JPH0195509A - 磁性薄膜作製用スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ビ】　産業上の利用分野 本発明は高密度磁気記録媒体や高密度磁気記録用ヘッド
としての磁性薄膜を高速で作製するスパッタ装置に関し
、特にセンダストやアモルファス磁性合金等の強磁性金
属薄膜をフェライト基板上に成膜した８ミリＶＴＲ（ビ
デオテープレコーダ）やＤＡＴ（デジタルオーディオテ
ープレコーダ）用のメタルヘッドの製造に用いて有効で
あるスパッタ装置に関する。

（（ロ）従来の技術 近年、高密度の磁気記録を行うために、スパッタ法によ
り強磁性金属薄膜を形成した磁気ヘッド及び磁気記録媒
体が提案されている。

従来、スパッタ装置としては２極スパツタ装置が用いら
れていたが、この２極スパツタ装置ではターゲット表面
に衝突してスパッタリングを行うイオン（例えばＡｒ　
　）の密度を十分に上げることが出来ないため成膜速度
が遅く量産には適していなかった。

そこで、成膜速度を高めて量産に対応するためｌζ特公
昭６１−５１４１０号公報（ＨＯＩＦ４１／１８）に開
示されているようなマグネトロン型スパツタ装置が提案
されている。

マグネトロン型スパッタ装置は第４図に示すように真空
容器（図示せず）内にターゲットホルダーは）及び基板
ホルダー（２）が取り付けられている。

前記ターゲットホルダー（１）の下面にはターゲット（
３）が取り付けられており、該ターゲット（３）の裏面
側には永久磁石（４）（５）が配設されている。前記基
板ホルダー（２）の上面には基板（６バ６）が取り付け
られているう 上記スパッタ装置においてスパッタリングを行うには、
真空容器内を１０　　Ｔｏｒｒ程度のガス雰囲気にし、
ターゲラ）（３１に負の高電位を印加してグロー放電に
よってＡｒ分子をイオン化し、これによって生じたＡｒ
をターゲットに衝突させて前記ターゲット（３）表面の
原子（８）をたたき出して基板（６１（６１上に成膜を
行う。尚、この時ターゲラ）（３）の裏側に取り符けら
れた永久磁石（４）（５）によって該ターゲット（３）
表面に破線で示す磁力線（７）による磁界を漏洩させて
この部分に２次電子を収束させ、んけのイオン密度を高
めることによって、成膜速度を速めている。また、この
スパッタリングではターゲット（３）からたたき出され
た原子（８）は大半が直進して基板（６）（６１に衝突
し付着するために、該基板（６）（６）に形成される磁
性膜（９バ９）はほぼ全域に基板（６）（６１と垂直な
柱状構造ααα■を有し、異方性の小さい膜であるうし
かも、この柱状構造ααと基板（６）とのなす角度は、
基板ホルダー（２１を傾けることによって調整出来、磁
気特性の均一な磁性膜を形成出来る。

しかし乍ら、マグネトロン型スパッタ装置の場合、ター
ゲット（３）としてセンダスト、パーマロイ等の強磁性
金属材料を用いた場合、磁力線（７）は大半が前記ター
ゲット（３）内部を通過するため、ターゲ７）＋３１表
面には極微弱な磁界しか発生せず高速で成膜を行うこと
は出来なかった。そこで、ターゲ？／）（３１表面に十
分な磁界を発生させるためにターゲット（３）の厚みｔ
を薄くしたり、永久磁石（４）（５１を強力な磁界を発
生させ得るＳｍ−Ｃｏ系の磁石で形成することが提案さ
れている。しかし乍ら、この場合においても最初にスパ
ッタされた部分■に磁界が集中し、ターゲット（３）は
最終的には第５図に示されるような断面形状となるため
、ターゲットの寿命が短く、しかもターゲットの形状が
刻々と変化するためにスパッタリング速度の変動が激し
く、希望する膜厚を有する磁性膜を形成するのは困難で
ある。

第６図は２極マグネトロン型スパツタリング装置を用い
てセンダスト製のターゲット（３）をガス圧５ｍｔＯｒ
ｒ、放電電力０．５ＫＷ、基板・ターゲット間距離８０
．の条件”ドで放電を行い、Ｍｎ−Ｚｎ系単結晶フェラ
イトの基板（６）上に磁性膜の成膜を行った時の成膜速
度の変化を示す図である。この図から判るようにスパッ
タリングを行うに従って成膜速度が低下し、ターゲラ）
（３）の使用處がある値を超えると成膜速度が初期に比
較して半分以下になってしまい、膜厚の制御が困難であ
る。

