JPS60182711A

JPS60182711A - 磁性薄膜の形成方法およびその装置

Info

Publication number: JPS60182711A
Application number: JP3823784A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuzawa; 松沢　孝治; Hiromichi Enomoto; 洋道榎本; Yuji Kasanuki; 有二笠貫; Shozo Ishibashi; 正三石橋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1985-09-18
Also published as: JPH0572733B2

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】 ■　発明の背景技術分野本発明は磁性金属材料を高速でスパッタする磁性薄膜の
形成方法およびその装置に関し、特に高密度磁気記録媒
体の製造に好適な磁性薄膜の形成方法およびその装置に
関する。

従来技術とその問題点近年の情報量の増加に伴ない、高密度記録への要求が高
まっている。これに対し、高融点金属や酸化物等の化合
物を始めとするほとんどすべての物質の薄膜化に利用で
きる等の利点を有するスパッタ法が注目されている。

スパッタ法の一つとして、高薄膜形成速度、低基板温度
および低ガス圧領域でのスパッタを可能にしたマグネト
ロンスパッタ法が開発されている。

しかし、この方法において、非磁性体をターゲットとし
て用いる場合には高速成膜が可能であるが、磁性体をタ
ーゲットに用いる場合、ターゲット表面に平行な磁界を
印加できなくなるために、高速成膜が不可能であった。

これに対し、磁性体をターゲットに用いてかつ高速成膜
が可能な方法として対向ターゲット式スパッタ法が提案
されている（応用物理、第４８巻第６号、Ｐ５５８〜Ｐ
５５９．１９７９年）。この対向ターゲット式スパッタ
法に用いられる装置は第１図に示す如く構成される。即
ち、真空槽１０内に一対のターゲットＴａ　、　Ｔｂ　
ｆスパッタ面ＴａＳ　、　ＴｂＳが空間を隔てて平行に
対面するように配置すると共に、基板２０はターゲラ）
　Ｔａ　、　ＴｂＯ側方に設けた基板ホルダー２１によ
シタ−ゲラ）　Ｔａ　、　Ｔｂの空間の側方に該空間に
対面するように配置する。

そして真空槽１０の回りに設けたコイル３０もしくは真
空槽１０内に内蔵された永久磁石３１によシスバッタ面
ＴａＳ　、　ＴｂＳに垂直な方向のプラズマ収束磁界Ｈ
を発生させるようにしである。なお、ターゲットＴａ　
、　Ｔｂはそれぞれ鉄製のターゲットホルダー１１ａ　
、　ｌｌｂにより保持され、シールド１２ａ　、１２ｂ
によシ保護されている。

上記装置を用いて薄膜を形成するには、図面に省略した
排気系により排気口４０から真空槽１０内を排気した後
、図面に省略したガス導入系により導入口５０を通して
アルゴン等のスパッタガスを導入し、直流電源からなる
スパッタ電源６ｏによりシールド１２ａ　、　１２ｂお
よび真空槽１ｏを陽極（接地）にし、ターゲラ）　Ｔａ
　、’　Ｔｂを陰極にしてスパッタ電圧を併結すると共
にコイル３ｏまたは真空槽１０内に内蔵された永久磁石
３１により前記磁界Ｈを発生させることによりスパッタ
が行なわれ、基板２０上にターゲラ）　Ｔａ　、　Ｔｂ
に対応したに■成の＋ＪＪ膜が形成される。

この時、前述の構成にょシスバッタ面ＴａＳ　、ＴｂＳ
に垂１ａなプラズマ収束磁界Ｈが印加されているので、
対向するターゲラ）　Ｔａ　、　Ｔｂ間の空間内に高エ
ネルギー電子が閉じ込められ、この空間内のスパッタガ
スのイオン比が促進されてスパッタ速度が大きくなり、
高速の膜形成が可能となる。

