JPH11200041A - Multiple magnetron sputtering device and cathode used for the same - Google Patents

Multiple magnetron sputtering device and cathode used for the same

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JPH11200041A
JPH11200041A JP10009010A JP901098A JPH11200041A JP H11200041 A JPH11200041 A JP H11200041A JP 10009010 A JP10009010 A JP 10009010A JP 901098 A JP901098 A JP 901098A JP H11200041 A JPH11200041 A JP H11200041A
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JP
Japan
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magnetic
target
cathode
magnet
magnetron sputtering
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Application number
JP10009010A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Oura
秀男 大浦
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multiple magnetron sputtering device capable of depositing magnetic/nonmagnetic thin coating-coexisting laminated coating good in the distribution of coating thickness and coating quality and to provide a cathode used for this. SOLUTION: In a multiple magnetron sputtering device having a primary cathode 43 for a magnetic target 11 and a secondary cathode 41 (42) for a nonmagnetic target, on the space between the nonmagnetic target 12 of the secondary cathode and a magnet 3, a primary magnetic substance 51 is arranged in contact with the nonmagnetic target 12, and the intensity of the leakage magnetic field in the surface of the nonmagnetic target 12 is regulated so as to substantially be equal to that in the surface of the magnetic target 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜製造装置に係
り、特に複数のスパッタリング用ターゲットを有する多
元マグネトロンスパッタリング装置に関する。
The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus, and more particularly to a multi-source magnetron sputtering apparatus having a plurality of sputtering targets.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ハードディスク等における磁気記
録再生装置の高密度化が進み、このような高密度を達成
するためには、従来の誘導型ヘッドに代わって記録再生
分離型の複合磁気ヘッドが必要とされている。即ち、再
生ヘッド部には、媒体の磁束を直接検出する異方性磁気
抵抗効果(AMR)やスピンバルブ巨大磁気抵抗効果
(SV−GMR)等を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの採
用が必須となってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, the density of magnetic recording / reproducing devices in hard disks and the like has been increasing, and in order to achieve such a high density, a composite magnetic head of a recording / reproducing separation type has been used instead of a conventional inductive head. is necessary. That is, it is necessary to employ a magneto-resistive head using an anisotropic magneto-resistive effect (AMR) for directly detecting the magnetic flux of the medium or a spin-valve giant magneto-resistive effect (SV-GMR) for the reproducing head. It has become to.

【0003】このような磁気抵抗効果膜を用いた機能素
子は、従来になく薄い磁性膜,非磁性膜を混在させて積
層して形成する。特にSV−GMR効果を用いるスピン
バルブ素子は、膜相互の原子スピンレベルの相互作用や
交換結合磁界などを直接利用する高機能素子である。こ
のスピンバルブ素子を量産するためには、数原子レベル
の膜厚制御を3−6インチ径のウェハ全域で行う必要が
ある。したがって、スピンバルブ素子の製造に際して
は、高い到達真空度において、連続的な多層膜堆積技術
が必須となる。この連続的な積層膜形成のためには、同
一真空槽(チャンバー)内に3から6個の複数のカソー
ド(ターゲット)を設けた多元スパッタリング装置で成
膜形成することが必要となる。多元スパッタリング装置
としては、結晶配向性やウェハ上の膜が成膜中のプラズ
マの影響を受けないなどの要求から、カソードにマグネ
ットを設けたいわゆるマグネトロンスパッタリング装置
が一般には用いられている。
A functional element using such a magnetoresistive effect film is formed by laminating a thin magnetic film and a non-magnetic film in a mixed manner. In particular, a spin-valve element using the SV-GMR effect is a high-performance element that directly utilizes the interaction between the films at the atomic spin level and the exchange coupling magnetic field. In order to mass-produce this spin valve element, it is necessary to control the film thickness on the order of several atoms over the entire wafer having a diameter of 3 to 6 inches. Therefore, in manufacturing a spin valve element, a continuous multilayer film deposition technique is required at a high ultimate vacuum. In order to form a continuous laminated film, it is necessary to form a film by a multi-source sputtering apparatus provided with a plurality of 3 to 6 cathodes (targets) in the same vacuum chamber (chamber). As a multi-source sputtering apparatus, a so-called magnetron sputtering apparatus having a cathode provided with a magnet is generally used because of the requirements such as the crystal orientation and the effect that the film on the wafer is not affected by plasma during film formation.

【0004】このマグネトロンスパッタリング装置で
は、スパッタリング用ターゲット(以下において単に
「ターゲット」と称する)の表面に所定の直交電磁界
(E×B)を形成するために、ターゲットの近傍にマグ
ネット(永久磁石)が配置される。記録再生分離型の複
合磁気ヘッドには、NiFe,CoFeに代表される磁
性体ターゲットを用いることから、通常マグネトロンス
パッタリング装置のカソードに用いるマグネットはBH
エネルギー積の大きい稀土類Co磁石、NdFeB系磁
石を用いる。そして、従来の多元マグネトロンスパッタ
リング装置で磁気抵抗効果積層膜を成膜する場合、複数
の磁性,非磁性ターゲットに関係なく同じ構造,材質の
磁石を用いたカソードを複数個チャンバー内に配置して
積層成膜している。
In this magnetron sputtering apparatus, in order to form a predetermined orthogonal electromagnetic field (E × B) on the surface of a sputtering target (hereinafter simply referred to as “target”), a magnet (permanent magnet) is provided near the target. Is arranged. Since a magnetic target typified by NiFe and CoFe is used for the composite read / write magnetic head, the magnet usually used for the cathode of the magnetron sputtering apparatus is BH.
A rare-earth Co magnet or NdFeB-based magnet having a large energy product is used. When a magnetoresistive multilayer film is formed using a conventional multi-element magnetron sputtering apparatus, a plurality of cathodes using magnets of the same structure and material are arranged in a chamber regardless of a plurality of magnetic and non-magnetic targets. The film has been formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】磁気ヘッドの出力のば
らつきの抑制や、ノイズの低減等の磁気抵抗効果膜を用
いた積層膜磁気変換素子の性能向上には、ウェハ有効領
域全体での原子レベルの膜厚の制御性が要求され、さら
に良好な結晶性と、膜厚および結晶性に対する均質性が
必要とされている。即ち、マグネトロンスパッタリング
法による成膜レベルでの膜厚や結晶性の向上が、積層膜
磁気変換素子の性能向上のキーテクノロジーとなる。し
かしながら、これらの積層膜磁気変換素子の性能の更な
る向上を図るという目的を鑑みると、従来の磁性/非磁
性混在積層膜は、膜厚分布並びに素子特性がウェハ上で
均質でないため、これらの目的にかなう多元マグネトロ
ンスパッタリング装置が待望されている。
In order to suppress the variation in the output of the magnetic head and to improve the performance of the laminated film magnetic transducer using the magnetoresistive effect film such as the reduction of noise, it is necessary to reduce the atomic level over the entire effective area of the wafer. Is required, and furthermore, good crystallinity and uniformity with respect to film thickness and crystallinity are required. That is, improvement of the film thickness and crystallinity at the film formation level by the magnetron sputtering method is a key technology for improving the performance of the laminated film magnetic transducer. However, in view of the objective of further improving the performance of these laminated film magnetic transducers, the conventional magnetic / non-magnetic mixed laminated film has a film thickness distribution and device characteristics that are not uniform on a wafer. A multi-source magnetron sputtering apparatus that meets the purpose is desired.

【0006】本発明の目的は、3−6インチ等の一定の
口径のウェハ上で膜厚が一様な、磁性/非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform film thickness on a wafer having a constant diameter such as 3 to 6 inches. That is.

【0007】本発明の他の目的は、AMR効果やSV−
GMR効果等の特性に優れた磁性/非磁性混在積層膜の
成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an AMR effect and an SV-
An object of the present invention is to provide a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having excellent characteristics such as the GMR effect.

