JPS6151410B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高密度磁気記録媒体としての磁性
薄膜を高速で作製する装置に関する。

近年、磁気記録媒体としては高密度化の要求か
ら従来の磁性粉による磁気記録媒体に代るものと
してスパツタ法による磁性薄膜が注目され研究さ
れている。従来、磁性薄膜の作製には２極スパツ
タ装置が使われていたが、この２極スパツタ装置
では、スパツタを生ぜしめるイオンの密度を充分
に上げることが出来ない為に薄膜形成速度が遅く
実験室における研究には充分であつても量産化に
は不向きであつた。

近年になつてターゲツト表面の近傍に電場と磁
場が直交するマグネトロン放電を起こし運動する
電子がターゲツト表面の近傍を連続した軌跡をも
つて運動できるようににしたマグネトロン形スパ
ツタ装置が提案された。このマグネトロン形スパ
ツタ装置は、上述した電子の連続的な軌跡をもつ
運動によりイオン密度が大となり薄膜形成速度が
高速となるところから、電子デバイス関係の薄膜
作製の量産装置として使用されつつある。しかし
ながら、マグネトロン形スパツタ装置を用いて磁
性薄膜を作製する場合、ターゲツトとして磁性材
料を用いなければならず、その他の薄膜を作製す
る場合と事情が異なつてくる。

一般にマグネトロン形スパツタ装置は互いに対
向するターゲツトおよび基板ホルダー間のターゲ
ツト近傍にターゲツトと基板ホルダーとの間に加
えられる電界に直交する磁界をターゲツトを介し
て発生させることにより、スパツタの際ターゲツ
トから放出される２次電子に旋回運動させ電子の
移動距離を長くさせ、分子との衝突確率を大きく
してイオン密度を上げている。つまり磁界発生手
段としてターゲツトの裏側に永久磁石または電磁
石を配置してターゲツトおよび基板ホルダー間の
ターゲツト近傍に上述の電界に直交する磁界を発
生させている。従つて、ターゲツトに磁性材料を
使用する場合、磁界発生手段による磁力線はター
ゲツトの中を通るため、ターゲツトの基板ホルダ
ーに対向する面から洩れ出る磁力線はほとんど零
となり電子の旋回運動に寄与出来なくなり、直交
電磁場を利用していない通常のスパツタ装置と同
様のイオン密度しか得られず、高速で磁性薄膜の
作製が行なえないという欠点がある。

本発明の目的は、互いに対向するターゲツトお
よび基板ホルダー間のターゲツト近傍に該ターゲ
ツトを介して該ターゲツトと上記基板ホルダーと
の間に加えられる電界に直交した磁界を生ぜしめ
ることによりスパツタを行なうマグネトロン形ス
パツタ装置において、上記ターゲツトに磁性材料
を用いた場合に電子に旋回運動させるに充分な磁
界を発生させて大なる薄膜作製速度を得ることに
ある。

本発明によれば、真空容器内に互いに対向する
ように配置されたターゲツトおよび基板ホルダー
と、該ターゲツトおよび基板ホルダー間に電力を
供給する電力供給手段と、上記真空容器内に配置
され上記ターゲツトおよび基板ホルダー間の該タ
ーゲツト近傍の領域に上記電力供給手段による電
界に対して直交する磁界を上記ターゲツトを介し
て形成する磁界発生手段とを備え、上記基板ホル
ダーによつて上記ターゲツトに対向するように支
持された基板に合金磁性薄膜を形成するスパツタ
装置であつて、上記ターゲツトとして、上記磁界
発生手段による磁界に影響を与えないもしくは影
響を与えても上記磁界発生手段により上記ターゲ
ツトおよび基板ホルダー間の該ターゲツト近傍の
領域に上記電界に対して直交する漏洩磁界を発生
し得る、上記合金磁性薄膜と同種の構成元素から
なる合金からなる第１のターゲツト材と、強磁性
を有する上記合金磁性薄膜と同種の構成元素から
なる合金からなる第２のターゲツト材とを有する
ターゲツトを用い、該第１および第２のターゲツ
トを同時スパツタにより所望の組成の上記合金磁
性薄膜が得られるように配置するとともに上記第
２のターゲツトを上記磁界発生手段の補助磁極と
なるように配置して上記ターゲツトおよび基板ホ
ルダー間の該ターゲツト近傍の領域に上記電界に
対して直交する磁場を有効に発生せしめるように
したことを特徴とする磁性薄膜作製用スパツタ装
置が得られる。