また、基板２０は従来のスパッタ装置の如くターゲット
に対向せず、ターゲットＴａ　、　Ｔｂの側方に配置さ
れているので、基板２ｏへの高いエネルギーを有するイ
オンや電子の衝突がほとんどなくなり、かつ、ターゲッ
トＴａ　、　Ｔｂからの熱輻射も小さく基板温度の上昇
を防ぎ、低温での膜形成を可能としている。

しかしながら、前述した如くのスパッタ面ＴａＳ　。

ＴｂＳ　Ｋ垂直なプラズマ収束磁界Ｈは、ターゲットＴ
ａ、Ｔｂ間の空間に高エネルギー電子を閉じこめ、膜形
成速度を速めると同時に、ターゲラ）Ｔａ、Ｔｂの側方
に配置されている基板２０の表面にもターゲラ）　Ｔａ
　、　Ｔｂ間力方向磁界Ｈｓを与えることになる。この
ことは、パーマロイのような軟磁性体をターゲットに用
いて、基板２０上に形成した磁性薄膜では、その膜面内
に磁界印加方向、即ち、ターゲラ）　Ｔａ　、　Ｔｂ間
力方向磁化容易軸をもつ一軸磁気異方性を有することに
なる。従って、上記方法によりＦｅ−Ｎｉ層を下地層と
して、その上にＣｏ−Ｃｒ層を成膜して垂直磁気記録媒
体として使用した場合、前記下地層の一軸磁気異方性に
より周期的な出力変動が発生することがわかり、実用上
の大きな問題となっていた０、 ■　発明の目的本発明は上記の如き問題点に鑑み為されたもので、本発
明の第１の目的は、−軸磁気異方性を有せず出力変動の
ない磁性薄膜の形成を可能にする磁性薄膜の形成方法を
提供することである。さらに本発明の第２の目的は、前
記磁性ペケ膜の形成方法に適する装置を提供することで
ある。

■　発明の具体的植成本発明の第１の目的は、陰極となる一列のターゲットを
、そのスパッタ面が空間を隔てて対面するよう配置し、
該スパッタ面に垂直な方向に磁界を発生する一手段によ
り磁界を発生しながら、前記ターゲット間の側方に、前
記空間に対面するように配置した基板上にスパッタによ
り薄膜を形成するようにした磁性薄膜の形成方法におい
て、前記磁界発生手段により前記基板上（ｌζ生じる磁
界の補償手段により、前記基板上の磁界を消磁しながら
薄膜を形成するようにしたことを特徴とする磁性薄膜の
形成方法により達成される。

また、本発明の第２の目的は、陰極となる一対のターゲ
ットを、そのスパッタ面が空間を隔てて対面するよう配
置し、該スパッタ面に垂直な方向に磁界を発生する手段
を設け、前記ターゲット間の側方に、前記空間に対面す
るように配置した基板上例スパッタにより成膜するよう
になした磁性薄膜の形成装置において、前記磁界発生手
段によシ前記基板上に生じる磁界の補償手段を設けたこ
とを特徴とする磁性薄膜の形成装置により達成される。

前記本発明の方法および装置において、前記磁界発生手
段によシ基板上に生じる磁界Ｈｓを消磁する補償手段と
しては、前記基板上の磁界Ｈｓｋ消す働きを有するもの
であれば何れも用いることができるが、具体的には、前
記基板上に生じる磁界Ｈｓに対して積極的に逆向きの磁
界Ｈ′を印加して消磁する手段、例えば、■前記基板近
傍に配置した永久磁石によるもの、■前記基板近傍に磁
界を発生するようにした電流によるもの、■前記基板の
磁性薄膜形成面の反対側に配置したもう一組の磁性薄膜
形成装置であるものが、あり、また、前記基板上に生じ
る磁界ルを吸収する如くして消磁する手段、例えば、■
前記ターゲット空間と前記基板との間に配置した軟磁性
材よりなるもの等がある。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。

