JPH0359139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スパツタ装置に係り、特に磁性体膜
形成のためのスパツタ装置に関する。

〔発明の背景〕

薄膜磁気ヘツドのコア材料等に磁性体を薄膜化
するニーズが高まつている。磁性体膜の磁気特性
を最適化する目的で、例えばパーマロイ等の材料
を用いる際、磁性体膜の一軸異方性を得るため、
成膜時に平行磁界を印加しておくことは公知であ
る。この印加手段として空芯コイルもしくは電磁
石等を用いることもあるが、これらはいずれも装
置が大きいうえに電源が必要となり大規模なもの
となる欠点がある。さらに、磁場の平行性を高め
るためには比較的広い範囲に磁場が広がるため、
プラズマの分布に偏りを生じ膜面内で不均質が生
ずる一方、基板磁場を永久磁石で印加する方式が
あるが、この方式では基板面近傍に局所的に印加
できかつコンパクトに構成できることが知られて
いる。永久磁石で基板に磁場を印加するものとし
て特開昭58−25475号公報、特開昭57−147560号
公報、特開昭59−61115号公報等があるが、これ
らはいずれも円環形または同形の磁石の組合せで
磁場を印加するため、磁場が放射状になるものを
避けられず、厳密な平行磁場を得ることができな
いものであつた。

また、一定方向の磁界を印加しようとした例
に、実開昭55−40597号公報記載のものがあるが、
しかし、磁界の形状に対する配慮に欠け、均質な
成膜を得ることができないものであつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような事情に基づいてな
されたものであり、その目的とするところのもの
は、基板に平行な磁場を印加することにより一軸
異方性を有する優れた磁気特性をもつ磁性体膜を
得ることができ、加えてプラズマの偏りを抑制し
て成膜の均質化を図り、また前記磁性膜を形成す
る基板の配置がその数等によつて制限されること
のないスパツタ装置を提供する。

〔発明の概要〕

このような目的を達成するために、本発明は、
プラズマを収束させる磁界を備え、薄膜形成用の
基板材を固定する基板ホルダにあつて、所定のギ
ヤツプを介して棒磁石を平行配置し、該ギヤツプ
間に前記基板材を配置させてなるスパツタ装置に
おいて、前記棒磁石は磁極方向の幅を厚みより大
きくし、且つステンレス鋼等で作られた容器に封
入されているとともに、該棒磁石を含む平面内に
前記基板材を配置してなることを特徴とするもの
である。

上記構成によれば、平行磁界方向、即ち棒磁石
の磁極方向の長さが長いので、基板近傍の平行磁
界成分を大きくすることができ、一方、棒磁石の
厚みを小さくしたので磁力線が通過する断面積が
小さくなり、棒磁石の残留磁束が小さくなること
から、基板から離れた位置での磁界が小さくな
る。

このような作用によつて、棒磁石を含む平面内
に基板材を納めることから生じる、一軸異方性を
有する平行磁界が基板面近傍に局所的に印加され
る作用が著しく増長されるのである。又、棒磁石
をステンレス鋼等で作られた容器に封入すること
により、磁石表面からの放出ガスによる真空汚染
も防止される。これらのことから、プラズマの偏
りが抑制され、膜厚や分布などの成膜の不均質が
防止される。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明によるスパツタ装置の一実施例
を示す断面図である。同図はマグネトロン方式の
スパツタ装置を示すもので、まず、真空容器１が
ある。この真空容器１内は給気口４および排気口
５を備えている。この真空容器１内は、図示しな
い排気装置により前記排気口５を通して、通常
10^-7Torr程度の超高真空に排気した後、図示し
ないガス供給系により前記給気口４を通して、た
とえばArガスを流量制御しながら供給して、一
定の雰囲気ガス圧に保つようになつている。

そして、前記真空容器１の図面下部にはターゲ
ツト部２が、また、図面上部には基板部３が配置
されている。前記ターゲツト部２は、真空容器１
に絶縁物６を介して、絶縁保持されたターゲツト
７、永久磁石８、この永久磁石８から出る磁束の
帰路を与える鉄心９、およびこれらターゲツト
７、永久磁石８、鉄心９を収納する容器１０、真
空容器１と同電位のアースシールド１１とから構
成されている。さらに、前記基板部３は、前記真
空容器１内に配置された基板ホルダ１３と、真空
容器１外に配置され、この基板ホルダ１３を回転
させる回転駆動部１７とから構成されている。

前記真空容器１は通常接地電位とし、ターゲツ
ト７にはグロー放電を維持できる電力を供給する
負電位の電源が接続されるようになつている。な
お、この電位は、目的によつて高周波電源も多用
され、基板部３においては、バイアススパツタ等
目的で数＋Ｖ程度の負電位または高周波電圧が接
続される場合もある。

ターゲツト部２と基板部３との間にはグロー放
電が生じるようになり、プラズマが生成されるよ
うになつている。この場合、ターゲツト７の前面
には永久磁石８によりマグネトロン磁場が発生し
ており、局部的に高密度のプラズマが生じるよう
になつており、これによりスパツタされた粒子は
基板ホルダ１３におけるターゲツト部２側の面に
支持された基板１４面に付着して薄膜を形成する
ようになつている。

そして、基板１４が支持された側の基板ホルダ
１３面には、前記基板１４を挟持するように前記
基板１４の両脇にはそれぞれ棒磁石１５が配置さ
れ、これらは平行にかつ異なる磁石を対向させた
一対の棒磁石１５を構成している。前記棒磁石１
５は、第２図に示すように、その長さｌをより長
く、間隔ｄをより短かくすることが効果的であ
る。たとえば、長さｌは基板１４の直径の1.5倍
が適当である。

