JPH0564846B2 - - 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、特に一軸異方性
をもつ磁性体膜を形成するための基材表面への平
行磁場付与に関する。

〔発明の背景〕

薄膜磁気ヘツドのコア材料の表面等にスパツタ
装置で磁性体膜を形成する際に、磁性体膜に一軸
異方性を与えるために、成膜中に成膜すべきコア
材料等の基材表面に一方向の平行磁場を与えるこ
とが行われている。この平行磁場は電磁石を用い
る方式と永久磁石を用いる方式があるが、スパツ
タ装置をコンパクト化するには永久磁石方式が有
利である。

一方、成膜磁性材料により高磁束密度材料を使
用してより優れた一軸異方性の磁性体膜を得るこ
とが要望されているが、従来のスパツタ装置で
は、平行磁場発生磁石の均質性やプラズマ収束用
磁界の影響等で一方向の平行磁場に不均一（歪）
が生じており、従つて高磁束密度材料を使用する
程この一方向の平行磁場の不均一性の影響が顕著
になつて均質な一軸異方性をもつ磁性体膜が得ら
れないことがわかつた。

なお、この種のスパツタ装置は、特開昭58−
25475合公報や特開昭58−147560号公報に開示さ
れている。

〔発明の目的〕

従つて本発明の目的は、成膜すべき基材の表面
に与える一方向の平行磁場の歪による悪影響を軽
減し、より優れた磁性体膜を形成できるスパツタ
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、成膜すべき基材の表面に与える一方
向の平行磁場の極性を成膜途中で反転させること
により基材表面に作用する一方向の平行磁場の歪
の影響を軽減し、以つて磁性体膜の一軸異方性の
均質性を高めるものである。

従つて本発明のスパツタ装置は、平行磁場極性
反転手段を備えている。この平行磁場極性反転手
段は、平行磁場発生手段が電磁石である場合には
その励磁電流の方向を間欠的に反転する切換えス
イツチによつて実現されるが、永久磁石を用いる
場合には永久磁石または成膜すべき基材を間欠的
に180度回転させる回転機構によつて実現される。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第２図は本発明になるスパツタ装置の縦断側面
図で、真空容器１内にターゲツト部２と基材部３
が配置される。真空容器１内は排気口４から排気
装置（図示せず）によつて10^-7Torr程度の超真
空度に排気され、その後、給気口５からガス供給
系（図示せず）によつてアルゴンガス等が供給さ
れて一定の雰囲気ガス圧に保たれる。この実施例
のスパツタ装置はマグネトロン方式のものであつ
て、ターゲツト部２は絶縁物６によつて真空容器
１から絶縁された容器７と、この容器７内に収容
されてマグネトロン磁場を発生する環状の永久磁
石８ａ，８ｂと、この永久磁石８ａ，８ｂから出
る磁束に帰路を与える鉄心９と、真空容器１と同
電位のアースシールド１０を備え、成膜材から成
るターゲツト１１は容器７および永久磁石８ａ，
８ｂの上に真空容器１から絶縁状態で保持され
る。

基材部３は、真空容器１に気密に保持されて成
膜すべき基材２を前記ターゲツト１１に対抗させ
て保持する基材ホルダー１３と、この基材ホルダ
ー１３の水平方向両側に配置されて前記基材１２
の表面に一方向の平行磁場を与える一対の永久磁
石１４ａ，１４ｂと、真空容器１に対して気密に
保持されて前記永久磁石１４ａ，１４ｂを前記状
態に保持すると共に上下動および回転可能な磁石
ホルダー１５ａ，１５ｂと、この磁石ホルダー１
５ａ，１５ｂを上下動および回転する磁石駆動機
構１６ａ，１６ｂとを備えている。前記永久磁石
１４ａ，１４ｂは紙面と直角方向に長軸の長方形
磁性材で構成され、短軸方向に着磁され、この着
磁面が基材１２と対向している。前記磁石ホルダ
ー１５ａ，１５ｂは、この永久磁石１４ａ，１４
ｂを長軸および短軸方向中心にして支持するもの
で、前記磁石駆動機構１６ａ，１６ｂは永久磁石
１４ａ，１４ｂを上下動するために軸全体を上下
動または伸縮する機構と永久磁石１４ａ，１４ｂ
に水平回転を与える軸回転機構を備える。

このスパツタ装置は、真空容器１が接地電位に
され、ターゲツト１１にはグロー放電を維持する
電圧を与える電源１７が接続される。この実施例
では基材部３を真空容器１と同じ接地電位にして
いるが、バイアススパツタ等の目的で数十ボルト
程度の負電位または高周波電位を与える場合もあ
る。

以上の構成において、ターゲツト１１に電源１
７から電圧が与えられるとターゲツト１１と基材
１２および真空容器１の間にグロー放電が生じプ
ラズマが生成される。ターゲツト１１の前面には
永久磁石８ａ，８ｂによつてマグネトロン磁場が
発生しており、従つてここには局部的に高密度の
プラズマが生じ、これによりスパツタされたター
ゲツト１１の磁性体粒子は基材１２の表面に付着
して磁性体の薄膜を形成する。このとき、基材１
２の表面には永久磁石１４ａ，１４ｂによつて一
方向の平行磁場が与えられているので、基材１２
の表面に付着する磁性体粒子はこの一方向の平行
磁場に沿つて整列され磁性体膜には一軸異方性が
与えられる。