第２図〜第５図はそれぞれ本発明に係る磁性薄膜の形成
装置の一実施例を示すものである。

第２図は、前記補償手段として、前記基板近傍に配置し
た永久磁石を用いた例であシ、図中、第１図と同一番号
を付したものは従来装置と同様であり説明を省略する。

同図において、スパッタ装置の基本的構造は従来装置と
何ら変わシはないが、基板２０の磁性薄膜形成面の反対
側に一対の永久磁石７０が、ターゲラ）　Ｔａ　、　Ｔ
ｂ間に印加されるプラズマ収束磁界Ｈの方向と逆向きで
、かつ、前記基板２０上での磁界Ｈｓと打ち消し合って
消磁される如くの磁界Ｈ′を有するように配置されてい
る。

上記の装置を用いて薄膜を形成するのは、前記従来装置
と同様に行なうことができる。即ち、図面に省略した排
気系によυ排気口４０から真空槽１０内を排気した後、
図面に省略したガス導入系により導入口５０を通してア
ルゴン等のスパッタガスを導入し、直流電源からなるス
パッタ電源６０によりシールド１２ａ、１２ｂおよび真
空槽１０を陽極（接地）にし、磁性材料からなるターゲ
ットＴａ　。

Ｔｂを陰極にしてスパッタ電圧を供給すると共にコイル
３０または真空［１０内に内蔵された永久磁石３１によ
シ前記磁界Ｈを発生させることによりスパッタを行なう
。この際、基板２０の磁性薄膜形成面の反対側に設けた
一対の永久磁石７ｏの発生する磁界Ｈ′により、基板２
０上の磁界Ｈｓは相殺され消磁されているので、基板２
０上に形成される磁性薄膜層は磁気異方桂を有しないも
のとなる−なお、前記永久磁石７０は基板２０の薄膜形
成面の反対側に設けたが、基板２０の薄膜形成面側に設
けてもよく、基板２０上の磁界Ｈｓを消磁し、かつ、タ
ーゲットからのスパッタ粒子をさえぎらない位置であれ
ばどこに設けてもよい。

第３図は、前記補償手段として、第２図で示した永久磁
石７０に代えて磁界Ｈ’を発生するようにした電流によ
るもの７１を用いた例であり、具体的には、銅線等の電
気良導線をコイル状にし電流を適就に調節して流し磁気
コイルとして用いてもよいし、電導線を基板２０面に平
行で磁界Ｈに垂直な方向に複数本並べ、各電導線に流す
電流を各々に調節して基板２０上の磁界Ｈ８を打ち消す
ような磁界Ｈ′を発生するようにしてもよい。

第４図は、前記補償手段として、第２図に示した永久磁
石７０に代えて互いにプラズマ収束磁界Ｈが逆向きにな
るように配置したもう１組の磁性薄膜の形成装置７２で
あり、同図に示す如く、基板支持体２１０両側に基板２
０を設は同時にそれぞれの基板２０上に磁性薄膜を形成
することができる。また、本実施例では、磁界Ｈの発生
装置として真空槽１０内に内蔵された永久磁石３１によ
る形式のものに対して特に良好な結果を与えるものであ
る。

第５図は、前記補償手段として、第２図で示した永久磁
石に代えて軟鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の透磁率の大
きな軟磁性材７３をターゲット空間と基板２０との間で
ターゲットからのスパッタ粒子をさえぎらない位置に配
置するものである。

本装置においては、前記第２図〜第４図に示した各装置
のように前記補償手段自身に磁界Ｈ′の発生機能を有す
るものではないが、ターゲット間に印加されるプラズマ
収束磁界Ｈを軟磁性材近傍で低減させ、基板２ｏ上の磁
界Ｈｓを小さくし、形成する磁性薄膜の磁気異方性を低
減しようとするものである。