【0008】本発明のさらに他の目的はAMR効果やS
V−GMR効果等の特性の分布が均質な磁性/非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide an AMR effect or S
An object of the present invention is to provide a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform distribution of characteristics such as a V-GMR effect.

【0009】本発明のさらに他の目的は、一定の口径の
ウェハ上で膜厚が一様な、磁性/非磁性混在積層膜の成
膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置に
用いるカソードを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a cathode for use in a multi-element magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform film thickness on a wafer having a constant diameter. That is.

【0010】本発明の他の目的は、AMR効果やSV−
GMR効果等の特性に優れた磁性/非磁性混在積層膜の
成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置
に用いるカソードを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an AMR effect and an SV-
An object of the present invention is to provide a cathode used in a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having excellent characteristics such as the GMR effect.

【0011】本発明の他の目的はAMR効果やSV−G
MR効果等の特性の分布が均質な磁性/非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置に用いるカソードを提供することである。
Another object of the present invention is to provide an AMR effect and an SV-G
It is an object of the present invention to provide a cathode used in a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform distribution of characteristics such as an MR effect.

【0012】本発明のさらに他の目的は、均質で、高性
能な積層膜磁気変換素子を実現することである。
Still another object of the present invention is to realize a homogeneous and high-performance laminated film magnetic transducer.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の特徴は、真空排気可能なチャンバー
と、このチャンバー内に配置された、第1の磁性ターゲ
ット用の第1のカソードと、非磁性ターゲット用の第2
のカソードとを少なくとも具備する多元マグネトロンス
パッタリング装置であることである。ここで、第1のカ
ソードは、第1の磁性ターゲットと第1のマグネットと
を少なくとも有している。また第2のカソードは、非磁
性ターゲットと、第2のマグネットと、非磁性ターゲッ
トと第2のマグネットとの間に挿入された第1の磁性体
とを少なくとも有し、第1のカソードと同一のチャンバ
ー内に配置されている。本発明の第1の特徴において
は、第1のカソードと第2のカソードは互いにその構造
が異なる。一般に同一構造のマグネトロンスパッタリン
グ用のカソードに磁性ターゲットおよび非磁性ターゲッ
トを配置した場合は、非磁性ターゲット表面上の漏れ磁
界の強度は、磁性ターゲットのそれよりもはるかに大き
くなる。たとえば磁性ターゲットとしてFe板を、非磁
性ターゲットとしてSi板を用いた場合はFe板上の漏
れ磁界強度を100エルステッド(Oe)とすればSi
板上の漏れ磁界強度は2000Oe程度となる。本発明
の第1の特徴によれば非磁性ターゲットとマグネットと
の間に第1の磁性体を挿入することにより非磁性ターゲ
ット表面上の漏れ磁界強度を磁性ターゲット表面上のそ
れと実質的に等しくできる。上述の例では、Fe板上と
Si板上での漏れ磁界強度を共に100Oeとすること
ができる。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, a first feature of the present invention is that a chamber capable of evacuating and a first magnetic target for a first magnetic target disposed in the chamber are provided. A cathode and a second for a non-magnetic target
And a cathode. Here, the first cathode has at least a first magnetic target and a first magnet. The second cathode has at least a nonmagnetic target, a second magnet, and a first magnetic body inserted between the nonmagnetic target and the second magnet, and is the same as the first cathode. Are arranged in a chamber. In the first aspect of the present invention, the first cathode and the second cathode have different structures from each other. In general, when a magnetic target and a non-magnetic target are arranged on a magnetron sputtering cathode having the same structure, the strength of the leakage magnetic field on the surface of the non-magnetic target is much larger than that of the magnetic target. For example, when an Fe plate is used as a magnetic target and a Si plate is used as a non-magnetic target, if the leakage magnetic field strength on the Fe plate is 100 Oersted (Oe), Si
The leakage magnetic field strength on the plate is about 2000 Oe. According to the first aspect of the present invention, the leakage magnetic field intensity on the surface of the non-magnetic target can be made substantially equal to that on the surface of the magnetic target by inserting the first magnetic body between the non-magnetic target and the magnet. . In the above example, the leakage magnetic field strength on both the Fe plate and the Si plate can be set to 100 Oe.

【0014】同じ磁性体ターゲットであっても透磁率や
磁化率は異なる。したがって、同一のターゲット・マグ
ネット間距離で、異なる材料の磁性ターゲット(第1,
第2、第3,…の磁性ターゲット)をマグネットの磁界
内に配置されれば、ターゲット表面での漏れ磁界の強度
はそれぞれ異なる。このため、本発明の第1の特徴にお
いて、第2の磁性ターゲット、第3のマグネット、およ
び第2の磁性ターゲットと第3のマグネットの間に挿入
された第2の磁性体とを少なくとも有する第3のカソー
ドを、上述のチャンバー内にさらに配置して、第1の磁
性ターゲット、第2の磁性ターゲットおよび非磁性ター
ゲット面上の所定の位置における磁界分布を実質的に同
じであるように調整することが好ましい。すなわちター
ゲット面上の漏れ磁界の強度が最も弱いカソード(第1
のカソード)を除いて他のカソード(第2,第3,…の
カソード)の磁性ターゲット,非磁性ターゲットとマグ
ネットとの間に所定の厚み又は透磁率の磁性体を配置
し、それぞれの漏れ磁界の強度を実質的に等しく調整す
ればよい。たとえば、第1の磁性体と第2の磁性体との
厚みを異なるようにすることにより第1の磁性ターゲッ
ト,第2の磁性ターゲット,および非磁性ターゲットの
表面での漏れ磁界の強度が実質的に等しくなるようにで
きる。
The magnetic permeability and magnetic susceptibility of the same magnetic target are different. Therefore, at the same target-magnet distance, magnetic targets of different materials (first and
If the (second, third,... Magnetic targets) are arranged in the magnetic field of the magnet, the strength of the leakage magnetic field on the target surface is different. For this reason, in the first aspect of the present invention, a second magnetic target having at least a second magnetic target, a third magnet, and a second magnetic body inserted between the second magnetic target and the third magnet. The third cathode is further disposed in the above-described chamber to adjust the magnetic field distribution at predetermined positions on the first magnetic target, the second magnetic target, and the non-magnetic target surface to be substantially the same. Is preferred. That is, the cathode having the weakest leakage magnetic field on the target surface (first cathode)
(Except for the cathode), a magnetic material having a predetermined thickness or magnetic permeability is arranged between the magnetic target and the non-magnetic target of the other cathodes (second, third,. May be adjusted to be substantially equal. For example, by making the thicknesses of the first magnetic body and the second magnetic body different, the intensity of the leakage magnetic field on the surfaces of the first magnetic target, the second magnetic target, and the nonmagnetic target is substantially increased. Can be equal to

【0015】このように各ターゲット表面における磁界
分布が実質的に同一となるので、スパッタリングにより
堆積された薄膜の分布が改善される。さらに磁性膜と非
磁性膜とが混在する多層構造の積層膜磁気変換素子のA
MR効果やGMR効果が改善される。たとえば、より高
い抵抗変化率ΔGMRを得て、しかもそのウエハ面上の
均一性も高くなる。
Since the magnetic field distribution on each target surface is substantially the same, the distribution of the thin film deposited by sputtering is improved. Further, a multi-layer laminated magnetic transducer A having a multi-layer structure in which a magnetic film and a non-magnetic film coexist.
The MR effect and the GMR effect are improved. For example, a higher resistance change rate ΔGMR is obtained, and the uniformity on the wafer surface is increased.