また、マグネトロン型スパッタ装置の欠点を解消し、厚
い磁性膜を効率良く作製するスパッタ装置として対向タ
ーゲット式スパッタ装置が提案されている。

この対向ターゲット式スパッタ装置は第７図に示すよう
に真空容器αＪ内で２枚のターゲラ）（１３ａＸ１３ｂ
）を平行に対向させて放電を行い基板ホルダー（１４ａ
）（１４ｂ）上に固定された基板（１５ａ）（１５ｂ）
に成膜を行うものである。また、前記ターゲット（１３
ａＸ１３ｂ）の裏側には永久磁石（１６ａ）（１６ｂ）
が取付けられており、破線（１７）に示すように先ずタ
ーゲｙ　）　（１３ａＸ１３ｂ）全体が磁化されて。

対向する一方のターゲラ）（１３ｂ）から他方のターゲ
７）（１３ｇ）に向けてほぼ均一な磁界が発生すること
になり、前記ターゲラ）　（１３ａＸ１３ｂ）表面近く
でのイオン密度はほぼ一様になる。このため、′対向タ
ーゲット式スパッタ装置は第９図に示すようにほぼ均一
にターゲットが消耗され、前述のマグネトロン型スパッ
タ装置と比べてターゲッ、トの使用効率がよく、ターゲ
ットの寿命が長くなる。

しかも、マグネトロン型スパッタ装置と比べてターゲｙ
　）　（１３ａＸ１３ｂ）の表面形状の変化が少なく、
安定した成膜速度が得られ、１０μｍ以上の比較的厚い
磁性体膜を量産するには非常に適した装置である。

第１０図は上述の対向ターゲット式スパッタ装置を用い
て１８０１１１＞ｌｃｌ　３０ｍＫ５ｍのセンダスト製
のターゲット（１３ａ）（１３ｂ）をターゲット間距離
１４０謳で対向させ、ターゲット（１３ａＸ１３ｂ）中
心からの距離Ｅが１２５■の位置にＭｎ−Ｚｎ系単結晶
フェライトの基板（１５ａＸ１５ｂ）を固定し、ガス圧
２ｍｔｏｒｒ、放電電力４ＫＷの条件下で放電を行い、
前記基板（１５ａ）（１５ｂ）上に磁性膜の成膜を行っ
た時の成膜速度の変化を示す図である。この図から判る
ようにスパッタリングを続はターゲラ）　（１３ａＸ１
３ｂ）の使用盪が増加しても磁性膜の成膜速度はほぼ一
定である。

しかし乍ら、この対向ターゲット式スパッタ装置の場合
、基板（１５ａＸ１５ｂ）はターゲット（１５１）（１
３ｂ）に対して垂直な位置にあるため、スパッタにより
ターゲット（１３ａ）（１３ｂ）から飛び出した原子α
秒（２）はある角度だけ傾いて基板（１ｓａ）（１ｓｂ
）に衝突し、第８図に示すような柱状構造の膜（１ωが
形成される。しかも、この膜は第８図の拡大図ＫＩ（ｏ
ｌから判るように基板（１５ａ）の場所によって柱状構
造の柱の向きが異なり形状異方性が生じ磁気特性が一様
でない。即ち、この対向ターゲット式スパッタ装置では
、均一な特性の膜を大面積に形成することは不可能であ
り、量産性に適していない。

例えば、前述したように１８０ｍＸ：１５０ｗａＫ５Ｉ
１１のセンダストのターゲット（１３ａ）（１３ｂ）を
ターゲット間距離１４０ｍで対向させ、ターゲット（１
３ａ）（１３ｂ）中心からの距離ｊが１２５ｍ（Ｄ位置
にＭｎ−Ｚｎ系単結晶フェライトの基板（１５ａ）（１
５ｂ）を固定し、ガス圧２ｍｔｏｒｒ、放電電力４ＫＷ
の条件下で放電を行い、前記基板（１５ａ）（１５ｂ）
上に膜厚３０μｍ程度の磁性膜α９を形成した場合、前
記基板（１５ａ）の中心から上下に距離ｎ（第８図参照
）が３５麿だけ離れた地点Ｐ、Ｑでの磁性膜α９の柱状
構造の傾きθが１０°と一１０°であることを実験で確
めた。