以上、本発明を真空槽内に一対のターゲットを対向させ
た装置で説明したが、次に二層膜構造のＶ！膜を連続的
に形成するに適した装置を第６図により説明する。

同図において、真空槽ｌｏ内には二対のターゲットＴａ
ｌ　、　Ｔｂｌ　５Ｔａ２、Ｔｂ２とが連設されている
。

即ち、真空＃Ｊ１０内の同図左側のターゲラ）Ｔａｉは
ターゲットホルダー１１ａにより支持され、該ターゲッ
トホルダー１１ａは絶縁スペーサ−１３ａを介してシー
ルド１２ａに支持され、さらにシールド１２ａは真空槽
１０に同定されている。続くターゲツトＴａ１Ｋ対面す
る如、〈設けられるターゲット’ｒｂｔおよびそのター
ゲラ）Ｔｂｌを背面にして対称的に設けられるターゲッ
トＴａｚは、図に示す如く、同図中央に設けられたター
ゲットホルダー１１ｂにより支持され、前記と同様に絶
縁スペーサー１３ｂを介してシールド１２ｂに支持され
、真空槽１ｏに固定されている。さらに続くターゲラ）
Ｔｂ２は前記ターゲットＴａ２に対面する如く設けられ
、前記と同様にターゲットホルダー１１ｃにより支持さ
れ、絶縁スペーサー１３ｃを介してシールド１２ｃに支
持され、真空槽１０に固定されている。そして、真空槽
１゜内のターゲットホルダー１１ａ　、　ｌｌｂ　、　
ｌｌｃ内に図示の如く内蔵された永久磁石３１ａ　＋　
３１ｂ　＋　３１ｃにより、ターゲラ）　Ｔａｌ　、　
’ｐｉ）ｘ間に垂直な方向のプラズマ収束磁界Ｈおよび
ターゲラ）　Ｔａ２．　Ｔｂ２間に垂直な方向のプラズ
マ収束磁界Ｈをそれぞれ発生するようにしである。また
、図に省略した移送手段を有する繰り”出しロール２２
から基板２ｏが移送され、巻き取りロール２３に巻き取
られる如くなっている。さらに、移送される基板２ｏの
前記ターゲラ）　Ｔａｘ　、　Ｔｂｌ間の空間の側方、
即ち、第１の磁性薄膜が基板２ｏ上に形成される場所の
基板２０の薄膜形成面の反対側に一対の永久磁石７０ａ
が、また同様に前記ターゲラ）　Ｔａ２　、　Ｔｂｚ間
の空間の側方、即ち、第２の磁性薄膜が基板２０上に形
成される場所の基板２０の薄膜形成面の反対側にもう一
対の永久磁石７０ｂがそれぞれ基板２０上での磁界Ｈ８
を打ち消す如くの磁界Ｈ′を有するように配置されてい
る。そして、ターゲットＴａｌ　。

Ｔｂｌにスパッタ電源６１が、またターゲットＴａ２゜
Ｔｂ２にスパッタ電源６２がそれぞれ独立して設けられ
、それぞれのシールド１２ａ　、　１２ｂ　、　１２ｃ
および真空槽１０を陽極（接地）にして電力を供給する
ようにしである。

上記の装Ｗｔ、を用いて磁性薄膜を形成するには、繰り
出しロール２２から巻き取りロール２３に基板２０を移
送させながら、従来装置と同様にスパッタさせればター
ゲットＴａＩＨ’ｒｂｔ　＋　Ｔａ２ｔ　’ｒｂ２の組
成に応じた磁性薄膜が基板２０上に連続的に形成できる
。特にターゲラ）　Ｔａｘ　、　ＴｂｘおよびＴａｇ　
、　Ｔｂ２を異なった材料を用いることによシ二層膜構
造の薄膜が連続的に形成できる。

第６図において、前記補償手段として永久磁石７０ａ　
、　７０ｂを用いたが、前述の第３図〜第５図に示した
如く、永久磁石７０ａ　、　７０ｂに代えて、磁界を発
生するようにした電流によるもの７１、もう−組の磁性
薄膜形成装置７２、軟磁性材を用いるもの７３、それぞ
れを前記補償手段に用いれば、前記と同様の二層膜構造
の薄膜を前述したと同様に連続的に形成することができ
る。

