JP6224677B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置に関し、特に磁性膜を形成する装置に関するものである
。

磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ）は、高保磁力多結晶磁性膜を有する磁気ディスク媒体
と磁気ヘッドとを備える。磁気ヘッドは、磁気抵抗型読取り部と高磁気モーメントの書込
み部とを有し、データを磁気ディスク媒体に書込み及びディスク媒体に記録されたデータ
を読み込む。

書込み部は微細加工パターンを施した比較的膜厚の厚い磁性膜からなる。書込み部の磁
性膜には、高い飽和磁化（磁気モーメント）を有するFe-Co系の合金が用いられる。

ＨＤＤに使用されている磁気ヘッド素子は、直径が5インチから8インチのAl₂O₃-TiCウ
ェーハ基板上に製造されている。１枚のウェーハからは、数万個の磁気ヘッド素子が得ら
れる。そのため、高い歩留まりを確保するためには、ウェーハ全体に均一かつ低スキュー
であることが非常に重要である。ここで、低スキューとは、ある決めた方向に対して素子
の磁化容易軸の分散が少ないこと、つまり、磁化容易軸が揃っていることを意味する。

読込み部は、一般に、膜厚が非常に薄い多層膜からなる。その多層膜の中には、例えば
、Cu又はMgOなど非磁性スペーサ層で分離されたFe-Co-BとNi-Fe軟磁性合金からなる。書
込み部と同じように読込み部においても、所定の方向に素子の磁化容易軸が配向している
ことが好ましい。成膜後の熱処理工程の熱処理温度が比較的低い（<300℃）ため、特にFe
-Co膜の場合、読込み部と書込み部のいずれの場合でも、成膜時に磁化容易軸を配向する
ことが好ましい。

一般に、磁化容易軸は、膜を形成している間に外部磁界を印加することによって配向さ
れる。この外部磁界は、pair-ordering磁気異方性を促進する。従って、スパッタリング
プロセスでは、独立した磁界発生源を用いて基板表面に対し平行な磁界を基板に印加する
。この磁界は、基板表面に対して垂直成分を僅かに有してもよいが、面内に略平行である
ことが好ましい。たとえば、成膜入射角が基板表面に対してほぼ垂直で、基板に磁界を印
加せず、Feに富むFe-Coを成膜する場合、基板面内の磁化容易軸は等方になる。膜面上の
任意の方向の保磁力は、本質的に一定である。

成膜中、外部磁界を印加することにより、一軸磁気異方性が誘導される。例えば、保磁
力は磁界印加方向に対して>25 Oe（磁化容易軸）と垂直方向に対して<1 Oe（磁化困難軸
）とすることもできる。スパッタリング装置では、円形もしくは回転するカソードマグネ
トロンの漏洩磁界が干渉することによって、基板に平行磁界を印加することはたいへん困
難である。また、基板に印加する平行磁界は、膜の均一性に悪影響を与える。基板とター
ゲットとの距離を離せば、膜の均一性は改善できるが、堆積速度が大幅に制限される。

斜入射成膜法は、Fe-Co膜の一軸磁気異方性の向上に有効であることが知られている。
応用上重要なパーマロイ（Ni₈₁Fe₁₉）と高い飽和磁化Msを有する膜（例えば、Fe₇₀Co₃₀膜
）では、成膜の入射角度が45°の時、磁化容易軸が90°変化する。入射角度が45°よりも
小さい場合、誘導される磁化容易軸は入射角度と同じ面内にある。ここで、入射角度とは
、基板の法線軸とスパッタ粒子が入射する方向との成す角度と定義する。入射角度が45°
よりも大きい場合、磁化容易軸は入射角度の面に対して横手か垂直方向に向く。斜入射成
膜法は、基板側に磁界を印加しながら入射角度が法線軸に近い角度で成膜する方法（磁界
印加成膜法）に比較して、かなり高い磁気異方性を有する膜が得られる。これは、Co, Fe
, Ni-Fe, Fe-Co, 及び Fe-Co-Bなどの高保磁力を有する様々な材料組成に当てはまる。特
に、70°〜80°の入射角度において非常に大きな磁気異方性が得られる。誘導される磁気
異方性は、成膜の陰影効果による応力又は形状磁気異方性に因るものである。しかし、斜
入射で成膜された膜は、密度が減少するため、飽和磁化密度も減少する。高い飽和磁化密
度が必要な場合、低入射角の成膜しか適用できない。

斜入射成膜により形成された比較的厚いシード層（〜5 nm）を下地層として用いること
で、当該シード層上に成膜される磁性膜に高いＨｋを与えることができる。そうすること
によって、高いＨｋを有する磁性膜を高密度で成膜することができる。また、飽和磁化密
度が維持される小さい入射角度で磁性膜を成膜した場合（例えばFe₇₀Co₃₀膜を<40°で成
膜）でも、磁界印加成膜に比較して高いＨｋが得られる。従って、斜入射成膜は高いＨｋ
を有する書込み磁極膜を成膜する方法として有力である。

磁気ヘッド素子の読込み部のような2.4Tの飽和磁化が必要な場合、高いＨｋを得るため
に高入射角の成膜を使用できる可能性がある。高角側において、Ｈｋの入射角依存性が大
きい。従って、大口径基板における磁気特性の均一性を得るには、入射角度と入射角分布
を制御する必要がある。

斜入射成膜は、応力による磁気異方性を必要とする応用にも有効である。例えば、大き
な圧縮応力を有する非磁性膜に切れ目を入れることで、磁気ヘッドの読込み部の磁性膜の
応力を等方的から切れ目に対して垂直方向に異方的圧縮応力に変化させ、当該磁性膜の磁
気異方性を向上させる手法が用いられている。この応力磁気異方性は、圧縮応力を有する
膜を斜入射成膜することで向上することができる。

Fe-Co膜はNi-Fe膜に比較して磁化容易軸に大きな保磁力Hcを示す。さらに、応用上重要
な、高い飽和磁化を有するFe含有量の多いFe-Co合金では、膜厚を厚くしていくと磁気異
方性（及び磁化容易軸の保磁力）が向上する。これは、主に、膜厚を厚くしていくと結晶
粒径が大きくなるためである。磁気ヘッド素子の読込み部では磁性膜の膜厚は薄く（<5 n
m）、書込み部では膜厚は200 nmよりも厚い場合がある。従って、読込み部の成膜には、
粒径の成長が緩和できるシード層成膜及び吸着原子の移動度低下による方法が望ましい。
Cu, Ni-Fe及びRuシード層は、Fe-Co膜の粒径微細化に有効であることも知られている。膜
厚の増加に伴う粒径粗大化を抑制するためには、基板冷却も有効と考えられる。

特許文献１は、固定された基板印加磁界下において磁性膜を成膜するための方法及び装
置を開示している。大きな長方形ターゲット及び小さな円形基板では、カソードマグネッ
トの漏洩磁界が、基板から遠く離れているので、基板側の磁界と干渉しないようになって
いる。基板付近のカソードマグネットの漏洩磁界は、基板側の磁界源により発生する磁界
とほぼ平行に向いている。基板は、基板磁界と平行、かつ、ターゲット長辺に垂直に搬送
され、ターゲットの下を通過して処理される。リニア搬送方法に固有の、通過する基板表
面のターゲットの長さに平行なすべての部分は、入射するスパッタ粒子の同じフラックス
を受取る。搬送方向に沿った優れた膜厚均一性が期待される。そして、十分に長いターゲ
ットでは、この配置はまた、良好な横手方向の均一性と低スキューの値を有する膜になる
。非常に高い成膜レートは実現可能であり、また、低成膜レートは、基板の搬送速度を上
げることによって達成できる。

特許文献１は、矩形のターゲットの長辺に垂直な方向に基板を直線的に押し出す方法の
利点を明らかにしている。ターゲットからスパッタ粒子のフラックスに沿って、基板を移
動することにより運動方向の均一性が確保される。横断方向の均一性は、長いターゲット
を十分に活用することで達成される。長いターゲットの通常のエロージョンパターンは、
細長いトラックが形成される。長く平行に形成されたエロージョンでは、スパッタ率は、
比較的均一である。ターゲットの下に対称に配置された円形基板にとって、その中心の成
膜レートがもっとも高くなる。典型的に、直径200ｍｍの基板と、１００〜２００ｍｍの
ターゲットと基板との距離において、1σ < 5%のある程度の膜厚均一性を達成するために
は、ターゲットは基板サイズの２倍以上にしなければならない。