この磁性体膜の一軸異方性はターゲツト１１に
用いる磁性体の材質および前記一方向の平行磁場
の均質性に影響されるが、一方向の平行磁場は前
述のように永久磁石１４ａ，１４ｂの材質や着磁
の不均一あるいはマグネトロン磁場の影響で歪ん
でいる。

この実施例は、一方向の平行磁場の歪の影響を
軽減するために、成膜途中で磁石駆動機構１６
ａ，１６ｂを働かせて、第１図のように磁石ホル
ダー１５ａ，１５ｂを下降させて基材ホルダー１
３および基材１２と非対向状態にして衝突をさけ
ると共に基材１２に対する永久磁石１４ａ，１４
ｂの影響が少なくなるようにし、該位置において
磁石ホルダー１５ａ，１５ｂを水平方向に180度
回転させて一方向の平行磁場の極性を反転し、し
かる後に磁石ホルダー１５ａ，１５ｂを上昇させ
て元の位置に戻す。

このように永久磁石１４ａ，１４ｂを回転させ
一方向の平行磁場の極性を反転させると、例えば
永久磁石１４ａ，１４ｂから発生する磁場そのも
のに歪がある場合にはその歪が解消されあるいは
歪が反転して相殺され、またマグネトロン磁場に
よる影響も相対的に反転してそれまでの影響を相
殺する方向になるので、一方向の平行磁場の歪に
よる磁性体膜の一軸異方性の局部的な乱れがなく
なり、基材１２の表面に均質性の高い磁性体膜を
形成することができる。

第３図に示す実施例は、磁石ホルダー１５ａ，
１５ｂが基材１２よりも上方に上昇した後に回転
するように構成されている点で先に述べた実施例
と相違する。このようにすると、永久磁石１４
ａ，１４ｂと磁石ホルダー１５ａ，１５ｂは基材
ホルダー１３の背後で回転するようになるので、
回転中の永久磁石１４ａ，１４ｂからの磁界が基
材１２に与える影響の程度は更に軽減し、またプ
ラズマへの影響も少なくなる。

なお何れの実施例においても成膜所要時間に対
して平行磁場極性反転所要時間は極めて短時間で
あるので、この一方向の平行磁場の極性反転中の
磁場の乱れが磁性体膜の一軸異方性に及ぼす影響
は実用上無視し得る程度に少ない。

第４図および第５図は先に述べた実施例におけ
る基材１２と永久磁石１４ａ，１４ｂの関係を平
面的にみたもので、第４図は平行磁場極性反転前
の状態、第５図は平行磁場極性反転後の状態であ
る。そしてこのような一方向の平行磁場の極性反
転は、１回だけでなく、１つの基材１２に対する
成膜の途中で複数回行えばより均質な磁性体膜が
得られる。

以上に述べた実施例は、基材ホルダー１３に保
持されて成膜される基材１２は１つであつたが、
第６図に示すように、永久磁石１４ａ，１４ｂの
長軸方向に２つ（複数個）の基材１２ａ，１２ｂ
を並べて保持して同時に成膜するようにすること
もできる。このようにした場合には、当然に、永
久磁石１４ａ，１４ｂの長軸方向の寸法を大きく
とらなければならない。このような場合、２つの
永久磁石１４ａ，１４ｂを同一水平レベルで回転
させると回転途中で両者が接触して回転不能にな
る恐れがある。従つてこのような構成の場合に
は、第７図に示すように、磁石ホルダー１５ａ，
１５ｂの下降量に相違を与え、回転中に永久磁石
１４ａ，１４ｂおよび磁石ホルダー１５ａ，１５
ｂが相互干渉しないようにするのがよい。

第８図は永久磁石１４ａ，１４ｂを磁石ホルダ
ー１５ａ，１５ｂによつて固定的に保持し、基材
ホルダー１３を回転させる基材駆動機構１８を設
けた実施例である。この実施例における基材駆動
機構１８は、基材ホルダー１３を高速に180度回
転させる機能をもち、上下動させる機能はもたな
い。すなわち、この実施例は、平行磁場極性反転
のための基材ホルダー１３の回転所要時間が成膜
所要時間に比較して極端に短く、この間に基材１
２に作用する磁場は形成される磁性体膜の一軸異
方性の乱れが無視できる程度に少ないことを利用
するものである。そしてこの実施例は、基材駆動
機構１８が基材ホルダー１３を回転させるだけの
単純な構成で足りる効果がある。