以下、図面を参照して説明する。

第１図および第２図は本発明が適用されるマグ
ネトロン形スパツタ装置の一例を示している。こ
のスパツタ装置は、真空容器１０と、これを真空
ポンプで排気する排気系２０と、真空容器１０内
にガスを導入して１０^-1乃至１０^-4Torr程度の所
定の圧力に設定するガス導入系３０と、真空容器
１０内に設けられる内部機構４０とから構成され
る。内部機構４０は、真空容器１０の底板１１に
取付けられた絶縁ポート１２を介して、真空容器
１０のほぼ中央に配置されているターゲツト４１
と、ターゲツト４１に対向するように真空容器１
０の上蓋１４に取付けられている、薄膜を作製す
べき基板を支持する基板ホルダー４２と、図には
示していないがターゲツト４１と基板ホルダー４
２との間を必要に応じて遮蔽する為のシヤツター
等により構成されている。絶縁ポート１２と、タ
ーゲツト４１の一部はアース電位のシールド１３
により、プラズマ粒子の飛来から保護される。

第３図に示すように、ターゲツト４１は、従来
プラズマ粒子によりスパツタされるターゲツト材
４３のみを有しており、ターゲツト材４３の裏面
には電子に旋回運動をさせる為の磁界発生用永久
磁石４４，４５が備えられている。第４図は第３
図の一断面を示し、ターゲツト材４３として磁性
材料以外の金属材料を用いた場合を示している。
この場合、磁力線１０１および１０２は、第２図
の電源６０によるターゲツト材４３の面と垂直な
電界に対して直交する成分を有し、これが為ター
ゲツト面からの射出２次電子は旋回運動を行な
い、電界強度との関係から、所定の強度の磁界内
に存在する電子は該磁界内にとじ込められ、分子
と衝突してイオン化する為に該磁界内のプラズマ
密度が高くなる。プラズマ中のイオンは電源６０
によりターゲツト４１に印加された負電位により
加速され、ターゲツト面に衝突し、そのエネルギ
ーをターゲツトの原子に与えて、ターゲツト面か
ら原子を飛び出させる。

ターゲツト面より飛び出した原子を基板の表面
に付着させて薄膜作製の手段にしている。これが
いわゆるマグネトロン形スパツタであり、プラズ
マ密度を上げることが出来る為に大量のイオンが
ターゲツト面に衝突することにより、速い被膜形
成速度が得られることから、近年多方面で使用さ
れていることは良く知られているとおりである。

第５図は、該マグネトロン形スパツタ用ターゲ
ツト材として強磁性ターゲツト材４３′を使用し
た場合であり、図の如く磁力線１０３および１０
４はターゲツト材４３′内を通りプラズマが発生
する面にほとんど磁界を発生しないか、または発
生したとしても極微弱な磁界しか得られない。

本発明はかかる不都合を解決する為になされた
ものである。すなわち一般強磁性体は遷移金属単
体か遷移金属間の合金または遷移金属と他の元素
（たとえば希土類金属）との合金により得られる
が、遷移金属または類似の元素の合金は、合金の
成分元素の種類により、成分元素の組成比が或る
値の時に強磁性が消失するものがある。

第６図はこのような例としてコバルトとクロム
の合金においてクロムの含有量（アドミツク％）
に対する飽和磁化の曲線２００を示したものであ
る。図よりクロムの含有量（アトミツク％）の増
大と共に飽和磁化は減少し、クロムの含有量（ア
トミツク％）が30％以上になると、飽和磁化が零
に近づくことがわかる。以下本発明の一実施例と
してコバルトとクロムの合金の磁性薄膜を作製す
る場合について説明する。