特許文献２は、回転するターゲット、基板ステージ、及びドラムシャッターを活用する
斜入射成膜方法を開示している。磁気異方性は斜入射により達成され、低スキュー値は、
基板に平行な磁界を用いずに達成される。特許文献２に開示された成膜方法は、第１の回
転軸を回転中心に回転可能に保持された長方形のターゲットと、第１の回転軸と平行に配
置された第２の回転軸を回転中心に回転可能に保持された基板と、ターゲットと基板との
間に配置され第１の回転軸または第２の回転軸を回転中心に回転可能な遮蔽板とを備えた
スパッタリング装置による成膜方法である。成膜中は、基板と遮蔽板は回転される。遮蔽
板の隙間から基板の一部にスパッタ粒子が到達し、当該基板上に成膜される。

形成されるべき膜の半分の厚さまで成膜が完了すると、基板を第２の回転軸に垂直な第
３の回転軸を回転中心に１８０°回転させた状態で、第２の回転軸を回転中心に反対方向
に回転しながら成膜する。この成膜方法は、単一方向に成膜した場合に比べ、より膜厚均
一性を向上することができる。また膜厚均一性は、成膜中におけるターゲットと基板の回
転角速度と遮蔽板の位置の制御により、より向上することができる。

特表2005-526179号公報 特許第4352104号公報

しかしながら特許文献１は、斜入射スパッタ法による高い誘導磁気異方性を活用してい
ない。スパッタ入射角度や分布に関する制御は解決されていない。

また特許文献２は、成膜中にターゲットエロージョン部と基板上の成膜領域との間の距
離が変化するので、Ｈｋの不均一性はいまだに大きいという問題がある。基板ステージが
回転するので、成膜される基板の領域とシャッターの開口部との距離間隔も、一定とはな
らない。すなわち、成膜配列は、基板上のあらゆる部分で変わりうる。シャッターの開口
部が固定されていると、横軸均一性の制御は困難になる。開口部の最適な形状は、ガス圧
やカソード電力などのプロセス条件と同様に、ターゲット材料によっても異なる。

そこで本発明は、磁性膜の磁気異方性を制御するため、様々な入射角度で成膜するに際
し、またさまざまなターゲットを用いる際においても、成膜中のターゲットと基板の配置
を最適化すること、Ｈｋ均一性、低スキュー値、および膜厚均一性を得ることができるス
パッタリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に磁気層を形成するスパッタリング装置において、真空容器内に設け
られ、表面が矩形状のターゲットを保持するターゲット保持部と、前記ターゲット保持部
の裏面に配置された磁石ユニットと、前記基板を載置する載置面を有する基板保持台と、
前記ターゲットと前記基板保持台の間に設けられた開口部を有するマスクアセンブリと、
前記基板保持台と前記ターゲット保持部を相対的に、かつ前記載置面に平行に移動させる
移動機構とを備え、前記マスクアセンブリは、前記載置面に対し略平行に配置された第１
遮蔽部と第２遮蔽部とを有し、前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部の対向する辺の間に前記
開口部が形成され、前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部は、前記ターゲットの長辺に対し略
垂直方向でかつ前記載置面に平行な方向に、又は、前記載置面に略垂直な方向に、独立し
て移動可能に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、磁性膜の磁気異方性を制御するため、様々な入射角度で成膜するに際
し、さまざまなターゲットにおいても成膜中のターゲットと基板の配置を最適化すること
で、Ｈｋ均一性、低スキュー値、および膜厚均一性を得ることができるスパッタリング装
置を提供することができる。

ハードディスクドライブの磁気ヘッドにおける磁気書込み部の構成を示す平面図である。 ハードディスクドライブの磁気ヘッドにおける読込み部の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの動作手順（１）を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの動作手順（２）を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例におけるシミュレーションで用いたターゲット表面を示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例におけるシミュレーションで用いたターゲット、マスクアセンブリ、基板の位置関係を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例におけるシミュレーション結果（１）を示す膜厚パターンである。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例におけるシミュレーション結果（２）を示す膜厚パターンである。 本発明の第２実施形態に係るマスクアセンブリの別の変形例を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るスパッタリング装置の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るスパッタリング装置の変形例の全体構成を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

（１）磁気ヘッド
まず、本発明に係るスパッタリング装置により形成される磁性層の適用例としてハード
ディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ヘッドの構成について説明する。図１に示すように、
磁気書込み部１０は、側方磁気シールド１５によって囲まれた磁気書込み磁極１１を有す
る。磁気書込み磁極１１は、シード層１１ａ、第１層１１ｂ、スペーサー層１１ｃ、及び
第２層１１ｄを有する。第１層１１ｂ、第２層１１ｄは、通常、高い飽和磁化Ｍｓを有す
るコバルト鉄（Ｆｅ−Ｃｏ）膜からなる。シード層１１ａは、パーマロイからなる。スペ
ーサー層１１ｃは、パーマロイ又はＲｕからなる。

磁気書込み磁極１１は、側方磁気シールド１５の上部１５ａから非磁性スペーサー１２
によって分離されている。当該上部１５ａは、磁気ヘッドが記録媒体に対して下向きに動
作した際の、トレーリングシールドと呼ばれる。トレーリングシールドは、磁気書込み磁
極１１から全体磁場を減少させるが、磁気ディスク媒体の磁場勾配を増加させる。このこ
とは、記録密度を向上させるため、ビット変調幅や磁気ディスク媒体上の磁気ビット間の
境界を減少させるために重要である。

磁気書込み磁極１１の両側の側方磁気シールド１５は、磁気書込み磁極１１から非磁性
スペーサー１３によって分離されている。

図２に示すように、読込み部２０は、ハードバイアス３１と、通常パーマロイからなる
下部シールド２９ａ、及び上部シールド２９ｂによって挟持された磁気抵抗センサ２１と
によって構成されている。ハードバイアス３１は、シード層３１ａ、磁気抵抗センサ２１
に横断フィールドを提供する高飽和保持力を有する強磁性層３１ｂ、キャップ層３１ｃを
備える。

絶縁層３０はハードバイアス３１から磁気抵抗センサ２１を電気的に分離する。磁気抵
抗センサ２１は、通常、反強磁性層２２、磁気固定層２３、スペーサー層２４、磁気リフ
ァレンス層２５、絶縁トンネルバリア層２６、磁化自由層２７、キャップ層２８を備える
。

磁気リファレンス層２５のモーメントは、スペーサー層２４を介して、磁気固定層２３
と反強磁性カップリングしている。磁気固定層２３のモーメントは反強磁性層２２によっ
て固定されている。

いくつかの設計においては、反強磁性層２２はなく、磁気固定層２３のモーメントは、
異方性応力によって対向面（ABS：Air Bearing Surface）に垂直に並べられている。磁気
固定層２３と磁気リファレンス層２５のモーメントは、対向面に対して実質的に垂直であ
るが、磁化自由層２７のモーメントは、強磁性層３１ｂからの磁界によって横断方向にバ
イアスされている。

上部シールド２９ｂ、下部シールド２９ａを介して磁気抵抗センサ２１を通じて、検出
電流が流れる。磁気ディスク媒体上のビットからの磁界により、磁化自由層２７のモーメ
ントがＡＢＳに垂直に回転し、結果的に磁気抵抗センサ２１の抵抗変化をもたらし、電圧
変動として記録される。

磁気書込み磁極１１は、一般的に電気めっきやスパッタリング法によって形成される。
一方、磁気抵抗センサ２１は、スパッタリングによって堆積される。

（２）第１実施形態
次に、本発明の第１実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。図３に示す
ように、スパッタリング装置１００は、真空容器１０１内にカソード部としてのターゲッ
ト１０２及びターゲット保持部（金属製バッキングプレート）１０４と、当該ターゲット
保持部１０４の裏面に設けられた磁石ユニット１０３と、基板載置面１３１ａを有する基
板保持台１３１とを備えている。