以下、本発明をさらに具体的に実施例および比較例によ
り説明するが、本発明はこれによυ限定されるものでは
ない。

比較例１第６図に示した装置において、基板２０の裏側に配置し
た永久磁石７０ａ　、　７０ｂを設けないで、以下の条
件で行った。

ターゲットＴａ１．Ｔｂ１材料として２５０　ｍ　Ｘ　
８０　ｍ、厚さ５ｍのパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆ
ｅ　１９ｗｔ％、Ｎｉ　８１　ｗｔ％）を用い、ターゲ
ットＴａ２　、　Ｔｂｚ材料として同形状のＣｏ−Ｃｒ
合金（Ｃｏ　８２ｗｔ％、　Ｃｒ　１８ｗｔ％）を用い
、それぞれのターゲット間距離を１００調とし、ターゲ
ット表面中央部に１２００ｅとなるようにプラズマ収束
磁界Ｈを印加した。ターゲット端部より３０曜の位置に
厚さ５μｍのポリイミド基板２０を搬送させながら、Ａ
ｒ圧２　ｍ　Ｔｏｒｒ　で、それぞれのターゲット間に
７００Ｖ、２．ＯＡの直流グロー放′ｉ！Ｌをおこし、
前記基板２０上に第１の磁性層としてパーマロイ（Ｆｅ
　１９ｗｔ　％　、　Ｎｉ　８１ｗｔ％）を４０００Ｘ
の厚さでスパッタし、続いてその上に連続して第２の磁
性層としてＣｏ−Ｃｒ合金（Ｃｏ　８２ｗｔチ、Ｃｒ　
１８ｗｔ　％　）を２００ＯＡの厚さでスパッタし、二
層膜構造の磁性薄膜を連続的に形成した。

得られた磁性薄膜を５．２５インチの円形に打ち抜き、
７０ＫＢＰＩで垂直磁気記録し、再生したところ、？４
）られた再生エンベロープは図７の如くであった。記録
再生時の出力変動は２５％であった。

なお、ターゲット間中央側方での基板２０上での磁界は
２００ｅであった。

実施例１第６図に示した装置、即ち基板２０の裏側に配置した２
対の永久磁石７０ａ　、　７０ｂによシそれぞれのター
ゲット間中央側方での基板２０上の磁界Ｈｓと逆向きで
２００ｅの磁界Ｈ’ｔ−印加するようにして、前記比較
例１と同様の条件で二層膜構造の磁性薄膜を形成した。

得られた磁性薄膜を比較例１と同様に処理した。

得られた再生エンベロープは図８の如くであった。

実施例２前記実施例１の永久磁石７０ａ　、　７０ｂの代わシに
銅線を基板２０に平行でプラズマ収束磁界Ｈに垂直な方
向に複数本並べ、名調線に流す電流を調整し、スパッタ
粒子が被着する基板２０面上全てでほぼ磁界Ｈｓを消磁
するようにした以外は実施例１と同様にして、磁性薄膜
を形成し、記録再生を行った。得られた再生エンベロー
プを図９に示す。

記録再生時の出力変動は全くなかった。

実施例３前記実施例１の永久磁石７０ａ　、　７０ｂの代わりに
互いにプラズマ収束磁界Ｈが逆向きの２組の対向ターゲ
ットを基板２０に対称的に配置して、基板２０上での磁
界Ｈｓを消磁するようにした以外は実施例１と同様にし
て、磁性薄膜を基板２０の両面形成し、記録再生を行っ
た。記録再生時の出力変動は全くなかった。

実施例４前記実施例１の永久磁石７０ａ　、　７０ｂの代わυに
基板２０と各ターゲットとの間に厚さ６簡の軟鉄からな
る軟磁性板７３を設けた以外は実施例１と同様にして磁
性薄膜を形成し、記録再生を行った。