四　発明が解決しようとする問題点 本発明は上記従来例の欠点に鑑みなされたものであり、
基板全体に亘って均一な磁気特性をもつ磁性膜を効率良
く形成することが出来る磁性薄膜作製用スパッタ装置を
提供することを目的とするものである。

に）問題点を解決するための手段 真望容器内に第１、第２基板と磁性材料よりなる第１、
第２ターゲットとを対向するように配置し、該第１、第
２ターゲットに電力を供給して放電を生じさせる電力供
給手段と、前記真空容器内に不活性ガスを導入するガス
導入系とを有するスパッタ装置において、前記第１基板
と前記第１ターゲット及び前記第２基板と前記第２ター
ゲットが夫々平行になり、前記第１ターゲット表面と前
記第２ターゲット表面との為す角が鋭角となるように前
記第１、第２基板及び前記第１、第２ターゲットを配置
し、前記第１、第２ターゲットの裏面側に夫々、異なる
磁性が互いに対向するように永久磁石を配置する。

（ホ）作用 上記構成に依れば、ｔｇｌ、第２ターゲットの裏面側に
取り付けられた永久磁石により生じた磁力線によって放
電により生じた不活性ガスイオンは高密度且つ均一に前
記第１、第２ターゲット表面近傍に集中するため、前記
第１、第２ターゲット表面が略均−にスパッタリングさ
れ、また、前記第１ターゲットと第１基板及び前記第２
ターゲットと第２基板とが夫々対向しているので、前記
第１、第２ターゲットから飛び出した原子は前記第１、
第２基板表面に略垂直に被着する。

四　実施例 以ド、図面を参照しつつ本発明の一実施例を詳細に説明
する。

第１図は本実施例のスパッタ装置の概略図である。

本実施例のスパッタ装置は真空容器［有］に排気系（社
）及びガス導入系■が接続されている。前記真空容器■
内には基板ホルダーの及び第１、第２ターゲットホルダ
ー（財）（至）が取付けられている。前記基板ホルダー
内は第１、第２取付面（２３ａ）（２３ｂ）を備えてお
り、該第１、第２取付面（２３ａ）（２３ｂ）はお互い
に為す角度が９０″″で、しかも真空容器■の垂線■に
対して対称な位置にある。そして、前記第１、第２取付
面（２３ａ）（２３ｂ）には夫々第１、第２基板圀（支
）が取付けられている。

また、前記第」、第２ターゲットホルダー〇〇（２５）
の取付面（２４Ｂ）（２５ａ）は互いに対向すると共に
前記ホルダー（２）の第１、第２取付面（２３ａ）（２
ｇｂ）と平行である。即ち、前記取付面（２４ａ）（２
５ａ）の延長線が為す角度は９０°である。前記第１、
第２ターゲットホルダー（至）■の取付面（２４Ｂ）（
２５ａ）には夫々センダストよりなる第１、第２ターゲ
ット国（至）が取り付けられている。また、前記取付面
（２４ａ）（２ｓａ）の裏面側には永久磁石（至）Ｏａ
）＠（支）が取り付けられている。前記永久磁石■■ｃ
ｌｌ）■のうち、ターゲット間距離が大きい方の永久磁
石■Ｏυは例えばＳｍ　　Ｃｏ等の希土類コバルト系磁
石のように残留磁束密度Ｂｒ及び最大エネルギー積（Ｂ
Ｈ）ｍａｘの大きい断面長方形状の小磁石（２９ａ）（
２９ｂ）（２９（）（２９ｄＸ２９ｅＸ２９ｆＸ２９ｇ
Ｘ２９ｈＸ２９Ｄを第２図に示すようにコ字状に配列し
てなり、ターゲット間距離が小さい方の永久磁石（至）
■は例えばＢａフＩライト系磁石のように残留磁束密度
Ｂｒ及び最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが前記小磁石
（２９ａ）（２９ｂ）・・・（２９ｉ）よりも小さい断
面長方形状の小磁石（３０ａＸ３０ｂ）（３０ＣＸ３０
ｄＸ３０ｅＸ３０ｆ）（３０ｇＸ３０ｈ）（３０ｉ）を
第２図に示すようにコ字状留磁束密度Ｂｒ及び最大エネ
ルギー積（Ｂ　Ｈ）ｍａｘの大きい断面円弧状の小磁石
（２ｔｊ）（ｚ９ｋＸ２９１）を半円状に配列すること
により形成してもよい。