真空容器１０１には、プロセスガス導入口１２４を通じて外部からスパッタ成膜に必要
なプロセスガスが供給される。真空容器１０１は、上記プロセスガスや、外部空間から流
入した不純物ガスを排気するための真空ポンプ１２２が設けられている。また、真空容器
１０１には、真空容器１０１内に基板１３０を搬入及び搬出するための導入口１２０が設
けられている。

ターゲット１０２は、図示しないが電力供給ラインからターゲット保持部１０４を通じ
てスパッタに必要な電力が投入される。電力供給ラインは、図示しないが高周波電源及び
直流電源に接続されている。これにより、ターゲット１０２には高周波のみの電力供給、
高周波＋直流重畳による電力供給、及び直流電力のみの電力供給のいずれかが可能である
。また、ターゲット１０２は、矩形状であって、その長辺が本図の紙面に対し垂直方向に
配置されている。ターゲット１０２の長辺は、基板１３０の直径よりも長く形成されてい
る。横軸膜厚均一性を確保するため、ターゲット１０２の長辺は、基板の直径１３０の２
倍以上長く形成することが望ましい。

実用的なターゲット１０２の長さは、製造コストによって制限される。限られたターゲ
ット１０２の長さでは、膜特性の横軸均一性は、１）ターゲット１０２を成膜領域まで減
らす、２）特開昭60-197869号に開示されているようにターゲット１０２の長手方向に沿
って伸びその中央部分よりもその両端側が幅広のスリットを設ける、３）縁の近くのマグ
ネトロン強度を高める、あるいは、逆にターゲット１０２中心のマグネトロン強度を弱め
ることによって改善され得る。

ターゲット保持部１０４には、特に厚い膜を形成するために高いスパッタリング電力が
必要とされる場合、ターゲット１０２を効果的に冷却する冷却水を流す配管（不図示）を
設けることが望ましい。

基板保持台１３１は、移動機構１３２に連結されており、当該移動機構１３２によりｙ
軸方向に沿って直線的に移動可能に設けられている。この場合、ｙ軸方向は、基板表面１
３０ａに対し平行であってターゲット１０２の長辺に対し垂直方向である。なお、基板保
持台１３１の基板載置面１３１ａから、ターゲット１０２の中心までの距離は、１５０ｍ
ｍ以下になるように設定されている。

本実施形態に係るスパッタリング装置１００は、上記基本的構成に加え、本発明の特徴
的構成を備える。以下特徴的構成について説明する。スパッタリング装置１００は、ター
ゲット１０２と基板１３０の間にマスクアセンブリ１０９Ａが設けられている。

マスクアセンブリ１０９Ａは、基板保持台１３１の基板載置面１３１ａに対し平行に配
置された第１遮蔽部１１０と第２遮蔽部１１１とを有する。第１遮蔽部１１０と第２遮蔽
部１１１は、縁部を対向させ幅Ｄ１の間隔（２００ｍｍ以下）を開けた状態で基板表面１
３０ａに対し平行であってターゲット１０２の長辺に垂直方向に配置されている。なお、
マスクアセンブリ１０９Ａの第１遮蔽部１１０及び第２遮蔽部１１１は、TiやAlなどの金
属で構成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、マスクアセンブリ１０
９Ａを、例えば、アルミナ、ガラス、セラミック、誘電体等により形成して、フローティ
ング電位にしてもよい。これにより、ターゲット１０２付近のプラズマがアースへ拡散さ
れるのを防止することができる。
第１遮蔽部１１０と第２遮蔽部１１１の対向する縁部で挟まれた領域にｙ軸方向に沿っ
た幅Ｄ１の開口部１１３が形成される。第１遮蔽部１１０と第２遮蔽部１１１とは、ｙ軸
方向（基板保持台１３１に載置された基板表面１３０ａに対し平行であって、ターゲット
１０２の長辺に対し垂直方向）にそれぞれ独立して移動可能に設けられている。マスクア
センブリ１０９Ａは、第１遮蔽部１１０及び第２遮蔽部１１１が適宜移動することにより
、開口部１１３の位置及び幅Ｄ１を変更することができる。

すなわち、第１遮蔽部１１０は、第２遮蔽部１１１を固定した状態でｙ軸方向に沿って
移動することにより、開口部１１３の幅Ｄ１を大きくしたり小さくしたりすることができ
る。同様に、第２遮蔽部１１１は、第１遮蔽部１１０を固定した状態でｙ軸方向に沿って
移動することにより、開口部１１３の幅Ｄ１を大きくしたり小さくしたりすることができ
る。また、第１遮蔽部１１０と第２遮蔽部１１１を同時に同じ方向に同じ距離だけ移動さ
せることにより、開口部１１３の幅Ｄ１を保持したまま開口部１１３の位置を第１遮蔽部
１１０側又は第２遮蔽部１１１側へ移動することができる。

本発明においては、磁性膜の磁気異方性を制御するため、様々な入射角度で成膜を行う
必要がある。その場合、様々な入射角度に応じて、開口部１１３の幅Ｄ１を大きくしたり
小さくしたりする必要がある。

また、ターゲット１０２は、当該ターゲット表面１０２ａの中心を通る法線１５０を含
むターゲット１０２の長辺に平行な面が、マスクアセンブリ１０９Ａの開口部１１３の中
心を通る法線と重ならないように配置されている。

本実施形態の場合、ターゲット１０２は、当該ターゲット表面１０２ａの中心を通る法
線１５０が、マスクアセンブリ１０９Ａの開口部１１３の中心を通る法線に対し所定の角
度１５１だけ傾斜して配置されている。ターゲット１０２は、第１遮蔽部１１０側から第
２遮蔽部１１１側へ向かって下り勾配となるように斜めに配置されている。これにより、
ターゲット１０２の表面１０２ａは、マスクアセンブリ１０９Ａの開口部１１３を介して
基板表面１３０ａと斜めに対向する。

ターゲット１０２と基板１３０の間で、かつターゲット１０２の近傍には、さらに第３
遮蔽部１０５が設けられている。第３遮蔽部１０５は、ｘ軸方向に沿った回転軸１１８を
回転中心に回動可能に真空容器内に設けられている。第３遮蔽部１０５は、回転方向１０
５ａに沿って回動することにより、ターゲット１０２の第１遮蔽部１１０側のターゲット
表面１０２ａの一部を覆うように配置されている。

上記のようにターゲット１０２は、マスクアセンブリ１０９Ａの開口部１１３の中心を
通る法線に対し所定の角度１５３を有するように斜めに配置されているので、ターゲット
表面１０２ａから垂直に放出されたスパッタ粒子は、基板１３０の法線軸１５２に対して
、斜めに入射する。

上記のように構成されたスパッタリング装置１００では、成膜条件に合わせて、マスク
アセンブリ１０９Ａの開口部１１３の幅Ｄ１と位置を設定するため、第１遮蔽部１１０及
び第２遮蔽部１１１を適宜移動させる。同時に、ターゲット１０２の第１遮蔽部１１０側
の表面を使用するか否かに合わせて第３遮蔽部１０５を回動させる。したがって、スパッ
タリング装置１００によれば、さまざまなターゲットにおいても成膜中のターゲット１０
２と基板１３０の配置を最適化することができる。

例えば、入射角度が大きい成膜条件の場合、第３遮蔽部１０５は本図に示すように表面
がターゲット表面１０２ａと略平行に回動した状態に配置される。このように第３遮蔽部
１０５を配置することで、ターゲット表面１０２ａの第１遮蔽部１１０側から略直下方向
に入射するスパッタ粒子を遮ることができる。したがって、スパッタ粒子は、ターゲット
１０２の第２遮蔽部１１１側のターゲット表面１０２ａから開口部１１３を通じてのみ基
板１３０へ入射するので、開口部１１３を第１遮蔽部１１０側へ配置することにより、入
射角度の大きいスパッタ粒子のみを基板１３０に入射させることができる。

一方、入射角度が小さい成膜条件の場合、第３遮蔽部１０５は成膜レートをより高める
ため回転方向１０５ａに沿って回動し表面がターゲット表面１０２ａに対し略垂直に配置
されるのが好ましい。このように第３遮蔽部１０５を配置することで、第１遮蔽部１１０
側のターゲット表面１０２ａから略直下方向にもスパッタ粒子を入射させることができる
。したがって、ターゲット表面１０２ａのより広い範囲から基板１３０にスパッタ粒子を
入射させることができるので、成膜レートをより高めることができる。