【0016】本発明の第2の特徴はターゲットとマグネ
ットとの間に磁性体を挿入し、ターゲット表面での漏れ
磁界の強度を調整すべく構成された多元マグネトロンス
パッタリング装置用カソードであることである。すなわ
ち非磁性ターゲットを用いるカソードや、漏れ磁界の大
きな磁性ターゲットを用いるカソードに対してはターゲ
ットとマグネットの間に挿入する磁性体の厚みや材質を
選ぶことによりターゲット表面での漏れ磁界を、漏れ磁
界の最も弱い磁性ターゲット表面での漏れ磁界と同一と
するこができる。この結果、本発明の第2の特徴に係る
カソードを複数個、多元マグネトロンスパッタリング装
置のチャンバー内に配置しても、各ターゲット表面での
漏れ磁界を同一とすることができる。したがって、互い
に透磁率の異なる複数の磁性膜や、磁性膜と非磁性膜と
が混在する多層膜をスパッタリング堆積しても、膜厚の
均一性は高く、多層膜構造特有のGMR効果等の特性も
改善できる。しかもGMR効果等の特性のウエハ面上の
均一性も高くなる。
A second feature of the present invention is a cathode for a multi-element magnetron sputtering apparatus configured to insert a magnetic material between a target and a magnet to adjust the strength of a leakage magnetic field on the target surface. . In other words, for a cathode that uses a non-magnetic target or a magnetic target that has a large leakage magnetic field, the leakage magnetic field on the target surface can be reduced by selecting the thickness and material of the magnetic material inserted between the target and the magnet. The leakage magnetic field on the surface of the weakest magnetic target can be made the same. As a result, even if a plurality of cathodes according to the second aspect of the present invention are arranged in the chamber of the multi-source magnetron sputtering apparatus, the leakage magnetic field on each target surface can be made the same. Therefore, even when a plurality of magnetic films having different magnetic permeability from each other or a multilayer film in which a magnetic film and a non-magnetic film are mixed are deposited by sputtering, the uniformity of the film thickness is high, and characteristics such as the GMR effect peculiar to the multilayer film structure are obtained. Can also be improved. In addition, the uniformity of the characteristics such as the GMR effect on the wafer surface is improved.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(第1の実施の形態)図1は本発明の第1
の実施の形態に係る多元マグネトロンスパッタリング装
置の概略を示す模式的な断面図である。図1に示すよう
に本発明の第1の実施の形態に係る多元マグネトロンス
パッタリング装置は真空排気可能なチャンバー33と、
このチャンバー33内に配置された第1の磁性ターゲッ
ト用の第1のカソード43と、非磁性ターゲット用の第
2のカソード41とを少なくとも具備している。第2の
カソード41は図2(b)に示すように非磁性ターゲッ
ト12とマグネット(第2のマグネット)3との間に第
1の磁性体51が挿入されている。一方、第1のカソー
ド43は図2(a)に示すように、磁性ターゲット11
とマグネット(第1のマグネット)3との間には第1の
磁性体は無い。第1のマグネットと第2のマグネットと
は、同一のマグネットでよい。図1のチャンバー33内
にはさらに非磁性ターゲット用の「他の第2のカソー
ド」42が示されている。さらに他の第2のカソードや
他の第1のカソードがチャンバー33内に含まれていて
もよいことはもちろんである。具体的には第1のカソー
ド43は磁性ターゲットとしてNiFe合金,第2カソ
ード42は非磁性ターゲットとしてTa,他の第2のカ
ソード41は非磁性ターゲットとしてCuを用いてい
る。チャンバー33の上部には回転可能な基板ホルダ3
2が設けられ、この基板ホルダ32には基板(ウェハ)
31が保持されている。基板ホルダ32は公知の真空回
転導入機構、たとえばマグネット方式やOリング方式の
回転導入機構で、各カソードの対向する位置に基板が位
置するように逐次回転すれば良い。図1には図示を省略
しているが、この基板ホルダ32の部分の近傍に真空準
備室を設けてロードロック機構を設ければ、基板の交換
が迅速に出来るので、この方が好ましいことはもちろん
である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
It is a typical sectional view showing an outline of a multi-source magnetron sputtering device concerning an embodiment. As shown in FIG. 1, the multi-source magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a chamber 33 capable of evacuating,
At least a first cathode 43 for a first magnetic target and a second cathode 41 for a non-magnetic target are provided in the chamber 33. As shown in FIG. 2B, the second cathode 41 has a first magnetic body 51 inserted between the nonmagnetic target 12 and the magnet (second magnet) 3. On the other hand, the first cathode 43 is, as shown in FIG.
There is no first magnetic body between the first magnet and the magnet (first magnet) 3. The first magnet and the second magnet may be the same magnet. In the chamber 33 of FIG. 1, “another second cathode” 42 for a non-magnetic target is further shown. Further, needless to say, another second cathode or another first cathode may be included in the chamber 33. Specifically, the first cathode 43 uses a NiFe alloy as a magnetic target, the second cathode uses Ta as a nonmagnetic target, and the other second cathode 41 uses Cu as a nonmagnetic target. A rotatable substrate holder 3 is provided above the chamber 33.
2, a substrate (wafer) is provided in the substrate holder 32.
31 are held. The substrate holder 32 may be a known vacuum rotation introducing mechanism, for example, a magnet type or O-ring type rotation introducing mechanism, and may be sequentially rotated so that the substrate is located at a position facing each cathode. Although not shown in FIG. 1, if a vacuum preparation chamber is provided in the vicinity of the substrate holder 32 and a load lock mechanism is provided, the substrate can be quickly exchanged. It is.

【0019】チャンバー33にはガス導入管36,シャ
ットオフバルブ37,ニードルバルブあるいはマスフロ
ーコントローラ等の流量制御バルブ38が設けられ、ス
パッタリング時の雰囲気ガスとしてのArガス等が導入
できるようになっている。さらにチャンバー33には高
圧(低真空度)用排気管29と低圧(高真空度)用排気
管30が設けられている。低圧用排気管30には、可変
流量バルブ28及びゲートバルブ39を介してクライオ
ポンプ等の超高真空排気ポンプ35が接続され、チャン
バー33を5×10-6Pa乃至7×10-7Pa程度に排
気できるようになっている。一方、高圧用排気管29に
はゲートバルブ34を介して油回転ポンプやメカニカル
ブースタポンプ等の高圧用真空ポンプ27が接続され、
チャンバー33内を所定の圧力まで予備排気出来るよう
になっている。すなわち、高圧用真空ポンプ27を用い
て、チャンバー33内を大気圧から所定の中間圧力まで
予備排気して、ゲートバルブ34を閉じ、クライオポン
プ等の超高真空排気ポンプ35に切り替え、主排気をす
ることが出来るようになっている。超高真空排気ポンプ
35で主排気を行い、所定のバックグランド圧力(到達
圧力)になれば、その状態で、シャットオフバルブ37
及び流量制御バルブ38を介してArガス等のスパッタ
リングガスを導入し、流量制御バルブ38と可変流量バ
ルブ28とを用いてチャンバー内の圧力を0.1Pa等
の所定のスパッタリング圧力に設定する。クライオポン
プ等の超高真空排気ポンプ35によりスパッタリングガ
スを排気することにより、残留炭素(C)等の少ない、
高純度の雰囲気ガス中でスパッタリングが可能となる。
低圧用排気管30に接続される可変流量バルブ28及び
ゲートバルブ39は、可変流量機能とシャットオフ機能
とを兼ね備えた一体型のバルブを用いても良い。
The chamber 33 is provided with a gas introduction pipe 36, a shut-off valve 37, a flow control valve 38 such as a needle valve or a mass flow controller, and is capable of introducing an Ar gas or the like as an atmosphere gas during sputtering. . Further, the chamber 33 is provided with a high pressure (low vacuum degree) exhaust pipe 29 and a low pressure (high vacuum degree) exhaust pipe 30. An ultra-high vacuum exhaust pump 35 such as a cryopump is connected to the low-pressure exhaust pipe 30 via a variable flow valve 28 and a gate valve 39, and the chamber 33 is set to about 5 × 10 −6 Pa to about 7 × 10 −7 Pa. It can be exhausted. On the other hand, a high-pressure vacuum pump 27 such as an oil rotary pump or a mechanical booster pump is connected to the high-pressure exhaust pipe 29 via a gate valve 34.
The inside of the chamber 33 can be preliminarily evacuated to a predetermined pressure. That is, using the high-pressure vacuum pump 27, the inside of the chamber 33 is preliminarily evacuated from atmospheric pressure to a predetermined intermediate pressure, the gate valve 34 is closed, and the chamber 33 is switched to an ultrahigh-vacuum evacuation pump 35 such as a cryopump. You can do it. The main exhaust is performed by the ultra-high vacuum exhaust pump 35, and when a predetermined background pressure (ultimate pressure) is reached, the shut-off valve 37
Then, a sputtering gas such as an Ar gas is introduced through the flow control valve 38, and the pressure in the chamber is set to a predetermined sputtering pressure such as 0.1 Pa using the flow control valve 38 and the variable flow valve 28. By exhausting the sputtering gas with an ultra-high vacuum exhaust pump 35 such as a cryopump, the residual carbon (C) and the like are reduced.
Sputtering can be performed in a high-purity atmosphere gas.
As the variable flow valve 28 and the gate valve 39 connected to the low-pressure exhaust pipe 30, an integrated valve having both a variable flow function and a shut-off function may be used.