このように、基板１４の同一平面内において、
前記基板１４を挟み、基板１４の両側にそれぞれ
棒磁石１５を平行に配置すれば、前記棒磁石１５
間における前記平面上には平行な磁束が生ずるこ
とになる。

このため、前記基板１４面上に形成された磁性
膜はその一軸異方性の向きを精度よく一方向に揃
えることができるようになる。たとえば前記磁性
膜を時期ヘツドのコア材料に用いられるパーマロ
イ膜とすれば、高度な磁気特性を有するものが得
られるようになる。

上述した実施例では、基板１４を１枚とし、こ
の基板１４の両側に棒磁石１５を配置したもので
あるが、第３図に示すように、２枚の基板１４を
配置しそれぞれの中心を結ぶ直線と平行になるよ
うに、前記２枚の基板１４の両側にそれぞれ棒磁
石１５を配置するようにしてもよいことはいうま
でもない。この場合、各棒磁石１５は第２図に示
したものよりも長くすることはもちろんである。

また、第４図は、同じように２枚の基板１４を
配置した場合を示したものであるが、各基板１４
の中心を結ぶ線と直交するように前記２枚の基板
１４の両側にそれぞれ棒磁石１５を配置するよう
にしてもよい。この場合において、第５図に示す
ように、各基板１４の間に他の棒磁石１６を配置
すればより効果的になる。前記棒磁石１６は両側
の棒磁石１５に比較して磁力の弱いものであつて
もよく、また幅の狭いものであつてもよい。

なお、磁場の平行性については上述の通りであ
るが、強さの問題では、膜の一軸異方性だけを考
えたときは強い程良いが、今度は逆に基板から離
れた点での磁場が強くなりプラズマの偏りを生じ
て膜の不均質の原因となる。これらの検討の結果
磁石の強さ、すなわち磁石の幅の厚さに最適値が
あり、経験的には図示の如き細長い形状が最も良
かつた。

膜の均質性を得るうえで、基板をその中心軸の
廻わりに回転させる自転運動、また複数の基板を
その全体の中心の廻わりに回転させる公転運動、
さらにこの両者を同時に行なう自公転運動は有効
である。自転運動は第１図において回転真空シー
ル部１２、外部回転駆動部１７を設けることによ
り図中に記す矢印１８の如き回転運動で実現でき
る。

自公転機構の構成を断面図を第６図、平面図を
第７図に示す。これは上記の構成に加え、真空容
器１に取付けた大径内歯車２０、基板ホルダ２３
の外周部に歯車部２１を設けこれらを噛合わせ、
さらに回転摺動支持部２２を介して公転部２４に
取付けたものである。

このようにすることにより、外部回転駆動部１
７で公転部２４を矢印１９方向に回転させると、
基板ホルダ３は歯車部２１の効果により矢印２０
の回転運動を実現することが可能となる。このと
き膜のステツプカバレツジすなわち基板面の平坦
部と傾斜部の膜厚の比を改善する目的で、その支
持軸２５を傾けて保持することも可能である。タ
ーゲツトは基板に対向する位置に複数個並べる、
大径ターゲツトを用いる、あるいはリング形状と
する等種々の方式があり目的等に応じて使い分け
られる。

さらに第５図の異なる変形例として第８図の如
き構成も可能となる。これは断面が略円形または
多角形のドラム状基板ホルダ２６に基板１４およ
び磁石１５を交互に配置したものを、その軸をタ
ーゲツト１７の法線と直交方向に回転可能に支持
し、図示しない外部回転摺動機構により矢印２６
の如く回転させるものである。

なお、スパツタの雰囲気ガス圧が超高真空に近
づくにつれ、磁石表面からの放出ガスによる真空
汚染が問題となつてくる。これに対しては第９図
に示すように、磁石１５をステンレス鋼等比較的
放出ガスの少ない材料で作つた容器２７に溶接ま
たは真空シール等の手段で封入し対応させること
ができる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明によれば、平行配置した
棒磁石の磁極方向の幅の厚みより大きくして、こ
の棒磁石を含む平面内に基板材を配置したので、
平行磁界が基板面近傍に極めて局所的に生じるの
で、プラズマの偏りが抑制され、また、磁石をス
テンレス鋼等で作られた容器に封入したのでスパ
ツタ装置内の汚染も防止することができる。その
ため、膜厚や分布等の均質な優れた磁気特性を持
つ成膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスパツタ装置の一実施例
を示す断面図、第２図は基板ホルダ部における一
実施例を示す詳細平面図、第３図ないし第５図は
それぞれ基板ホルダ部における他の実施例を示す
詳細平面図、第６図は基板ホルダの駆動機構の他
の実施例を示す断面図、第７図は第６図の平面
図、第８図は基板ホルダの他の実施例を示す斜視
図、第９図は基板ホルダに配置される棒磁石の他
の実施例を示す断面図である。 １……容器、２……ターゲツト部、３……基板
部、１３……基板ホルダ、１４……基板、１５，
１６……棒磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プラズマを収束させる磁界を備え、薄膜形成
   用の基板材を固定する基板ホルダにあつて、所定
   のギヤツプを介して棒磁石を平行配置し、該ギヤ
   ツプ間に前記基板材を配置させてなるスパツタ装
   置において、 前記棒磁石は、磁極方向の幅を厚みより大きく
   し、且つステンレス鋼等で作られた容器に封入さ
   れているとともに、該棒磁石を含む平面内に前記
   基板材を配置してなることを特徴とするスパツタ
   装置。