第７図、第８図はそれぞれ本発明のターゲツト
の断面の一部を示し、第９図は第７図あるいは第
８図を上方（スパツタされる面）より見た図であ
る。

第７図のターゲツトは、クロムの含有量が30％
以上の強磁性をもたないコバルトとクロムの合金
による板状の第１のターゲツト材４６と、クロム
含有量20〜０％で飽和磁化200ガウス以上のコバ
ルトとクロムの合金による第２のターゲツト材４
７，４８，４９とを有し、第１のターゲツト材４
６の永久磁石４４，４５が配置される面とは反対
側の面（基板ホルダーに対向する面）上に永久磁
石４４，４５の磁極に対応して第２のターゲツト
材４７，４８，４９を図の如く配置し、第２のタ
ーゲツト材４７，４８，４９をそれぞれ永久磁石
４４，４５の補助磁極となすことにより電界に直
交する成分をもつ磁力線１０５，１０６を有効に
発生させたものである。第７図の実施例によるタ
ーゲツトを用いて実際にスパツタを行なつたとこ
ろ、マグネトロン形のスパツタを行なうことが確
認され、第２のターゲツト材４７，４８，４９の
幅w₃，w₂，w₁を変えることにより作製された磁
性薄膜のクロム含有量も変え得ることが判明し
た。

第８図の実施例によるターゲツトは、第１のタ
ーゲツト材４６′の基板ホルダーに対向する面
に、第２のターゲツト材４７′，４８′，４９′を
はめこむ為の溝をつけ、第２のターゲツト材４
７′，４８′，４９′をうめ込んだ構造を有する。
この実施例では第１のターゲツト材４６′の基板
ホルダー側の面と、第２のターゲツト材４７′，
４８′，４９′の基板ホルダー側の面が同一面に形
成するようになされているがかならずしも同一面
に形成する必要ははい。第７図の実施例に比較し
て第８図の実施例は構造は複雑であるが第２のタ
ーゲツト材が永久磁石の磁極に近いのでより有効
に電界に直交する成分をもつ磁力線１０５′，１
０６′を発生し得ると同時に第２のターゲツト材
４７′，４８′，４９′の冷却がより有効に行なわ
れ得るという利点がある。なお、第８図におい
て、第２のターゲツト材４７′，４８′，４９′を
直接磁石４４，４５の磁極に対向させるように延
長させてもよい。

第１０図および第１１図は本発明が適用される
スパツタ装置の他の例を示し、磁石内蔵の円筒状
ターゲツト５１を有するいわゆる同軸形マグネト
ロンスパツタ装置である。このスパツタ装置にお
ける内部機構５０は、絶縁ポート１２を介して真
空容器のほぼ中央に配置された円筒状ターゲツト
５１と、このターゲツト５１に対向するように真
空容器１０の底板１１または上蓋１４に取付けら
れた基板ホルダー５２と、図には示していないが
ターゲツト５１と、基板ホルダー５２とを必要に
応じて遮蔽する為のシヤツター等より構成されて
いる。絶縁ポート１２とターゲツト５１の一部は
アース電位のシールド１３′により飛来するプラ
ズマ粒子から保護される。

第１２図および第１３図に示すように、円筒状
ターゲツト５１は従来円筒状ターゲツト材５３の
みを有しており、円筒状ターゲツト材５３の内部
にはターゲツト材５３の筒面に垂直な電界に対し
て直交する成分をもつ磁力線２０１，２０２等を
発生させる為に複数個の環状永久磁石５４が同極
を向き合せて配置されている。なお、第１２図お
よび第１３図はターゲツト材５３として磁性材料
以外の金属材料を用いた場合の磁界の様子を示し
ている。

一方、第１４図は円筒状ターゲツト５１のター
ゲツト材として強磁性材料５３′を使用した時の
磁界の様子を示したものであり、磁力線２０３，
２０４は強磁性ターゲツト材５３′の内に発生し
外部に洩れ出さない様子を示している。すなわち
円筒状ターゲツトにおいてもターゲツト材に強磁
性体を使用する場合はマグネトロン形スパツタを
行なうに必要な磁界は得られなくなる。