【0020】基板ホルダ32は、ここでは接地電位に接
続され、各カソードのターゲット11,12にはバッキ
ングプレート2を介して高圧の高周波電圧が印加されて
いる。すなわち、バッキングプレート2の付く電極部
(図示省略)は、水冷構造になり、チャンバー33と絶
縁されて大気側に出ている。そして、この電極部にマッ
チングボックスを介して図示を省略した高周波電源から
高圧の高周波電圧が印加される。各カソードのマグネッ
トによる直交電磁界によりターゲット表面に有効にプラ
ズマが集中するので、効率よくターゲットがスパッタリ
ングされる。
Here, the substrate holder 32 is connected to the ground potential, and a high-frequency high voltage is applied to the targets 11 and 12 of the respective cathodes via the backing plate 2. That is, the electrode portion (not shown) to which the backing plate 2 is attached has a water-cooled structure, and is insulated from the chamber 33 and is exposed to the atmosphere. A high-frequency high-frequency voltage is applied to this electrode from a high-frequency power supply (not shown) via a matching box. Since the plasma is effectively concentrated on the target surface by the orthogonal electromagnetic field generated by the magnet of each cathode, the target is sputtered efficiently.

【0021】図2は本発明の第1の実施の形態に係る多
元マグネトロンスパッタリング装置のカソードの概略の
構成を示す。図2(a)には、磁性ターゲットのカソー
ド(第1のカソード)周辺の模式的な断面図を示した。
また、図2(b)には、非磁性ターゲットのカソード
(第2のカソード)周辺の、模式的な断面図を示した。
図2(b)に示す非磁性ターゲット12はCu又はTa
で構成され、ターゲット径はφ75mm(3インチ)で
ある。ターゲット厚さは3mmである。磁気回路はマグ
ネット(第2のマグネット)3にNdFeB磁石,ヨー
ク4は電磁軟鉄で構成している。非磁性ターゲット12
とマグネット(第2のマグネット)3との中間に電磁軟
鉄からなる第1の磁性体51を設けている。第1の磁性
体51の底面にはバッキングプレート2が接触され、バ
ッキングプレート2は高周波電圧が印加される電極部と
接続されている。第1の磁性体51はターゲット径と同
じ大きさで厚さを1mmとしてある。第1の磁性体51
の底面と磁石(第2のマグネット)3の上面との間隔は
2mmである。一方図2(a)に示す第1の磁性ターゲ
ット11はNiFe合金で構成されている。第1の磁性
ターゲット11のターゲット径はφ75mm(3イン
チ)で、ターゲット厚さは3mmである。また磁気回路
は非磁性ターゲットの場合と同様にマグネット(第1の
マグネット)3にNdFeB磁石、ヨーク4は電磁軟鉄
で構成し、第1の磁性ターゲット11と磁石(第1のマ
グネット)面との間隔は図2(b)と同様に2mmとし
た。図2(a)に示す第1のカソード43には第1の磁
性体はないので、第1の磁性ターゲット11に直接バッ
キングプレート2が接触されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of a cathode of a multi-unit magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view around the cathode (first cathode) of the magnetic target.
FIG. 2B is a schematic cross-sectional view around the cathode (second cathode) of the nonmagnetic target.
The nonmagnetic target 12 shown in FIG.
And the target diameter is φ75 mm (3 inches). The target thickness is 3 mm. The magnetic circuit is composed of a magnet (second magnet) 3 as an NdFeB magnet, and the yoke 4 as an electromagnetic soft iron. Non-magnetic target 12
A first magnetic body 51 made of electromagnetic soft iron is provided between the first magnetic body 51 and the magnet (second magnet) 3. The backing plate 2 is in contact with the bottom surface of the first magnetic body 51, and the backing plate 2 is connected to an electrode to which a high-frequency voltage is applied. The first magnetic body 51 has the same size as the target diameter and a thickness of 1 mm. First magnetic body 51
The distance between the bottom surface of the magnet and the top surface of the magnet (second magnet) 3 is 2 mm. On the other hand, the first magnetic target 11 shown in FIG. 2A is made of a NiFe alloy. The target diameter of the first magnetic target 11 is φ75 mm (3 inches), and the target thickness is 3 mm. The magnetic circuit is made of an NdFeB magnet for the magnet (first magnet) 3 and the yoke 4 is made of soft magnetic iron as in the case of the non-magnetic target, so that the first magnetic target 11 and the magnet (first magnet) surface The interval was 2 mm as in FIG. 2 (b). Since the first cathode 43 shown in FIG. 2A has no first magnetic material, the backing plate 2 is in direct contact with the first magnetic target 11.

【0022】図2に示すように非磁性ターゲット12を
用いる第2のカソード41(42)のみに第1の磁性体
51を挿入することにより、第1の磁性ターゲット11
および非磁性ターゲット12の表面における磁界分布、
あるいは漏れ磁界の強度を実質的に同じにすることがで
き、磁性ターゲットの場合と非磁性ターゲットの場合の
スパッタリングの条件を等しくすることができる。
As shown in FIG. 2, by inserting the first magnetic body 51 only into the second cathode 41 (42) using the non-magnetic target 12, the first magnetic target 11 is inserted.
And a magnetic field distribution on the surface of the nonmagnetic target 12,
Alternatively, the strength of the leakage magnetic field can be made substantially the same, and the sputtering conditions for the magnetic target and the non-magnetic target can be made equal.

【0023】本発明の第1の実施の形態に係る多元マグ
ネトロンスパッタリング装置と従来の多元マグネトロン
スパッタリング装置を用いて、基板ターゲット間距離1
60mm,スパッタリング時のArガス圧0.27Pa
の条件で成膜した結果を図3に示す。
The distance between substrate targets is set to 1 by using the multi-source magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention and a conventional multi-source magnetron sputtering apparatus.
60mm, Ar gas pressure during sputtering 0.27Pa
FIG. 3 shows the results of the film formation under the conditions described above.