スパッタリング装置１００は、上記のように所定の入射角度を得るため第１遮蔽部１１
０、第２遮蔽部１１１及び第３遮蔽部１０５の配置が決定してから、成膜を開始する。こ
のとき、基板保持台１３１は基板１３０をｙ軸方向に沿って等速で移動させる。これによ
り、スパッタリング装置１００は、基板１３０全面に対し、入射角度、及びターゲット表
面１０２ａから放出されたスパッタ粒子が基板表面１３０ａに到達するまでの距離が同じ
成膜条件で成膜をすることができるので、磁気異方性を向上するとともに低スキューであ
る磁性膜を得ることができる。

（３）第２実施形態
次に、第２実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。本実施形態に係るス
パッタリング装置は、上記第１実施形態に対し、マスクアセンブリの構成のみが異なる。
以下では、マスクアセンブリの構成のみについて説明する。

図４に示すように、本実施形態に係るマスクアセンブリ１０９Ｂは、第１遮蔽部１４０
と第２遮蔽部１４１とを有し、互いに縁部を対向させ幅Ｄ１の間隔を開けた状態で配置さ
れている。

第１遮蔽部１４０は、主遮蔽部１４２と中央遮蔽部１４３とを有する。主遮蔽部１４２
は、駆動部１４２ａに連結されており、ｙ軸方向に沿って移動可能に設けられている。中
央遮蔽部１４３は、ｘ軸方向の長さが主遮蔽部よりも短く形成されており、主遮蔽部１４
２の上面側の中央、すなわち基板保持台（本図には不図示）に載置された基板１３０の中
央部に対向し得る位置に配置されている。中央遮蔽部１４３は、駆動部１４３ａに連結さ
れており、主遮蔽部１４２から独立してｙ軸方向に沿って移動可能に設けられている。

同様に、第２遮蔽部１４１は、主遮蔽部１４５と中央遮蔽部１４６とを有する。主遮蔽
部１４５は、駆動部１４５ａに連結されており、ｙ軸方向に沿って移動可能に設けられて
いる。中央遮蔽部１４６は、ｘ軸方向の長さが主遮蔽部１４５よりも短く形成されており
、主遮蔽部１４５の上面側の中央に配置されている。中央遮蔽部１４６は、駆動部１４６
ａに連結されており、主遮蔽部１４５から独立してｙ軸方向に沿って移動可能に設けられ
ている。

上記のようにマスクアセンブリ１０９Ｂは、第１遮蔽部１４０及び第２遮蔽部１４１の
主遮蔽部１４２，１４５が適宜移動することにより、開口部１１３の位置及び幅Ｄ１を変
更できるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに本実施形態に係るマスクアセンブリ１０９Ｂは、中央遮蔽部１４３，１４６が適
宜移動することにより、開口部１１３の中央部分のみの幅を短くすることができるので、
基板１３０の中央部において成膜レートを低下させて、基板１３０のｘ軸方向に沿った中
央の膜厚が、ｘ軸方向に沿った基板１３０の両端部に比べ厚くなることを防止することが
できる。

例えば、入射角度が小さい成膜条件の場合、図５に示すように、第１遮蔽部１４０と第
２遮蔽部１４１の主遮蔽部１４２，１４５を第２遮蔽部１４１側へ配置する。このとき第
３遮蔽部１０５は回転方向１０５ａに沿って回動しターゲット表面１０２ａに対し表面が
略垂直に配置されるのが好ましい。これにより開口部１１３が第２遮蔽部１４１側に配置
されるので、ターゲット表面１０２ａの所定の位置から放出されるスパッタ粒子の軌跡は
、本図に示すようにターゲット表面１０２ａの第１遮蔽部１４０側から開口部１１３を通
じて基板１３０へ入射する範囲５０ａ〜５０ｂに制限される。さらに、第１遮蔽部１４０
の中央遮蔽部１４３を主遮蔽部１４２の縁部から突出するように配置することにより、開
口部１１３の中央部分のみの幅を小さくすることができる。これにより、基板１３０の中
央部において形成される薄膜の膜厚が厚くなることを防止することができ、基板１３０全
体における膜厚の不均一性を改善することができる。また、これにより、軌跡５０ａを超
える入射角度を有するスパッタ粒子が基板１３０に入射することを制限することができる
。

一方、入射角度が大きい成膜条件の場合、図６に示すように、第１遮蔽部１４０と第２
遮蔽部１４１の主遮蔽部１４２，１４５を第１遮蔽部１４０側へ配置する。このとき第３
遮蔽部１０５は表面がターゲット表面１０２ａと略平行に回動した状態に配置される。こ
れにより開口部１１３が第１遮蔽部１４０側に配置されるとともに第１遮蔽部１４０側の
ターゲット表面１０２ａが第３遮蔽部１０５で覆われるので、ターゲット表面１０２ａの
所定の位置から放出されるスパッタ粒子の軌跡は、本図に示すようにターゲット表面１０
２ａの第２遮蔽部１４１側から開口部１１３を通じて基板１３０へ入射する範囲５０ａ〜
５０ｂに制限される。

したがって、入射角度の大きいスパッタ粒子のみを基板１３０に入射させることができ
る。さらに、第２遮蔽部１４１の中央遮蔽部１４６を主遮蔽部１４５の縁部から突出する
ように配置することにより、開口部１１３の中央部分のみの幅を小さくすることができる
ので、上記した膜厚の不均一性を低減する効果を得ることができる。また、第２遮蔽部１
４１の中央遮蔽部１４６を主遮蔽部１４５の縁部から突出するように配置することにより
、軌跡５０ｂよりも小さい入射角度を有するスパッタ粒子が基板１３０に入射することを
制限することができる。

（変形例）
次に、上記第２実施形態に係るマスクアセンブリの変形例について説明する。図７に示
すマスクアセンブリ１０９Ｃは第１遮蔽部１６０と第２遮蔽部１６１とを有し、互いに縁
部を対向させ幅Ｄ１の間隔を開けた状態で配置されている。

第１遮蔽部１６０は、同一平面上に配置された１対の主遮蔽部１６２ａ，１６２ｂと、
当該１対の主遮蔽部１６２ａ，１６２ｂの間に配置された中央遮蔽部１６３とを有する。
１対の主遮蔽部１６２ａ，１６２ｂは、駆動部（不図示）に連結されており、一体的に移
動可能に設けられている。中央遮蔽部１６３は、駆動部（不図示）に連結されており、主
遮蔽部１６２ａ，１６２ｂから独立してｙ軸方向に沿って移動可能に設けられている。

同様に、第２遮蔽部１６１は、同一平面上に配置された１対の主遮蔽部１６５ａ，１６
５ｂと、当該１対の主遮蔽部１６５ａ，１６５ｂの間に配置された中央遮蔽部１６６とを
有する。１対の主遮蔽部１６５ａ，１６５ｂは、駆動部（不図示）に連結されており、一
体的に移動可能に設けられている。中央遮蔽部１６６は、駆動部（不図示）に連結されて
おり、主遮蔽部１６５ａ，１６５ｂから独立してｙ軸方向に沿って移動可能に設けられて
いる。

上記のように構成された本変形例に係るマスクアセンブリ１０９Ｃによれば、中央遮蔽
部１６３，１６６のみが適宜移動することにより、開口部１１３の中央部分のみの幅Ｄ２
を変更することができる。このように開口部１１３の中央部分のみの開口幅Ｄ２を変更す
ることができることにより、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本変形例の場合、中央遮蔽部１６３，１６６を、ｘ軸方向に沿った一対の主遮蔽
部１６２ａ，１６２ｂ及び１６５ａ，１６５ｂの間に配置したことにより、第２実施形態
に比べマスクアセンブリの厚みを小さくすることができる。

なお、上記第２実施形態及び本変形例では、中央遮蔽部１６３，１６６同士の対向する
各縁部は直線状である場合について図示したが、本発明はこれに限らず、湾曲状に突出し
て形成してもよい。