第９図は第８図に示した実施例を改良したもの
で、基材ホルダー１３を回転させるときに基材１
２に対して永久磁石１４ａ，１４ｂの磁界が作用
しないように構成し、磁性体膜により優れた一軸
異方性を与るものである。この実施例における磁
石ホルダー１５ａ，１５ｂは真空容器１の側壁か
ら水平方向に伸びて永久磁石１４ａ，１４ｂを基
材１２の両側に保持している。そして磁石駆動機
構１６ａ，１６ｂは磁石ホルダー１５ａ，１５ｂ
を後退、前進させる機能だけをもち、基材ホルダ
ー１３を回転させるときには、第１０図に示すよ
うに、磁石ホルダー１５ａ，１５ｂを後退させて
永久磁石１４ａ，１４ｂによる磁界が基材１２に
作用しないようにするものである。

第１１図に示す実施例は、永久磁石１４ａ，１
４ｂを長軸方向に伸びる回転軸１９ａ，１９ｂに
より該永久磁石１４ａ，１４ｂが該回転軸１９
ａ，１９ｂと共に該軸を中心に180度回転するよ
うにした例である。この回転軸１９ａ，１９ｂを
回転させる回転軸駆動機構は図示してないが、回
転軸１９ａ，１９ｂは真空容器１の側壁を貫通し
て容器外に導出され、そこでこれを180度回転さ
せる機能をもつ回転軸駆動機構に結合される。

第１２図は第１１図に示す実施例における永久
磁石１４ａ，１４ｂの反転機構の改良例で、一方
の永久磁石１４ａの反転機構を図示したものであ
る。永久磁石１４ａは回転軸１９ａに対してクラ
ンクロツド２０ａを介して保持される。クランク
ロツド２０ａは回転軸１９ａに対して一体的に結
合されるが、永久磁石１４ａはクランクロツド２
０ａの回転に対して水平状態を保つように取付け
られる。そして永久磁石１４ａはクランクロツド
２０ａが垂直位置まで回転（公転）したときに回
転ピン２１ａに当接してその反力で180度回転
（自転）するように構成される。この実施例も永
久磁石１４ａ，１４ｂの回転を基材１２から遠く
離れた位置で行うことができ、従つて回転中の悪
影響がなくなる効果をもつ。

なお、このほか、第２図において磁石駆動機構
１６ａ，１６ｂは、反転機構のみ基板ホルダー１
３に第８図のような機材駆動機構１８を設け、上
下動できるようにすることもできる。また、これ
と反対に、磁石駆動機構１６ａ，１６ｂは上下動
のみできるように、機材駆動機構１８は回転運動
のみできるようにして一方向の平行磁場の印加方
向を反転させることもできる。これらのように構
成しても、前述の実施例を同様の効果を奏するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、成膜すべき基材
の表面に一方向の平行磁場を与えてこの基材表面
に一軸異方性の磁性体膜を形成するスパツタ装置
において、成膜すべき基材の表面に与える一方向
の平行磁場の極性を成膜途中で間欠的に反転させ
るようにしたので、基材表面に作用する一方向の
平行磁場の歪の影響を軽減して、均質性の高い一
軸異方性の磁性体膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図お
よび第２図は本発明の一実施例を示すスパツタ装
置の縦断側面図、第３図は他の実施例を示す縦断
側面図、第４図〜第６図は基材と永久磁石の関係
を示す下面図、第７図〜第１１図は更に他の４つ
の実施例を示す縦断側面図、第１２図は更に他の
実施例における永久磁石反転機構の側面図であ
る。 １……真空容器、２……ターゲツト部、３……
基材部、８ａ，８ｂ……マグネトロン磁場用の永
久磁石、１１……ターゲツト、１２……基材、１
３……基材ホルダー、１４ａ，１４ｂ……平行磁
場用の永久磁石、１５ａ，１５ｂ……磁石ホルダ
ー、１６ａ，１６ｂ……磁石駆動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器と、 この真空容器内に配設され、成膜材からなるタ
   ーゲツトを保持するターゲツト保持手段と、 成膜すべき基材を保持する基材保持手段と、 この基材保持手段の両側に配置される永久磁石
   と、 この永久磁石を保持する永久磁石保持手段と、 前記基材を挟んで対向する永久磁石の対向極性
   が異極になるように永久磁石保持手段を支持し、
   前記基材表面に一方向の平行磁場を与えて前記基
   材表面に形成される磁性体膜に一方向の磁気異方
   性を付与する磁気異方性付与手段と、 前記基材保持手段または前記永久磁石保持手段
   のいずれか一方を間欠的に180度回転させて前記
   基材と前記永久磁石の対向極性を反転させる平行
   磁場極性反転手段と、 を備えていることを特徴とするスパツタ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記平行磁
   場極性反転手段は、更に、前記基材保持手段と永
   久磁石を非対向状態に移動する非対向移動手段を
   備え、基材保持手段または永久磁石は非対向状態
   に移動した後に反転してその後に対向状態に戻さ
   れることを特徴とするスパツタ装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記永久磁
   石は短軸方向に着磁されて対向する長方形磁性材
   で構成され、前記平行磁場極性反転手段はこの永
   久磁石を長軸方向の中心軸を中心に回転させるこ
   とを特徴とするスパツタ装置。