【0024】図3(a)は磁性ターゲット(NiFe合
金)及び非磁性ターゲット(CuおよびTa)を用いて
スパッタリング成膜したときの基板(ウェハ)上での膜
厚分布を、本発明の第1の実施の形態と従来技術とを比
較しながら示す。同時に、図3(a)は基板31上に図
3(b)に示すように5nmの厚さのTa膜61,2n
mの厚さのCu膜62,10nmの厚さのNiFe膜6
3,5nmの厚さのTa膜61を連続的に堆積した場合
のNiFe異方性磁界Hkの分布を、本発明の第1の実
施の形態と従来技術とを比較しながら示す。ここで、図
3(a)に示す膜厚分布は
FIG. 3A shows a film thickness distribution on a substrate (wafer) when a film is formed by sputtering using a magnetic target (NiFe alloy) and a non-magnetic target (Cu and Ta). The embodiment of the present invention is compared with the prior art. At the same time, FIG. 3A shows a Ta film 61, n having a thickness of 5 nm on the substrate 31 as shown in FIG.
Cu film 62 m thick, NiFe film 6 10 nm thick
The distribution of the NiFe anisotropic magnetic field Hk when the Ta film 61 having a thickness of 3.5 nm is continuously deposited is shown by comparing the first embodiment of the present invention with the conventional technology. Here, the film thickness distribution shown in FIG.

【数1】 で定義される膜厚分布の値である。(Equation 1) Is the value of the film thickness distribution defined by

【0025】図3(a)によりわかるように本発明の第
1の実施の形態によれば従来技術に比べ磁性,非磁性タ
ーゲットを用いた多元マグネトロンスパッタリングによ
り成膜した膜の分布、磁気特性分布に優れることが判
る。
As can be seen from FIG. 3 (a), according to the first embodiment of the present invention, the distribution of films formed by multi-element magnetron sputtering using magnetic and non-magnetic targets and the distribution of magnetic properties are different from those of the prior art. It turns out that it is excellent.

【0026】図4は本発明の第1の実施の形態の変形例
に係る第2のカソードの構造を示す模式断面図である。
図4においては非磁性ターゲット12はバッキングプレ
ート2の上に接して配置され、バッキングプレート2と
マグネット3との間に第1の磁性体51が配置されてい
る。このような構成においても非磁性ターゲット12の
表面上の磁界分布と磁性ターゲット上の磁界分布を実質
的に等しくできる。しかし図4に示す構造は第1の磁性
体51に電磁軟鉄等を用いた場合、第1の磁性体51が
錆やすいので注意が必要である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a second cathode according to a modification of the first embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the nonmagnetic target 12 is disposed in contact with the backing plate 2, and the first magnetic body 51 is disposed between the backing plate 2 and the magnet 3. Even in such a configuration, the magnetic field distribution on the surface of the nonmagnetic target 12 and the magnetic field distribution on the magnetic target can be made substantially equal. However, the structure shown in FIG. 4 requires caution because the first magnetic body 51 is easily rusted when soft magnetic iron or the like is used for the first magnetic body 51.

【0027】また図4の構造では磁性体51により磁気
回路がかなり短絡されるので、非磁性ターゲット12の
表面に磁力線が出にくくなるという欠点がある。これら
の点から図2(b)に示した第2のカソードの構造の方
がより好ましい構造であることが分かる。しかし、場合
によっては図4の構造も採用できる。錆にくい第1の磁
性体としてはCrステンレス鋼等の軟磁性のステンレス
鋼を用いてもよい。
Further, in the structure shown in FIG. 4, since the magnetic circuit is considerably short-circuited by the magnetic material 51, there is a disadvantage that the lines of magnetic force hardly appear on the surface of the non-magnetic target 12. From these points, it is understood that the structure of the second cathode shown in FIG. 2B is more preferable. However, in some cases, the structure shown in FIG. 4 can be adopted. A soft magnetic stainless steel such as a Cr stainless steel may be used as the first magnetic material that does not easily rust.

【0028】(第2の実施の形態)図5は本発明の第2
の実施の形態に係る多元マグネトロンスパッタリング装
置の概略を示す模式的な断面図である。図5に示すよう
に本発明の第2の実施の形態に係る多元マグネトロンス
パッタリング装置は真空排気可能なチャンバー33と、
このチャンバー33内に配置された第1の磁性ターゲッ
ト用の第1のカソード43と、非磁性ターゲット用の第
2のカソード41と、第2の磁性ターゲット用の第3の
カソード44とを少なくとも具備している。第2のカソ
ード41は図6(c)に示すように非磁性ターゲット2
2とマグネット(第2のマグネット)3との間に第1の
磁性体51が挿入されている。第3のカソード44は第
1のカソード43の第1の磁性ターゲット21よりも透
磁率の小さな第2の磁性ターゲット23を有するカソー
ドであり、図6(b)に示すように第1の磁性体51よ
りも薄い第2の磁性体52を第2の磁性ターゲット23
とマグネット(第3のマグネット)3との間に挿入して
いる。一方、第1のカソード43は図6(a)に示すよ
うに、第1の磁性ターゲット21とマグネット(第1の
マグネット)3との間には第1の磁性体は無い。第1,
第2,及び第3のマグネットは、同種のマグネットを用
いればよい。図1のチャンバー33内にはさらに非磁性
ターゲット用の「他の第2のカソード」42が示されて
いる。さらに他の第2のカソードや、他の第1のカソー
ドがチャンバー33内に含まれていてもよいことはもち
ろんである。また、第2の磁性ターゲット23より透磁
率の小さい第3の磁性ターゲットが必要な場合には、第
2の磁性体より厚い第3の磁性体を第3の磁性体とマグ
ネットとの間に有した第4のカソードを有するようにす
ればよいことはもちろんである。具体的には第1のカソ
ード43は第1の磁性ターゲット21としてCoFe合
金,第2のカソード42は非磁性ターゲット22として
Ta,他の第2のカソード41は非磁性ターゲット22
としてCu,第3のカソードは第2の磁性ターゲット2
3としてNiFe合金を用いている。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
It is a typical sectional view showing an outline of a multi-source magnetron sputtering device concerning an embodiment. As shown in FIG. 5, a multi-source magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention includes a chamber 33 capable of evacuating,
It comprises at least a first cathode 43 for a first magnetic target, a second cathode 41 for a non-magnetic target, and a third cathode 44 for a second magnetic target, which are arranged in the chamber 33. doing. The second cathode 41 is, as shown in FIG.
A first magnetic body 51 is inserted between the magnet 2 and the magnet (second magnet) 3. The third cathode 44 is a cathode having the second magnetic target 23 having a smaller magnetic permeability than the first magnetic target 21 of the first cathode 43, and as shown in FIG. The second magnetic body 52 thinner than 51
And a magnet (third magnet) 3. On the other hand, the first cathode 43 has no first magnetic material between the first magnetic target 21 and the magnet (first magnet) 3 as shown in FIG. First
The same magnet may be used for the second and third magnets. In the chamber 33 of FIG. 1, “another second cathode” 42 for a non-magnetic target is further shown. Of course, another second cathode and another first cathode may be included in the chamber 33. If a third magnetic target having a lower magnetic permeability than the second magnetic target 23 is required, a third magnetic substance thicker than the second magnetic substance is provided between the third magnetic substance and the magnet. Needless to say, the fourth cathode may be provided. Specifically, the first cathode 43 is a CoFe alloy as the first magnetic target 21, the second cathode 42 is Ta as the nonmagnetic target 22, and the other second cathode 41 is the nonmagnetic target 22.
Cu, the third cathode is the second magnetic target 2
3 is a NiFe alloy.