（シミュレーション）
次に、本変形例に係るマスクアセンブリをモデルとしたシミュレーションについて説明
する。図８は、膜厚特性をシミュレーションするために用いたターゲット１０２のエロー
ジョンパターンを示す。ターゲット１０２は、幅１０２ｄ（１３０ｍｍ）と縦１０２ｅ（
５１０ｍｍ）を有する。規定の磁石ユニットによるエロージョンパターンは、ターゲット
表面１０２ａ上に描かれている。

入射角度が大きい成膜条件とするため、ターゲット表面１０２ａの図中破線で囲まれて
いる範囲からのスパッタ粒子を基板１３０上に入射させるように設定した。上記範囲は、
ターゲット１０２の中心１０２ｃから下側で長い直線状の溝１０２ｂが形成されている。

図９は、基板１３０と、マスクアセンブリ１０９Ｃとの位置関係を示す。マスクアセン
ブリ１０９Ｃは開口部１１３の幅Ｄ１が２０ｍｍに設定されている。ターゲット１０２は
、ターゲット表面１０２ａが基板表面１３０ａに対して角度３０°、ターゲット１０２か
ら基板表面１３０ａまでの距離Ｌ３が１５０ｍｍの位置に設定した。

マスクアセンブリ１０９Ｃは、基板表面１３０ａからの距離Ｌ１を２７ｍｍとし、厚さ
は本シミュレーションにおいて無視した。開口部１１３は、開口部１１３の中心からター
ゲット１０２中心までの距離Ｌ２が１２７ｍｍとなる位置に設定した。

第３遮蔽部１０５は、ターゲット表面１０２ａの第１遮蔽部１６０側からのスパッタ粒
子を遮断し、第２遮蔽部１６１側のターゲット表面１０２ａからのスパッタ粒子を通過さ
せる。第２遮蔽部１６１側のターゲット表面１０２ａからのスパッタ粒子の入射角度は平
均５０°である。

成膜中、基板１３０は、開口部１１３の下方で、基板表面１３０ａに平行なｙ軸方向に
沿って移動する。スパッタ粒子の速度は、cosⁿφ−n₂exp(-φ²/1000)とした。φは、ター
ゲット表面１０２ａの法線からの角度で、n = 0.75、n₂ = 0.5である。

図１０は、シミュレーションで得られた基板表面１３０ａ上の膜厚パターンである。図
１０に示すように、薄暗い領域は、明るい領域より膜厚が厚い状態を示す。本シミュレー
ションの結果、膜厚の不均一性は10.2%であった。薄暗い領域は、基板の横軸中間領域に
主に存在し、幅Ｄ３は約１２０ｍｍである。

次に、第２遮蔽部１６１の中央遮蔽部１６６を、開口部１１３へ１ｍｍ突出させた状態
でシミュレーションを行った。これによって、図１１に示すように膜厚の不均一性が６．
２％に低減することが確認できた。また、外周部の膜厚が中心部に比べて増加している。

第２遮蔽部１６１の中央遮蔽部１６６の先端は直線状である場合について検討したが、
先端を湾曲状に突出した形状とすることによって、さらに膜厚不均一性を低減できると考
えられる。

（別の変形例）
次に、上記第２実施形態に係るマスクアセンブリの別の変形例について説明する。図１
２に示すマスクアセンブリ１０９Ｄは第１遮蔽部１７０と第２遮蔽部１７１と中央遮蔽部
１７２とを有する。第１遮蔽部１７０は、駆動部１７０ａに連結されており、ｙ軸方向に
沿って移動可能に設けられている。同様に、第２遮蔽部１７１は、駆動部１７１ａに連結
されており、ｙ軸方向に沿って移動可能に設けられている。第１遮蔽部１７０と第２遮蔽
部１７１は互いに先端縁１７０ｃ、１７１ｃを対向させ幅Ｄ１の間隔を開けた状態で配置
されている。

中央遮蔽部１７２は、中央に厚さ方向に貫通した穴１７５が形成された板状の部材で構
成されており、第１遮蔽部１７０及び第２遮蔽部１７１の上面側に配置されている。中央
遮蔽部１７２は駆動部１７２ａに連結されており、ｙ軸方向に沿って第１遮蔽部１７０及
び第２遮蔽部１７１から独立して移動可能に設けられている。

上記穴１７５は、平面視において略Ｈ形に形成されている。穴１７５の内周縁の、ｘ軸
方向の略中央には、突部１７２ｃ，１７２ｄがそれぞれ形成されている。

上記のように構成されたマスクアセンブリ１０９Ｄによれば、第１遮蔽部１７０及び第
２遮蔽部１７１が適宜移動することにより、開口部１１３の位置及び幅Ｄ１を変更できる
ことに加え、中央遮蔽部１７２のみが適宜移動することにより、開口部１１３の中央部分
のみの幅を変更することができる。これにより、上記第２実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。

（４）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。上記第１実
施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

図１３に示すスパッタリング装置２００は、真空容器２０１内に第１カソード部２６１
と、第２カソード部２６２と、基板保持台２３１とを備えている。第１カソード部２６１
は、第１ターゲット２０２、及びターゲット保持部２０４と、当該ターゲット保持部２０
４の裏面に設けられた磁石ユニット２０３とを有する。同様に第２カソード部２６２は、
第２ターゲット２０５、及びターゲット保持部２０７と、当該ターゲット保持部２０７の
裏面に設けられた磁石ユニット２０６とを有する。第１ターゲット２０２と第２ターゲッ
ト２０５は、同種の材料で形成してもよく、また異種の材料で形成してもよい。

第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５は、図示しないが電力供給ラインからタ
ーゲット保持部２０４，２０７を通じてスパッタリングに必要な電力が投入される。電力
供給ラインは図示しないが高周波電源及び／又は直流電源に接続されている。これにより
、第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５には高周波のみの電力供給、高周波＋直
流重畳による電力供給、及び直流電力のみの電力供給のいずれかが可能である。また、第
１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５は、矩形状であって、長辺が本図の紙面に対
し垂直方向に配置されている。第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５の長辺は、
基板１３０の直径より長く形成されている。

基板保持台２３１は、基板冷却台２３８上に設置され、移動機構２３９によりｙ軸方向
に沿って移動可能に設けられている。基板冷却台２３８は、極低温ヘッド２３２とクライ
オポンプ２３３とを備える。極低温ヘッド２３２とクライオポンプ２３３とは、冷却ガス
通路２３４で連通している。冷却ガス通路２３４には、基板保持台２３１を冷却し真空容
器２０１内の気体分子を冷却するための冷却ガスを供給する冷却ガス供給管（不図示）が
連通されている。冷却ガス供給管は、ベローズ（伸縮管）２２５の内部空間２２３ａ内に
配置される。

ベローズ２２５は、外部空間１２３に連通しており、基板冷却台２３８の移動に合わせ
伸縮し得るように構成されている。冷却ガス供給管は、ベローズ２２５が伸張したときの
長さからベローズ２２５が収縮したときの長さまでスムーズに可撓し得るようベローズ２
２５内に収納されている。

冷却ガス供給管（不図示）から供給された冷却ガスは基板保持台２３１へ供給され、基
板保持台２３１を冷却する。これによりクライオポンプ２３３は、基板保持台２３１を極
低温にすることにより、真空容器２０１内の気体分子を凝縮または吸着させて捕捉し排気
して真空容器２０１内を超真空にするとともに、基板保持台２３１上の基板１３０も冷却
する。

移動機構２３９は、真空容器２０１の床面に設けられた駆動部２４１ａと、ｙ軸方向に
沿って延設されたウォーム２４２と、当該ウォーム２４２に螺合している直動部２４１と
、直動部２４１に連結された台車２４０と、ウォーム２４２に平行に延設されたガイドレ
ール２４３とを有する。ウォーム２４２は駆動部２４１ａに連結されている。台車２４０
は車輪２４０ａを備え、基板保持台２３１及び基板冷却台２３８が載置されている。当該
車輪２４０ａはガイドレール２４３に沿って走行し得るように形成されている。

駆動部２４１ａは、ウォーム２４２に回転力を伝達する。ウォーム２４２に螺合してい
る直動部２４１は、ウォーム２４２の回転により、ウォーム２４２に沿って直線運動をす
る。直動部２４１の直線運動により、当該直動部２４１に連結された台車２４０は、ガイ
ドレール２４３に沿って移動する。このようにして、移動機構２３９は、台車２４０上に
配置された基板保持台２３１をｙ軸方向に沿って移動させることができる。