尚、永久磁石０ａ）（３２）についても同様である。

ｑｔｉｔ４ｃｌは真空容器のと第１、第２ターゲットホ
ルダー（至）■とを絶縁する絶縁体である。また、前記
第１、第２ターゲットホルダー（財）■の内部には前記
第１、第２ターゲット国（至）を冷却するために冷器■
内を排気系（２υにより１０〜１０　　ｔｏｒｒの高真
空にした後、第１、第２基板□□□例を加熱しその後、
ガス導入系器から真空容器■内に放電用のＡｒガスを導
入し、該真空容器Ａ内を１０　　ｔｏｒｒ程度の真空度
に保つ。次に、強磁性金属材料の第１、第２ターゲット
（至）（至）に負の高電位を印加してグロー放電を行い
ＡｒガスをＡｒにイオン化する。

この時、永久磁石ＣＩ！９）ｃｉａ＋から永久磁石Ｇ１
）■に達する磁力線缶は第１ターゲツ）［有］全域及び
第２ターゲット（至）全域を略均−に通る。このため、
前記Ａｒガスをイオン化させるための２次電子は第１、
第２ターゲ７ト（３３）Ｃ３４）表面上全域に略均−に
閉じ込められるため、Ａｒ　　は高密度且つ均一に前記
第１、第２ターゲット■（財）に衝突して該ターゲット
Ｓ１（至）の原子をたたき出す。そして、前記第１基板
（５）と前記第１ターゲット国、及び前記第２基板■と
前記第２ターゲット（至）が夫々平行に配置されている
ので、前述のたたき出された原子は前記第１、第２基板
罰（財）に対して略垂直に衝突し、該基板＠■上に該基
板＠□□□面に対して垂直な柱状構造をもつ磁性膜が形
成される。

上述のようなスパッタ装置では、Ａｒ　が高密度且つ均
一に第１、第２ターゲット（至）（至）に衝突するため
、該ターゲラ）（３３）（至）はどの部分も略均−に減
少し、−枚のターゲットを効率良く利用出来る。

また、第１ターゲット（至）と第１基板勾及び第２ター
ゲ７）（至）と第２基板■が夫々に平行に配置されてい
るので、前記第１、第２ターゲット（３３）（至）から
たたき出された原子は前記第１、第２基板＠■に略垂直
に衝突し、該基板＠■全全体−様な方向性を持った磁性
膜を形成出来、該磁性膜の磁気特性のバラツキを防止出
来る。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、基板表面全域に−様な方向性を持ち、
磁気特性のバラツキがほとんど無い磁性薄膜を効率良く
生産出来る量産性に優れた磁性薄膜作製用スパッタ装置
を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係り、第１図はスパッタ装
置の概略図、第２図、第３図は夫々永久磁石を示す図で
ある。第４図はマグネトロン型スパッタ装置の概略図、
第５図は上記スパッタ装置のターゲ７）を示す図、第６
図は上記スパッタ装置による成膜速度の変化を示す図で
ある。第７図は対向ターゲット式スパクタ装置の概略図
、第８図は上記スパッタ装置の動作説明図、第９図は上
記スパッタ装置のターゲットを示す図、第１０図は上記
スパッタ装置による成膜速度の変化を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に第１、第２基板と磁性材料よりなる
   第１、第２ターゲットとを対向するように配置し、該第
   １、第２ターゲットに電力を供給して放電を生じさせる
   電力供給手段と、前記真空容器内に不活性ガスを導入す
   るガス導入系とを有するスパッタ装置において、前記第
   １基板と前記第１ターゲット及び前記第２基板と前記第
   ２ターゲットが夫々平行になり、前記第１ターゲット表
   面と前記第２ターゲット表面との為す角が鋭角となるよ
   うに前記第１、第２基板及び前記第１、第２ターゲット
   を配置し、前記第１、第２ ターゲットの裏面側に夫々、異なる磁極が互いに対向す
   るように永久磁石を配置したことを特徴とする磁性薄膜
   作製用スパッタ装置。