【0029】チャンバー33の上部には回転可能な基板
ホルダ32が設けられ、この基板ホルダ32には基板
(ウェハ)31が保持されている。基板ホルダ32は公
知の真空回転導入機構で、各カソードの対向する位置に
基板が位置するように回転すれば良い。図5は図示を省
略しているが、この基板ホルダ32の近傍にロードロッ
ク機構を設けてもよい。チャンバー33にはガス導入管
36,シャットオフバルブ37,ニードルバルブあるい
はマスフローコントローラ等の流量制御バルブ38が設
けられ、スパッタリング時の雰囲気ガスとしてのArガ
ス等が導入できるようになっている。さらにチャンバー
33には高圧用排気管29と低圧用排気管30が設けら
れている。低圧用排気管30には、可変流量バルブ28
及びゲートバルブ39を介してクライオポンプ等の超高
真空排気ポンプ35が接続され、チャンバー33を5×
10-6Pa乃至7×10-7Pa程度に排気できるように
なっている。一方、高圧用排気管29にはゲートバルブ
34を介して油回転ポンプやメカニカルブースタポンプ
等の高圧用真空ポンプ27が接続され、チャンバー33
内を所定の圧力まで予備排気出来るようになっている。
すなわち、高圧用真空ポンプ27を用いてチャンバー3
3内を大気圧から予備排気して、所定の中間圧力になれ
ば、ゲートバルブ34を閉じ、クライオポンプ等の超高
真空排気ポンプ35に切り替え、主排気をする。超高真
空排気ポンプ35で主排気を行い、所定のバックグラン
ド圧力(到達圧力)になれば、その状態で、シャットオ
フバルブ37及び流量制御バルブ38を介してArガス
等のスパッタリングガスを導入し、流量制御バルブ38
と可変流量バルブ28とを用いてチャンバー内の圧力を
0.1Pa前後の所定のスパッタリング圧力に設定す
る。クライオポンプ等の超高真空排気ポンプ35により
スパッタリングガスを排気をすることにより、残留炭素
(C)等の少ない、高純度の雰囲気ガス中でスパッタリ
ングが可能となる。
A rotatable substrate holder 32 is provided above the chamber 33, and the substrate (wafer) 31 is held in the substrate holder 32. The substrate holder 32 may be rotated by a known vacuum rotation introducing mechanism so that the substrate is positioned at a position facing each cathode. Although not shown in FIG. 5, a load lock mechanism may be provided near the substrate holder 32. The chamber 33 is provided with a gas introduction pipe 36, a shut-off valve 37, a flow control valve 38 such as a needle valve or a mass flow controller, and is capable of introducing an Ar gas or the like as an atmosphere gas during sputtering. Further, the chamber 33 is provided with a high-pressure exhaust pipe 29 and a low-pressure exhaust pipe 30. The low-pressure exhaust pipe 30 has a variable flow valve 28
And an ultra-high vacuum evacuation pump 35 such as a cryopump is connected via a gate valve 39, and the chamber 33 is 5 ×
The gas can be exhausted to about 10 −6 Pa to 7 × 10 −7 Pa. On the other hand, a high-pressure vacuum pump 27 such as an oil rotary pump or a mechanical booster pump is connected to the high-pressure exhaust pipe 29 via a gate valve 34, and the chamber 33
The interior can be pre-evacuated to a predetermined pressure.
That is, using the high-pressure vacuum pump 27, the chamber 3
When the inside of the chamber 3 is preliminarily evacuated from the atmospheric pressure and reaches a predetermined intermediate pressure, the gate valve 34 is closed, the pump is switched to an ultrahigh vacuum evacuation pump 35 such as a cryopump, and main evacuation is performed. Main exhaust is performed by the ultra-high vacuum exhaust pump 35, and when a predetermined background pressure (ultimate pressure) is reached, a sputtering gas such as Ar gas is introduced through the shut-off valve 37 and the flow control valve 38 in that state. , Flow control valve 38
And the variable flow valve 28, the pressure in the chamber is set to a predetermined sputtering pressure of about 0.1 Pa. By evacuating the sputtering gas using an ultra-high vacuum exhaust pump 35 such as a cryopump, sputtering can be performed in a high-purity atmosphere gas containing little residual carbon (C).

【0030】基板ホルダ32は、ここでは接地電位に接
続され、各カソードのターゲットには図示を省略した高
周波電源を介して高圧の高周波電圧が印加されている。
各カソードのマグネットによる直交電磁界によりターゲ
ット表面にプラズマが集中するので効率よくターゲット
がスパッタリングされる。
Here, the substrate holder 32 is connected to the ground potential, and a high-frequency high voltage is applied to each cathode target via a high-frequency power supply (not shown).
Since the plasma concentrates on the target surface due to the orthogonal electromagnetic field generated by the magnet of each cathode, the target is efficiently sputtered.

【0031】図6を用いて第1のカソード43,第2の
カソード41(42),第3のカソード44について説
明する。図6において第1の磁性ターゲット21,第2
の磁性ターゲット23,非磁性ターゲット22のターゲ
ット径はφ75mm(3インチ)である。磁気回路はマ
グネットとして、NdFeB磁石を用いて構成し、ヨー
クは電磁軟鉄を用いている。ターゲット厚さは3mmで
ある。図6(c)に示す非磁性ターゲット22の底面に
接して厚さ2mmで、直径が非磁性ターゲット22と等
しい電磁軟鉄からなる第1の磁性体51が設けられてい
る。一方、図6(b)に示す第2の磁性ターゲット23
の底面には第1の磁性体51よりも薄い(厚さ1.1m
m)第2の磁性体52が設けられている。第2の磁性体
52も電磁軟鉄製で、直径は第2の磁性ターゲット22
と同一のφ75mmである。図6(a)に示す第1の磁
性ターゲットとしてのCoFe合金21の底面とマグネ
ット(第1のマグネット)3の上面と間の距離は2mm
である。本発明の第2の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置では、図6(b)に示す第2の
磁性ターゲット(NiFe合金)23に接した第2の磁
性体52の底面とマグネット(第3のマグネット)3の
上面との間の距離、および図6(c)に示す非磁性ター
ゲット(Cu又はTa)22に接した第1の磁性体51
の底面とマグネット(第2のマグネット)3の上面との
間の距離も2mmに統一している。本発明の第2の実施
の形態においては最も透磁率の大きい第1の磁性ターゲ
ット21の底面には磁性体は無いが、透磁率の小さな第
2の磁性ターゲット23の底面には第2の磁性体52を
設けて、第1および第2の磁性ターゲット間の漏れ磁界
強度あるいは磁界分布を実質的に同一としている。さら
に非磁性ターゲット22の底部にも第2の磁性体よりも
厚い第1の磁性体を設けているため、第1の磁性ターゲ
ット21,第2の磁性ターゲット23および非磁性ター
ゲット22の表面における磁界分布を実質的に同一にで
きる。第1の磁性体51と第2の磁性体52との厚みを
変える他にも、両者の透磁率が異なるように材料を変え
ても良い。
The first cathode 43, the second cathode 41 (42), and the third cathode 44 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the first magnetic target 21 and the second
The target diameter of the magnetic target 23 and the non-magnetic target 22 is φ75 mm (3 inches). The magnetic circuit is configured using an NdFeB magnet as a magnet, and the yoke uses soft magnetic iron. The target thickness is 3 mm. A first magnetic body 51 made of electromagnetic soft iron having a thickness of 2 mm and a diameter equal to that of the nonmagnetic target 22 is provided in contact with the bottom surface of the nonmagnetic target 22 shown in FIG. On the other hand, the second magnetic target 23 shown in FIG.
Is thinner than the first magnetic body 51 (having a thickness of 1.1 m).
m) A second magnetic body 52 is provided. The second magnetic body 52 is also made of soft magnetic iron and has a diameter of the second magnetic target 22.
Is the same as φ75 mm. The distance between the bottom surface of the CoFe alloy 21 as the first magnetic target and the top surface of the magnet (first magnet) 3 shown in FIG.
It is. In the multi-source magnetron sputtering apparatus according to the second embodiment of the present invention, the bottom surface of the second magnetic body 52 in contact with the second magnetic target (NiFe alloy) 23 shown in FIG. 6) and the first magnetic body 51 in contact with the nonmagnetic target (Cu or Ta) 22 shown in FIG.
The distance between the bottom surface and the upper surface of the magnet (second magnet) 3 is also set to 2 mm. In the second embodiment of the present invention, there is no magnetic material on the bottom surface of the first magnetic target 21 having the highest magnetic permeability, but the second magnetic target 23 has the second magnetic target on the bottom surface of the second magnetic target 23 having the small magnetic permeability. The body 52 is provided so that the leakage magnetic field strength or the magnetic field distribution between the first and second magnetic targets is substantially the same. Further, since the first magnetic body thicker than the second magnetic body is provided also at the bottom of the nonmagnetic target 22, the magnetic field on the surfaces of the first magnetic target 21, the second magnetic target 23 and the nonmagnetic target 22 is provided. The distribution can be substantially the same. In addition to changing the thicknesses of the first magnetic body 51 and the second magnetic body 52, the materials may be changed so that the two have different magnetic permeability.