第１ターゲット２０２及び第２ターゲット２０５と、基板１３０の間に配置されたマス
クアセンブリ２０９は、基板保持台２３１の基板載置面に対し平行に配置された第１遮蔽
部２１０と第２遮蔽部２１１とを有する。第１遮蔽部２１０と第２遮蔽部２１１は、先縁
部を対向させ幅Ｄ１の間隔を開けた状態で、基板表面１３０ａに対し平行であって第１タ
ーゲット２０２及び第２ターゲット２０５の長辺に垂直方向に配置されている。第１遮蔽
部２１０と第２遮蔽部２１１の対向する縁部で挟まれた領域に開口部１１３が形成される
。

第１遮蔽部２１０は駆動部２１０ａに連結されており、ｙ軸方向に沿って独立して移動
可能に設けられている。同様に、第２遮蔽部２１１は駆動部２１１ａに連結されており、
ｙ軸方向に沿って独立して移動可能に設けられている。マスクアセンブリ２０９は、第１
遮蔽部２１０及び第２遮蔽部２１１が適宜移動することにより、開口部１１３の位置及び
幅Ｄ１を変更することができる。

第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５は、当該第１及び第２ターゲット表面２
０２ａ，２０５ａの中心を通る法線を含むターゲット２０２，２０５の長辺に平行な面が
、マスクアセンブリ２０９の開口部１１３の中心を通る法線と重ならないように配置され
ている。本実施形態の場合、第１ターゲット２０２は、当該第１ターゲット表面２０２ａ
の中心を通る法線が、マスクアセンブリ２０９の開口部１１３の中心を通る法線に対し所
定の角度２５５（１５°以上４５°以下）だけ傾斜して配置されている。第１ターゲット
２０２は、第１遮蔽部２１０側から第２遮蔽部２１１側へ向かって上り勾配となるように
斜めに配置されている。これにより、第１ターゲット２０２の表面２０２ａは、マスクア
センブリ２０９の開口部１１３を介して基板表面１３０ａと斜めに対向する。

第２ターゲット２０５は、当該第２ターゲット表面２０５ａの中心を通る法線が、マス
クアセンブリ２０９の開口部１１３の中心を通る法線に対し所定の角度２５１（−１５°
以上−４５°以下）だけ傾斜して配置されている。第２ターゲット２０５は、第１遮蔽部
２１０側から第２遮蔽部２１１側へ向かって下り勾配となるように斜めに配置されている
。これにより、第２ターゲット２０５の表面２０５ａは、マスクアセンブリ２０９の開口
部１１３を介して基板表面１３０ａと斜めに対向する。

上記のように第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５は、マスクアセンブリ２０
９の開口部１１３の両側に配置され、表面２０２ａ，２０５ａが基板表面１３０ａに対し
傾斜した状態で互いに対向している。これにより、第１ターゲット表面２０２ａの所定の
位置から放出されたスパッタ粒子は、軌跡２５４を辿り、角度２５５で基板１３０に入射
する。一方、第２ターゲット表面２０５ａの所定の位置から放出されたスパッタ粒子は、
軌跡２５０を辿り、角度２５１で基板１３０に入射する。

このようにスパッタリング装置２００は、マスクアセンブリ２０９の第１遮蔽部２１０
及び第２遮蔽部２１１が適宜移動することにより、開口部１１３の位置及び幅Ｄ１を変更
できるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態のスパッタリング装置２００によれば、基板１３０を冷却しながら第
１ターゲット２０２及び第２ターゲット２０５から順次スパッタリングすることができる
。

因みに、多くのデバイス素子では、一般的に異なる厚さを有する多層膜が形成される。
厚い膜とともに、薄膜は、以下の目的で用いられる。第１に、薄膜は、厚い膜と基板との
接着力を向上する。第２に、薄膜は、より厚い膜に結晶学的組織を促進するため、結晶の
下地を提供する。第３に、薄膜は、厚い膜の結晶粒径のような成長特性を制御する。第４
に、薄膜は、酸化や劣化を防止するため、厚いセンシティブ層を覆う。

薄膜は、２つの厚い金属層を互いに絶縁し、トンネルバリアを付与したり、また、２つ
の厚い強磁性層間に反強磁性カップリングをもたらしたりするような特別な機能を付与す
ることもできる。例えば、ＨＤＤの磁気ヘッドの書込み部は、ＮｉＦｅやＦｅＣｏ合金の
２つの二重層を備える。各二重層は、１ｎｍのＮｉＦｅ（パーマロイ）層と、２００ｎｍ
の厚さの高磁気異方性のＦｅＣｏ層とを有する。薄いパーマロイ層は、ＦｅＣｏ層の形成
を促進するだけでなく、結晶粒径を小さくするための下地となる。ＮｉＦｅ又は、Ｒｕや
Ｔａのような金属の薄膜は、２つの二重層の構造を保護するために、使用される。

厚さの異なる層を形成するため、広い範囲の成膜レートで成膜できるようにする必要が
ある。カソードへ供給する電力を制御することにより、最大レートの１％以下まで、成膜
レートを制御することができる。しかしながら、プラズマ分布は、利用可能なカソード電
力の範囲で常に同じではなく、特にカソード電力が低い場合に、ターゲットの中心部分に
集中したプラズマ分布となり、結果、膜厚均一性に悪影響を与えてしまう。

ターゲットに対して基板を移動可能に保持する基板保持台を備えるスパッタリング装置
では、成膜レートを小さくするには、スパッタ粒子に曝される時間を減らすため、基板保
持台の移動速度を速くする必要がある。しかしながら、基板温度を制御するための加熱冷
却機構を備えた基板保持台は大型であるから、当該基板保持台を高速で移動させることは
困難である。

本実施形態に係るスパッタリング装置２００は、このような問題点を解決し得る。すな
わち、本実施形態に係るスパッタリング装置２００は、開口部１１３を有する移動可能な
マスクアセンブリ２０９を備える。ターゲット２０２，２０５に対する開口部１１３の位
置を移動することにより、スパッタ粒子の入射角度を規定することができる。開口部１１
３の幅Ｄ１を変更することにより、入射角度の分布を制御するとともに、あらゆる入射角
度での成膜レートを制御することができる。

ターゲットへ供給する電力を変更することは、ターゲット表面のプラズマプロファイル
が変化するため、結果的に膜厚均一性に影響を与える。例えば、２００ｎｍから１ｎｍま
での急激な膜厚の減少に対応するため、あまりに大幅に電力の変更を行うと、プラズマ分
布が変わり、膜厚均一性に悪影響となる。

これに対し本実施形態に係るスパッタリング装置２００は、ターゲット２０２，２０５
へ供給する電力を大幅に変更することなく、開口部１１３の幅Ｄ１を変えることで、成膜
レートを変えることができる。

マスクアセンブリ２０９の第１遮蔽部２１０及び第２遮蔽部２１１を０．２ｍｍほど位
置補正することで、０．４ｍｍの最大開口幅を変更可能にすることで、２％以下の成膜レ
ートを再現することが可能である。従って、前述したように、磁石ユニット２０３，２０
６の交換をせず、基板保持台２３１の移動速度を変えずに、効果的な成膜レートを１／５
０に低減することができる。

（５）第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。上記第３実
施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。本実施形態に係るス
パッタリング装置は、基板保持台が固定されており第１カソード部及び第２カソード部が
直線状に移動可能に設けられている点が上記第３実施形態と異なる。

図１４に示すように、スパッタリング装置３００は、真空容器３０１内にターゲットア
センブリ３７０と基板保持台２３１とを備えている。ターゲットアセンブリ３７０は、ア
センブリ本体３７１と、第１カソード部２６１と、第２カソード部２６２と、マスクアセ
ンブリ２０９とを有し、移動機構３０５により真空容器３０１内をｙ軸方向に沿って直線
的に移動可能に設けられている。第１ターゲット２０２と第２ターゲット２０５の長辺は
、基板１３０の直径より長く形成されている。