記録再生時の出力変動は１３％であった。なお、基板２
０上で磁界は２００ｅから４０ｅに減少していたＯ発明の詳細な説明した如く、本発明によれば、出力変動を大幅に低
減または完全になくした磁性薄膜の形成を可能とし、高
密度磁気記録の実用性に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式の磁性薄膜形成装置の説明図、第２図
〜第６図および第８図および第９図は本発明の一実施例
を示すもので、第２図は補償、手段として永久磁石を用
いた装置の説明図、第３図は補償手段として電流による
ものを用いた装置の説明いた装置の説明図、第５図は補
償手段として軟磁性材を用いた装置の説明図、第６図は
２層膜構造の磁性薄膜を連続的に形成する装置の説明図
、第７図は従来方式で得られた磁性薄膜の記録再生エン
ベロープ、第８図は実施例１で得られた磁性薄膜の記録
再生エンベロープ、第９図は実施例２で得られた磁性薄
膜の記録再生エンペローブを示す０１０・・・真空槽、
　ｌｌａ　、　ｌｌｂ　、　Ｉｌｃ・・・ターゲットホ
ルダー、１２ａ　＋　１２ｂ　＋　１２ｃ　・・・シー
ルド、１３ａ　、　１３ｂ　、　１３ｃ・・・絶縁スペ
ーサー、　２０・・・基板、２２・・・繰り出しロール
、　２３・・・巻き取りロール、Ｔａｒ　Ｔｂ、Ｔａｔ
　、Ｔｂｔ　＋　Ｔａ２＋　Ｔｂ２−・・ターゲット、
３０・・・コイル、　３１・・・永久磁石、６０．６１
．６２・・・スパッタ電源、７０、７０ａ、　７０ｂ、
　７１．７２．７３−・・補償手段特許出願人　小西六
写真工業株式会社代　理　人　弁理士　市之瀬　宮　夫ｒ申瀬士第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　陰極となる一対のターゲットを、そのスパッタ
面が空間を隔てて対面するよう配置し、該スパッタ面に
垂直な方向に磁界を発生する手段によシ磁界を発生しな
がら、前記ターゲット間の側方に、前記空間に対面する
ように配置した基板上にスパッタにより薄膜を形成する
ようにした磁性薄膜の形成方法において、前記磁界発生
手段により前記基板上に生じる磁界の補償手段により、
前記基板上の磁界を消磁しながら薄膜を形成するように
したことを特徴とする磁性薄膜の形成方法。
（２）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基板
近傍に配置した永久磁石であることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の磁性薄膜の形成方法。
（３）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基板
近傍に磁界を発生するようにした電流によるものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の磁性
薄膜の形成方法−
（４）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基板
の磁性薄膜形成面の反対側に配置したもう一組の対向タ
ーゲットスパッタ装置であることを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項記載の磁性薄膜の形成方法。
（５）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記ター
ゲット空間と前記基板との間に配置した軟磁性材よりな
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項記載の磁性薄膜の形成方法。
（６）　陰極となる一対のターゲットを、そのスノくツ
タ面が空間を隔てて対面するよう配置し、該スパッタ面
に垂直な方向に磁界を発生する手段を設け、前記ターゲ
ット間の側方に、前記空間に対面するように配置した基
板上にスパッタによシ成膜するようになした磁性薄膜の
形成装置において、前記磁界発生手段により前記基板上
に生じる磁界の補償手段を設けたことを特徴とする磁性
薄膜の形成装置。
（７）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基板
近傍に配置した永久磁石であることを特徴とする特許請
求の範囲第（６）項記載の磁性薄膜の形成装置。
（８）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基板
近傍に磁界を発生するようにした電流によるものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項記載の磁性
範膜の形成装置。
（９）　前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記基
板の磁性薄膜形成面の反対側に配置したもう一組の対向
ターゲットスパッタ装置であることを特徴とする特許請
求の範囲第（６）項記載の磁性薄膜の形成装置。（至）前記基板上に生じる磁界の補償手段が、前記ター
ゲット空間と前記基板との間に配置した軟磁性材よりな
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第（６）
項記載の磁性薄膜の形成装置。