【0032】図7は、図5に示した多元マグネトロンス
パッタリング装置の構成にさらにFeMnターゲット
(第3の磁性ターゲット)を有する第4のカソードを加
えた多元マグネトロンスパッタリング装置を用いて連続
的に多層堆積し、スピンバルブGMR積層膜を形成した
場合の、模式的な断面図を示す。このスピンバルブGM
R積層膜は、第1の実施の形態と同様に基板ターゲット
間距離160mm、スパッタリング時のAr圧力0.2
7Paの条件で連続的に堆積する。すなわち、図7に示
すように、基板31上に厚さ5nmのTa膜71,厚さ
3nmのCoFe膜72,厚さ1nmのCu膜73,厚
さ3nmのCoFe膜74,厚さ2.5nmのCu膜7
5,厚さ3.4nmのNiFe膜76,厚さ8nmのF
eMn膜77、および厚さ5nmのTa膜78が積層さ
れている。このGMR積層膜の基板(ウェハ)内の抵抗
変化率ΔGMRは、7.0−7.4%であった。同一の
構造を従来の多元マグネトロンスパッタリング装置で積
層した場合の抵抗変化率ΔGMRは4.2−7.4%で
あり、本発明の第2の実施の形態に比し、ばらつきが大
きい。したがって本発明の第2の実施の形態に係る多元
マグネトロンスパッタリング装置によれば抵抗変化率Δ
GMRが大きく、かつ同一ウェハ面上での特性のそろっ
たGMR積層膜を堆積することができる。
FIG. 7 shows a multi-layer magnetron sputtering apparatus in which a fourth cathode having an FeMn target (third magnetic target) is added to the configuration of the multi-element magnetron sputtering apparatus shown in FIG. Then, a schematic sectional view when a spin valve GMR laminated film is formed is shown. This spin valve GM
As in the first embodiment, the R laminated film has a distance between the substrate targets of 160 mm and an Ar pressure of 0.2 during sputtering.
Deposits continuously under the condition of 7 Pa. That is, as shown in FIG. 7, a 5 nm thick Ta film 71, a 3 nm thick CoFe film 72, a 1 nm thick Cu film 73, a 3 nm thick CoFe film 74, a 2.5 nm thick Cu film 7
5, a 3.4 nm thick NiFe film 76 and an 8 nm thick F
An eMn film 77 and a Ta film 78 having a thickness of 5 nm are stacked. The rate of change in resistance ΔGMR within the substrate (wafer) of this GMR laminated film was 7.0 to 7.4%. The resistance change rate ΔGMR when the same structure is laminated by a conventional multi-element magnetron sputtering apparatus is 4.2 to 7.4%, which is larger than that in the second embodiment of the present invention. Therefore, according to the multi-source magnetron sputtering apparatus according to the second embodiment of the present invention, the rate of change in resistance Δ
A GMR laminated film having large GMR and uniform characteristics on the same wafer surface can be deposited.

【0033】図8(a)には本発明の第2の実施の形態
に係る多元マグネトロンスパッタリング装置のカソード
のターゲット半径方向の漏れ磁界強度(H//)分布を示
す。ここで測定した漏れ磁界強度(H//)は、図8
(c)に示すように、ターゲット面より5mm離れた位
置で、ターゲット面と平行方向(水平)の漏れ磁界強度
である。そして比較のために図8(b)に、従来技術に
おける多元マグネトロンスパッタリング装置のカソード
における同様なターゲット半径方向の漏れ磁界強度(H
//)分布を示す。ただし、図8(b)に示す従来の非磁
性ターゲットカソードについての測定結果は、マグネッ
ト3とターゲット1との間の距離dを磁性ターゲットカ
ソードの場合より大きくして、最大強度を磁性ターゲッ
トカソードの最大強度と一致させるようにして測定した
結果である。本発明の構成の優秀性は図8(a)および
図8(b)の比較により明らかであろう。すなわち、磁
性,非磁性ターゲットを問わず、多元マグネトロンスパ
ッタリング装置のチャンバー内に配置された種々の複数
のターゲット上の漏れ磁界強度およびその分布を、それ
ぞれ実質的に同じ強度および分布に出来ることが判る。
FIG. 8 (a) shows a leakage magnetic field intensity (H //) distribution in a target radial direction of a cathode of a multi-source magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention. The measured leakage magnetic field strength (H //) is shown in FIG.
As shown in (c), the leakage magnetic field strength is in a direction (horizontal) parallel to the target surface at a position 5 mm away from the target surface. For comparison, FIG. 8B shows a similar leakage magnetic field intensity (H) in the target radial direction at the cathode of the conventional multi-electron magnetron sputtering apparatus.
//) Show distribution. However, the measurement result of the conventional non-magnetic target cathode shown in FIG. 8B shows that the distance d between the magnet 3 and the target 1 is larger than that of the magnetic target cathode, and the maximum strength is higher than that of the magnetic target cathode. It is a result measured in such a manner as to match the maximum intensity. The superiority of the configuration of the present invention will be apparent from a comparison between FIGS. 8A and 8B. That is, it can be understood that the stray magnetic field intensity and its distribution on various targets disposed in the chamber of the multi-source magnetron sputtering apparatus can be substantially the same intensity and distribution, regardless of whether the target is a magnetic or non-magnetic target. .

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、一定の口径のウェハ上
で膜厚が一様な、磁性/非磁性混在積層膜の成膜を可能
とする多元マグネトロンスパッタリング装置を提供する
ことが出来る。
According to the present invention, it is possible to provide a multi-element magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform film thickness on a wafer having a constant diameter.

【0035】また、本発明によれば、AMR効果やSV
−GMR効果等の特性に優れた磁性/非磁性混在積層膜
の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装
置を提供することが出来る。
According to the present invention, the AMR effect and the SV
-It is possible to provide a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having excellent characteristics such as the GMR effect.

【0036】さらに、本発明によれば、AMR効果やS
V−GMR効果等の特性の分布が均質な磁性/非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置を提供することが出来る。
Further, according to the present invention, the AMR effect and S
It is possible to provide a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform distribution of characteristics such as the V-GMR effect.

【0037】さらに、本発明によれば、一定の口径のウ
ェハ上で膜厚が一様な、磁性/非磁性混在積層膜の成膜
を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置に用
いるカソードを提供することが出来る。
Further, according to the present invention, there is provided a cathode used in a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having a uniform film thickness on a wafer having a constant diameter. Can be done.

【0038】さらに、本発明によれば、AMR効果やS
V−GMR効果等の特性に優れた磁性/非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置に用いるカソードを提供することが出来る。
Further, according to the present invention, the AMR effect and S
It is possible to provide a cathode used in a multi-element magnetron sputtering apparatus capable of forming a mixed magnetic / non-magnetic laminated film having excellent characteristics such as the V-GMR effect.

【0039】さらに、本発明によれば、AMR効果やS
V−GMR効果等の特性の分布が均質な磁性/非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置に用いるカソードを提供することが出来る。
Further, according to the present invention, the AMR effect and S
It is possible to provide a cathode used in a multi-source magnetron sputtering apparatus capable of forming a magnetic / non-magnetic mixed laminated film having a uniform distribution of characteristics such as a V-GMR effect.