アセンブリ本体３７１は、逆Ｖ字形部３７２を有する筒状の部材で構成されている。逆
Ｖ字形部３７２を構成する各辺には、第１カソード部２６１と第２カソード部２６２がそ
れぞれ設けられている。第１カソード部２６１と第２カソード部２６２は、第１ターゲッ
ト２０２及び第２ターゲット２０５が逆Ｖ字形部３７２の開口に表出するように設けられ
ている。逆Ｖ字形部３７２の開口には、当該開口を横断するようにマスクアセンブリ２０
９が設けられている。

アセンブリ本体３７１の側壁から真空容器３０１の側壁までの、排気空間１２１を横断
するようにベローズ３２５が設けられている。ベローズ３２５は外部空間１２３に連通し
ている。ベローズ３２５内には、第１ターゲット２０２及び第２ターゲット２０５に電力
を供給する電力供給ライン（不図示）が挿通されている。

移動機構３０５は、真空容器３０１の天井面に設けられた駆動部３４１ａと、ｙ軸方向
に沿って配置されたウォーム３４２と、当該ウォーム３４２に螺合している直動部３４１
と、２個の台車３４０と、ウォーム３４２に平行に設けられたガイドレール３４３とを有
する。ウォーム３４２は駆動部３４１ａに連結されている。台車３４０は、車輪３４０ａ
を備え、アセンブリ本体３７１の上面両端近傍にそれぞれ連結されている。当該車輪３４
０ａはガイドレール３４３上を走行し得るように形成されている。直動部３４１は、アセ
ンブリ本体３７１に固定されている。

駆動部３４１ａは、ウォーム３４２に回転力を伝達する。ウォーム３４２に螺合してい
る直動部３４１は、ウォーム３４２の回転により、ウォーム３４２に沿って直線運動をす
る。直動部３４１の直線運動により、当該直動部３４１に連結されたアセンブリ本体３７
１は、ガイドレール３４３に沿って移動する。アセンブリ本体３７１には台車３４０が２
個連結されている。これにより、アセンブリ本体３７１は、より安定的に移動することが
できる。このようにして、移動機構３０５は、アセンブリ本体３７１をｙ軸方向に沿って
移動させることができる。

基板載置面２３１ａを有する基板保持台２３１は真空容器３０１に固定されている。基
板保持台２３１が設置された基板冷却台２３８は、圧縮ガスライン３３５を通じて外部の
真空装置（不図示）に連通してもよい。

このようにスパッタリング装置３００によれば、マスクアセンブリ２０９の第１遮蔽部
２１０及び第２遮蔽部２１１が適宜移動することにより、開口部１１３の位置及び幅Ｄ１
を変更できるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るスパッタリング装置３００は、上記第３実施形態と同様に、基
板１３０を冷却しながら第１ターゲット２０２及び第２ターゲット２０５から順次スパッ
タリングすることができる。さらに、ターゲットアセンブリ３７０を移動可能に形成した
ことにより、基板保持台２３１を固定しておくことができ、構成を簡略化することができ
る。

（６）第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。上記第３実
施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。本実施形態に係るス
パッタリング装置は、カソード部の構成が上記第３実施形態と異なる。

図１５に示すように、スパッタリング装置４００は、真空容器４０１内にターゲットア
センブリ４７０と基板保持台２３１とを備えている。基板保持台２３１は、移動機構２３
９により真空容器４０１内を直線的に移動可能に設けられている。

真空容器４０１は、その天井部分においてターゲットアセンブリ４７０を収容する、縦
断面略円状の収容室４０２が一体的に形成されている。ターゲットアセンブリ４７０は、
アセンブリ本体４７１と、第１ターゲット群４７８と、第２ターゲット群４７９と、ハブ
４７２とを有し、収容室４０２内においてハブ４７２を回転中心として回転可能に設けら
れている。真空容器４０１内の天井部分であって、収容室４０２との連通する部分にはマ
スクアセンブリ２０９が設けられている。

アセンブリ本体４７１は、縦断面略円状の収容室４０２の回転中心から収容室４０２の
内壁（外側）に向かって延設された、縦断面略逆Ｖ字形状のターゲット保持面４５０を含
む筒状部材で構成されている。さらに、該筒状部材は、ターゲット保持面４５０と該回転
中心に対して略対称に設けられ、縦断面略円状の収容室４０２の回転中心から収容室４０
２の内壁（外側）に向かって延設された、縦断面略Ｖ字形状のターゲット保持面４５１を
有する。当該保持面４５０には第１ターゲット群４７８が設けられ、他方の保持面４５１
には第２ターゲット群４７９が設けられている。

第１ターゲット群４７８は、第１カソード部４６１と第２カソード部４６２とを有する
。第２ターゲット群４７９は、第３カソード部４６３と第４カソード部４６４とを有する
。

第１カソード部４６１は、第１ターゲット４７４と、ターゲット保持部４７４ｄと、当
該ターゲット保持部４７４ｄの裏面に設けられた磁石ユニット４７４ｃとを有する。第１
ターゲット４７４は、表面４７４ａが傾斜した状態で基板１３０と対向し得る。また、第
１ターゲット４７４は、矩形状であって、長辺が本図の紙面に対し垂直方向に配置されて
いる。第１ターゲット４７４の長辺は、基板１３０の直径より長く形成されている。

第１ターゲット表面４７４ａと基板１３０のなす角度４７４ｂは、ハブ４７２の回転角
度により適宜調整し得る。磁石ユニット４７４ｃは、大気圧空間であるアセンブリ本体内
４７３に設置されている。第２〜第４カソード部４６２〜４６４も第１カソード部４６１
と同様の構成であるので、説明を省略する。

第１カソード部４６１と第２カソード部４６２は、ターゲット表面４７４ａ，４７５ａ
が互いに斜めに対向した状態で保持面４５０に固定されている。第３カソード部４６３と
第４カソード部４６４は、ターゲット表面４７６ａ，４７７ａが互いに斜めに対向した状
態で保持面４５１に固定されている。第１ターゲット４７４、第２ターゲット４７５、第
３ターゲット４７６、第４ターゲット４７７は、同種の材料で形成してもよく、また異種
の材料で形成してもよい。

このようにスパッタリング装置４００によれば、マスクアセンブリ２０９、基板冷却台
２３８、移動機構２３９を有することにより、上記第３実施形態と同様の効果を得ること
ができる。

また、スパッタリング装置４００は、ハブ４７２を回転中心としてターゲットアセンブ
リ４７０を回転させることにより、第１ターゲット群４７８と第２ターゲット群４７９の
いずれか一方を選択できるので、ターゲット交換等のメンテナンス期間を拡張することが
できる。

スパッタリング装置４００は、第１ターゲット群４７８において第１カソード部４６１
と第２カソード部４６２は、ターゲット表面４７４ａ，４７５ａが互いに斜めに対向した
状態で保持面４５０に固定されているので、いずれか一方のターゲット表面でスパッタリ
ングしたり、２つのターゲット表面でスパッタリングしたりすることができる。

また、スパッタリング装置４００は、本図においてアセンブリ本体４７１をハブ４７２
を回転中心として１８０°回転させると、第２ターゲット群４７９において第３カソード
部４６３と第４カソード部４６４が、ターゲット表面４７６ａ，４７７ａが互いに斜めに
対向した状態で保持面４５１に固定されているので、いずれか一方のターゲット表面でス
パッタリングしたり、２つのターゲット表面でスパッタリングしたりすることができる。

（７）第６実施形態
次に、本発明の第６実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。上記第３実
施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。本実施形態に係るス
パッタリング装置は、カソード部の構成が上記第３実施形態と異なる。

図１６に示すように、スパッタリング装置５００は、真空容器５０１内にターゲットア
センブリ５７０と基板保持台２３１とを備えている。基板保持台２３１は、移動機構２３
９により真空容器５０１内を直線的に移動可能に設けられている。

真空容器５０１は、その天井部分においてターゲットアセンブリ５７０を収容する収容
室５０２が一体的に形成されている。ターゲットアセンブリ５７０は、アセンブリ本体５
７１と、第１カソード部５６１と、第２カソード部５６２と、第３カソード部５６３と、
第４カソード部５６４と、ハブ５７２とを有し、収容室５０２内においてハブ５７２を回
転中心として回転可能に設けられている。真空容器５０１内の天井部分には、収容室５０
２との連通する部分にマスクアセンブリ２０９が設けられている。

