〜２ｄ′及び１２ａ〜１２ｄは、その磁性膜形成面が膜形成中該同一平面（ｘｚ平面）と同じ平面内になるように配置され、また、前記複数個の磁石対はその任意の磁石対が回転すると、他の全ての磁石対も同様に回転するように基板を支持する支持体上に配設されている。
【００１８】
図４に示すように、基板を、磁性薄膜形成中、磁石１１の高さの半分の位置のｘｚ平面内に配置した場合（図中の実線で示す基板Ｘ）及び磁石の高さ方向の端部の位置のｘｚ平面に配置した場合（図中の点線で示す基板Ｙ）について、膜形成平面と磁力線との位置関係を調べた。図４に示された基板（Ｘ及びＹ）についてのＺ／ＲとＡＴＡＮＢｘ／Ｂｚとの関係を示すグラフ（図５）から明らかなように、磁石の高さの半分の位置のｘｚ平面に基板を設ければ、所期の目的が達成される。
【００１９】
本発明の磁界印加機構を有する装置は、マグネトロンスパッタカソードを用いるスパッタ装置に組み込まれて利用される。例えば、図６に示すように、成膜室３１内の所定の位置に、マグネトロンスパッタカソード３２ａ及び３２ｂと磁界印加部３３ａ及び３３ｂとがそれぞれ対向して配置され、これらのカソード３２ａ及び３２ｂの磁場印加部と対向する面上にはターゲット（例えば、それぞれＦｅターゲット３４ａ及びＣｒターゲット３４ｂ）が配置されている。この磁場印加部３３ａ及び３３ｂはそれぞれ、図１又は２に示されたように、複数の磁石対３５ａ及び３５ｂが左右上下対称に配設されたものである。これらの磁石の間には、基板３６ａ及び３６ｂが、その中心が一つの円軌跡の上に等間隔で位置するようにかつその磁性膜形成面が膜形成中同一平面（ｘｚ平面）内にあるように配設されており、この際各磁石の高さの半分の位置が全て上記同一平面（ｘｚ平面）内にあるようになっている。また、前記複数個の磁石対はその任意の磁石対が回転軸３７ａ及び３７ｂにより回転すると、他の全ての磁石対も同様に回転するように基板を支持する支持体上に配設されている。
【００２０】
図６に示す装置を用いてシャッタ制御によりオングストロームオーダで膜厚を制御すると共に、数十層の積層を行って、酸化珪素基板上にＧＭＲ膜を作製した。Ｆｅターゲット及びＣｒターゲットを用い、Ｆｅ／Ｃｒの積層膜とし、その積層周期を３０ペアとした。各膜の厚さは、Ｆｅを１５オングストローム一定としＣｒを９．５〜１２オングストロームの間で変化させて行ったところ、磁性多層膜が得られた。
【００２１】
図６では説明の都合上カソードの数は２つ示しているだけであるが、通常、カソードの数は成膜する膜の種類の数だけは最低必要となる。２種の膜を４個の基板に交互に付ける場合は、２種のターゲットのカソードを２個ずつ設け、４個の基板に対向配置させ、４個同時に成膜するようにしてもよい。
【００２２】
また、前記複数個の磁石対のそれぞれの外周に強磁性材料からなる磁気シールドを設けて、マグネトロンスパッタカソード用の磁界の影響を防いだり、前記磁界印加機構の外周に強磁性材料からなる磁気シールドを設けて、外部磁界の影響を防ぐようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のように配置された磁界印加機構によれば、基板面内で磁界が乱れることのない磁界印加手段が提供され、一室多層磁性膜を効率よく形成することが可能であり、同一真空室内で多数の材料を使用するため、複数のカソードを設けることによって、膜形成装置が小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁石対の並べ方の一例を示す模式的平面図。
【図２】本発明による磁石対の並べ方の他の例による磁力線の方向を示す模式的平面図。
【図３】比較のために磁石対の並べ方によって磁力線の方向が異なる場合の例を示す模式的平面図。
【図４】基板の配置位置による薄膜形成面と磁力線との関係を模式的に示す断面図。
【図５】図４に示された基板について、Ｚ／ＲとＡＴＡＮＢｘ／Ｂｚとの関係を示すグラフ。
【図６】本発明の磁界印加機構を用いるスパッタ装置の模式的断面図。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ、１ａ′〜１ｄ′ 磁石対２ａ〜２ｄ基板
３円軌跡４ａ〜４ｄ、４ａ′〜４ｄ′ 中心の磁界
１１磁石１１ａ〜１１ｄ磁石対
１２ａ〜１２ｄ基板１３円軌跡
１４ａ〜１４ｄ中心の磁界
２１ａ〜２１ｂ磁石対２２ａ〜２２ｂ基板
２３ａ〜２３ｂ中心の磁界３１成膜室
３２ａ、３２ｂマグネトロンスパッタカソード
３３ａ、３３ｂ磁界印加部３４ａ、３４ｂターゲット
３５ａ、３５ｂ磁石対３６ａ、３６ｂ基板
３７ａ、３７ｂ回転軸

Claims

同一真空室内において、複数の磁石対が、それぞれの磁石対の対向して設けられた磁石間に発生する中心の磁界と垂直になるように、かつ全ての中心の磁界が同一方向を向くように各磁石を配置して構成され、また該磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面に対して該中心の磁界が平行になるように各磁石が配置され、該複数の磁石対の任意の磁石対が回転すると、他の全ての磁石対も同様の回転角度で回転するように支持体上に配設されていることを特徴とする磁界印加機構を有する装置。
前記磁石は全てその高さの半分の位置が同一平面内になるようにかつ前記磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面が該同一平面と同じ平面内になるように配置されることを特徴とする請求項１記載の磁界印加機構を有する装置。
前記それぞれの磁石対の外周に強磁性材料からなる磁気シールドが設けられることを特徴とする請求項１または２記載の磁界印加機構を有する装置。
前記磁界印加機構の外周に強磁性材料からなる磁気シールドが設けられることを特徴とする請求項１または２記載の磁界印加機構を有する装置。
同一真空室内において、複数の磁石対が、それぞれの磁石対の対向して設けられた磁石間に発生する中心の磁界と垂直になるように、かつ全ての中心の磁界が同一方向を向くように各磁石を配置して構成され、また該磁石対の磁石間に設けられる基板の磁性膜形成面に対して該中心の磁界が平行になるように各磁石が配置され、該磁石の全てが、その高さの半分の位置が同一平面内になるように、かつ該基板の磁性膜形成面が該同一平面と同じ平面内になるように配置されており、該複数の磁石対の任意の磁石対が回転すると、他の全ての磁石対も同様の回転角度で回転するように支持体上に該複数の磁石対を配置することを特徴とする磁界印加機構の配置方法。