【0040】さらに、本発明によれば、種々の非磁性薄
膜および種々の磁性薄膜が多層に堆積される場合におい
て、それらの膜厚分布,特性分布を揃え、かつGMR効
果,AMR効果等の特性を改善することができる。
Further, according to the present invention, when various non-magnetic thin films and various magnetic thin films are deposited in multiple layers, their thickness distribution and characteristic distribution are made uniform, and characteristics such as GMR effect and AMR effect are obtained. Can be improved.

【0041】さらに、本発明によれば、非磁性薄膜と磁
性薄膜が混在した多層構造の磁気変換素子や磁性薄膜装
置の膜厚分布,特性分布を改善し所望の特性を得ること
が出来る。
Further, according to the present invention, it is possible to improve the film thickness distribution and the characteristic distribution of a magnetic transducer or a magnetic thin film device having a multilayer structure in which a non-magnetic thin film and a magnetic thin film are mixed, and obtain desired characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置の概略を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a multiple magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の第1及び第2のカソードのそれぞれの構
造の詳細を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of respective structures of first and second cathodes in FIG. 1;

【図3】本発明の第1の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置により積層した膜の特性を示す
図である。
FIG. 3 is a view showing characteristics of films stacked by the multi-source magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置のカソードの変形例を示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the cathode of the multiple magnetron sputtering device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置の概略を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an outline of a multiple magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5に示したカソードの構造の詳細を示す断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view showing details of the structure of the cathode shown in FIG. 5;

【図7】本発明の第2の実施の形態の変形例に係る多元
マグネトロンスパッタリング装置を用いて堆積したGM
R積層膜を示す模式的な断面図である。
FIG. 7 shows a GM deposited using a multi-source magnetron sputtering apparatus according to a modification of the second embodiment of the present invention.
It is a typical sectional view showing an R lamination film.

【図8】本発明の第2の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置のターゲット表面における漏れ
磁界強度の分布を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a distribution of a leakage magnetic field intensity on a target surface of a multi-source magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターゲット 2 バッキングプレート 3 マグネット 4 軟磁性ヨーク 11,21 第1の磁性ターゲット 12,22 非磁性ターゲット 23 第2の磁性ターゲット 27 油回転ポンプ 28 可変流量バルブ 29 高圧用排気管 30 低圧用排気管 31 基板 32 基板ホルダ 33 チャンバー 34,39 ゲートバルブ 35 クライオポンプ 36 ガス導入管 37 シャットオフバルブ 38 ニードルバルブ 41,42 第2のカソード(非磁性ターゲット用) 43 第1のカソード(磁性ターゲット用) 44 第3のカソード(磁性ターゲット用) 51 第1の磁性体 52 第2の磁性体 61,71,78 Ta膜 62,73,75 Cu膜 63,76 NiFe膜 72,74 CoFe膜 77 FeMn膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target 2 Backing plate 3 Magnet 4 Soft magnetic yoke 11, 21 First magnetic target 12, 22 Non-magnetic target 23 Second magnetic target 27 Oil rotary pump 28 Variable flow valve 29 High pressure exhaust pipe 30 Low pressure exhaust pipe 31 Substrate 32 Substrate holder 33 Chamber 34, 39 Gate valve 35 Cryopump 36 Gas inlet tube 37 Shut-off valve 38 Needle valve 41, 42 Second cathode (for non-magnetic target) 43 First cathode (for magnetic target) 44 First No. 3 cathode (for magnetic target) 51 First magnetic body 52 Second magnetic body 61, 71, 78 Ta film 62, 73, 75 Cu film 63, 76 NiFe film 72, 74 CoFe film 77 FeMn film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空排気可能なチャンバーと、 第1の磁性ターゲットと第1のマグネットとを少なくと
も有し、前記チャンバー内に配置された第1のカソード
と、 非磁性ターゲットと、第2のマグネットと、該非磁性タ
ーゲットと第2のマグネットとの間に挿入された第1の
磁性体とを少なくとも有し、前記チャンバー内に配置さ
れた第2のカソードとを少なくとも具備することを特徴
とする多元マグネトロンスパッタリング装置。
1. A vacuum-evacuable chamber, at least a first magnetic target and a first magnet, a first cathode disposed in the chamber, a non-magnetic target, and a second magnet And at least a first magnetic body inserted between the non-magnetic target and a second magnet, and at least a second cathode disposed in the chamber. Magnetron sputtering equipment.
【請求項2】 第2の磁性ターゲットと、第3のマグネ
ットと、該第2の磁性ターゲットと第3のマグネットと
の間に挿入された第2の磁性体とを少なくとも有した第
3のカソードを、前記チャンバー内にさらに配置し、 前記第1の磁性ターゲット、第2の磁性ターゲットおよ
び非磁性ターゲット面上の所定の位置における磁界分布
を実質的に同じであるように調整した多元マグネトロン
スパッタリング装置。
2. A third cathode having at least a second magnetic target, a third magnet, and a second magnetic body inserted between the second magnetic target and the third magnet. Is further disposed in the chamber, and the magnetic field distribution at predetermined positions on the first magnetic target, the second magnetic target, and the non-magnetic target surface is adjusted to be substantially the same. .
【請求項3】 ターゲットとマグネットとの間に磁性体
を挿入し、 前記ターゲット表面での漏れ磁界の強度を、前記磁性体
によって調整出来るように構成された多元マグネトロン
スパッタリング装置に用いるカソード。
3. A cathode used in a multi-element magnetron sputtering apparatus wherein a magnetic material is inserted between a target and a magnet, and the intensity of a leakage magnetic field on the surface of the target can be adjusted by the magnetic material.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284794A (en) * 2006-04-19 2007-11-01 Maxim Integrated Products Inc Plasma systems with magnetic filter devices to alter film deposition/etching characteristics
JP2008226987A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Ulvac Japan Ltd Method and device for manufacturing magnetoresistive element and method and device for manufacturing magnetic device
JP2010084174A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Shinmaywa Industries Ltd Mechanism for converging charged particle flow, method for using the mechanism for converging charged particle flow, and vacuum film-forming apparatus
JP2011138976A (en) * 2009-12-29 2011-07-14 Renesas Electronics Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2020517832A (en) * 2017-04-27 2020-06-18 エヴァテック・アーゲー Soft magnetic multilayer deposition apparatus, method of manufacture, and magnetic multilayer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3039778U (en) * 1997-01-20 1997-07-31 有限会社ブレーンウェーブ Questionnaire system using computer network system and Internet
JPH1021303A (en) * 1996-07-04 1998-01-23 Japax Internatl:Kk Customer information processing control system and its method
JPH10103977A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Sharp Corp Car navigation apparatus with communication function and its communication method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1021303A (en) * 1996-07-04 1998-01-23 Japax Internatl:Kk Customer information processing control system and its method
JPH10103977A (en) * 1996-09-27 1998-04-24 Sharp Corp Car navigation apparatus with communication function and its communication method
JP3039778U (en) * 1997-01-20 1997-07-31 有限会社ブレーンウェーブ Questionnaire system using computer network system and Internet

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284794A (en) * 2006-04-19 2007-11-01 Maxim Integrated Products Inc Plasma systems with magnetic filter devices to alter film deposition/etching characteristics
JP2008226987A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Ulvac Japan Ltd Method and device for manufacturing magnetoresistive element and method and device for manufacturing magnetic device
JP2010084174A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Shinmaywa Industries Ltd Mechanism for converging charged particle flow, method for using the mechanism for converging charged particle flow, and vacuum film-forming apparatus
JP2011138976A (en) * 2009-12-29 2011-07-14 Renesas Electronics Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2020517832A (en) * 2017-04-27 2020-06-18 エヴァテック・アーゲー Soft magnetic multilayer deposition apparatus, method of manufacture, and magnetic multilayer

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