アセンブリ本体５７１は、縦断面略正方形状の筒状の部材で構成され、ターゲット保持
面であるその表面に均等に第１〜第４カソード部５６１〜５６４が配置されている。当該
アセンブリ本体５７１の周囲には、ドラムシールド５７８が設けられている。ドラムシー
ルド５７８は、下面側に開口５７９を有しアセンブリ本体５７１の各面を覆う筒状の部材
で構成され、ハブ５７２と同軸において回転し得るように設けられている。

第１カソード部５６１は、第１ターゲット５７４と、ターゲット保持部５７４ｄと、当
該ターゲット保持部５７４ｄの裏面に設けられた磁石ユニット５７４ｃとを有する。第１
ターゲット５７４は、第１ターゲット表面５７４ａが傾斜した状態で基板１３０と対向し
得る。また、第１ターゲット５７４は、矩形状であって、長辺が本図の紙面に対し垂直方
向に配置されている。第１ターゲット５７４の長辺は、基板１３０の直径より長く設定さ
れている。

第１ターゲット表面５７４ａと基板１３０のなす角度５７４ｂは、ハブ５７２の回転角
度により適宜調整し得る。磁石ユニット５７４ｃは、大気圧空間であるアセンブリ本体５
７１内に設置されている。第２〜第４カソード部５６２〜５６４も第１カソード部５６１
と同様の構成であるので、説明を省略する。ドラムシールド５７８を固定したまま、ター
ゲットアセンブリ５７０を回転すると、各ターゲット表面５７４ａ、５７５ａ、５７６ａ
、５７７ａが、基板表面１３０ａに対向する。

各ターゲット表面５７４ａ〜５７７ａと基板１３０のなす角度５７４ｂは、より大きい
入射角度で成膜するため調整することができる。例えば、高い飽和磁化Ｍｓを有するFe₇₀
Co₃₀の成膜レートを向上させるには、入射角度が３０°になるように角度５７４ｂを設定
するのが好ましい。

より大きい入射角度で成膜するには、開口部１１３を第１遮蔽部２１０側へ移動させ、
ハブ５７２を回転中心としてアセンブリ本体５７１を図中反時計方向に回転し、角度５７
４ｂが小さくなるように設定すればよい。さらに、第１ターゲット表面５７４ａの第１遮
蔽部２１０側から生じるスパッタ粒子を遮蔽するため、ドラムシールド５７８を反時計方
向に回転し、当該ドラムシールド５７８の開口５７９をターゲット表面の直下方向に配置
するようにしてもよい。

このようにスパッタリング装置５００によれば、マスクアセンブリ２０９、基板冷却台
２３８、移動機構２３９を有することにより、上記第３実施形態と同様の効果を得ること
ができる。

なお、本実施形態では、アセンブリ本体５７１は、縦断面略正方形状の筒状の部材で構
成した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、各面にカソード部を有する縦断面略
多角形状の筒状部材で構成してもよい。

（変形例）
次に、本発明の第６実施形態の変形例に係るスパッタリング装置について説明する。上
記第６実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。本実施形態
に係るスパッタリング装置は、第５カソード部が追加されている点が上記第６実施形態と
異なる。

図１７に示すように、スパッタリング装置６００は、真空容器６０１に第５カソード部
６６５が設けられている。第５カソード部６６５は、ターゲットアセンブリ５７０に対し
、第１遮蔽部２１０側に配置されており、第５ターゲット６７９、及びターゲット保持部
６７９ｄと、当該ターゲット保持部６７９ｄの裏面に設けられた磁石ユニット６７９ｃと
を有する。第５ターゲット６７９は、表面６７９ａが傾斜した状態で保持されている。

（８）変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更す
ることが可能である。例えば、上記実施形態では便宜上、磁気記録書込み部やセンサの薄
膜について言及したが、本発明の実施形態はそのようなデバイスに限定されるものではな
い。例えば、ＭＲＡＭに使用される磁性層は本発明によって効果的に形成することができ
る。

上記実施形態の場合、ターゲットは表面が基板表面に対し斜めに配置される場合につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、ターゲット表面の中心を通る法線を含むターゲッ
トの長辺に平行な面とマスクアセンブリの開口部の中心を通る法線が、重ならないように
配置されていれば、ターゲットの表面を基板表面に対し平行に配置してもよい。

上記第３〜第６実施形態に係るスパッタリング装置に対し、第２実施形態に係るマスク
アセンブリを適用してもよい。

上記実施形態の場合、マスクアセンブリを構成する第１遮蔽部及び第２遮蔽部は、基板
表面に対し平行に移動可能な場合について説明したが、本発明はこれに限らず、基板表面
に垂直方向（基板保持台の載置面に垂直な方向、ｚ軸方向）に移動可能に設けてもよい。

１００ ：スパッタリング装置
１０１ ：真空容器
１０２ ：ターゲット
１０２ａ ：ターゲット表面
１０３ ：磁石ユニット
１０４ ：ターゲット保持部
１０５ ：第３遮蔽部
１０５ａ ：回転方向
１０９Ａ ：マスクアセンブリ
１１０ ：第１遮蔽部
１１１ ：第２遮蔽部
１１３ ：開口部
１１８ ：回転軸
１３０ ：基板
１３０ａ ：基板表面
１３１ ：基板保持台
１３２ ：移動機構

Claims (10)

1. 基板上に磁気層を形成するスパッタリング装置において、
   真空容器と、
   中空体と、複数のターゲットと、複数のターゲット保持部とを含む筒状の回転可能なターゲットアセンブリとを備え、前記複数のターゲット及び前記複数のターゲット保持部は前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリの回転軸から離れて配置され、前記複数のターゲット保持部の各々は前記複数のターゲットのうちの対応する１つを含み、前記複数のターゲットは前記中空体の外側表面上に配置され、さらに、
   基板載置面を有する基板保持台と、
   前記基板保持台又は前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリを前記基板載置面に実質的に平行な方向に移動させる移動機構と、
   前記複数のターゲット保持部と前記基板保持台の間に設けられた開口部を有するマスクアセンブリとを備え、
   前記マスクアセンブリは、前記基板載置面に実質的に平行に配置された第１遮蔽部と第２遮蔽部とを含み、
   前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部の対向する辺の間に前記開口部が形成され、
   前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部は、同じ方向に独立して移動することができるように構成され、それによって、前記基板載置面に実質的に平行な前記方向に、又は、前記基板載置面に実質的に垂直な前記方向において、前記マスクアセンブリの前記開口部の位置を変更でき、
   前記複数のターゲットのうちの１つ以上の第１の表面が前記マスクアセンブリの前記開口部に対向しかつ前記基板の第２の表面に対して傾斜して配置されるように、前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリは回転される、スパッタリング装置。
2. 前記複数のターゲット保持部は、互いに斜めに対向した２つの前記ターゲット保持部の第１の組及び第２の組を少なくとも形成し、前記互いに斜めに対向した２つのターゲット保持部の前記第１の組及び前記第２の組のうちの１つの組の２つの前記ターゲットが前記マスクアセンブリの前記開口部に対向するように、前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリは回転される、請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリは複数の磁石ユニットをさらに含み、前記複数の磁石ユニットの各々は、前記複数のターゲット保持部のうちの対応する１つに隣り合って配置される、請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記複数の磁石ユニットは、前記中空体の内側表面上に配置される、請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. 前記中空体の内側は実質的に大気圧である、請求項４に記載のスパッタリング装置。
6. 前記マスクアセンブリは、前記マスクアセンブリの前記開口部の中央部分のみの開口幅を狭くする中央遮蔽部を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
7. 前記中央遮蔽部は、前記第１遮蔽部及び前記第２遮蔽部から独立して移動可能である、請求項６に記載のスパッタリング装置。
8. 前記中央遮蔽部は、互いに向かい合う第１中央遮蔽部と第２中央遮蔽部とを含む、請求項６または７に記載のスパッタリング装置。
9. 前記筒状の回転可能なターゲットアセンブリを囲むドラムシールドをさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
10. 前記マスクアセンブリは、フローティング電位である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。

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