第１５図は本発明を適用した円筒状ターゲツト
の断面図であり、第１のターゲツト材５５として
前述した強磁性を消失せしめた合金からなる円筒
状のものを用い、第２のターゲツト材５６として
強磁性を有する合金を用い、第２のターゲツト材
５６を第１のターゲツト材５５の外筒面に各磁石
５４の磁極部分に対応させて位置することにより
マグネトロンスパツタを行なわしめるに必要な磁
界を有効に発生せしめ得る構造としたものであ
る。

第１５図においては、内部磁石５４を円筒状タ
ーゲツト材５５内にその軸方向に互いに同極を向
い合せて配置したのに対して、第１６図は径方向
に互いに逆極性になるように磁化された２種の環
状磁石５４′および５４″を交互に第１のターゲツ
ト材５５の内部に配置し、円筒状の第１のターゲ
ツト材５５の外筒面に各磁石５４′および５４″に
対応する位置に強磁性を有する第２のターゲツト
材５６を配置することにより、磁界の発生を有効
ならしめる構造としたものである。

なお、上記実施例では第１のターゲツト材とし
て強磁性を消失せしめた合金を用いたが、完全に
強磁性を消失させなくとも磁界発生用磁石により
ターゲツトおよび基板ホルダー間のターゲツト近
傍の領域に電界に対して直交する漏洩磁界を発生
し得るような合金であれば使用可能である。また
磁界発生手段としては永久磁石の代りに電磁石を
用いてもよいことはもちろんである。さらに電源
６０としては直流電源に限らずターゲツトに少な
くとも一時的に負電位を与えるような電源であれ
ば使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される平板マグネトロン
形スパツタ装置の一部切欠き斜視図、第２図は第
１図の運転状態を示す概略図、第３図は従来の平
板形ターゲツトおよび永久磁石を含む部分の一部
切欠き斜視図、第４図は第３図の断面図、第５図
は強磁性体をターゲツト材として使用した時の磁
界分布を説明するための第４図と同様な図、第６
図はコバルトとクロムとの合金のクロム含有量
（アトミツク％）に対する飽和磁化（ガウス）変
化を示した図、第７図および第８図はそれぞれ本
発明の実施例による平板形ターゲツトおよび永久
磁石を含む部分の断面図、第９図は第７図または
第８図の平面図、第１０図は同軸状マグネトロン
形スパツタ装置の一部切欠き斜視図、第１１図は
第１０図の運転状態を示す概略図、第１２図は従
来の円筒状ターゲツトおよび永久磁石を含む部分
の斜視図、第１３図は第１２図の断面図、第１４
図は円筒状ターゲツトに強磁性ターゲツト材を使
用した時の磁界分布を説明するための第１３図と
同様な図、第１５図および第１６図はそれぞれ本
発明の実施例による円筒状ターゲツトおよび永久
磁石を含む部分の断面図である。 図において、１０……真空容器、１１……底
板、１２……絶縁ポート、１３，１３′……シー
ルド、１４……上蓋、２０……排気系、３０……
ガス導入系、４１……平板ターゲツト、４２……
基板ホルダー、４３……ターゲツト材、４４，４
５……磁石、４３′……強磁性ターゲツト材、４
６，４６′……強磁性を消失させた第１の合金タ
ーゲツト材、４７〜４９，４７′〜４９′……強磁
性を有する第２の合金ターゲツト材、５１……円
筒状ターゲツト、５２……基板ホルダー、５３…
…ターゲツト材、５３′……強磁性ターゲツト
材、５４，５４′，５４″……環状磁石、５５……
強磁性を消失せしめた第１の合金ターゲツト材、
５６……強磁性を有する第２の合金ターゲツト
材、６０……直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に互いに対向するように配置され
   たターゲツトおよび基板ホルダーと該ターゲツト
   および基板ホルダー間に電力を供給する電力供給
   手段と、上記真空容器内に配置され上記ターゲツ
   トおよび基板ホルダー間の該ターゲツト近傍の領
   域に上記電力供給手段による電界に対して直交す
   る磁界を上記ターゲツトを介して形成する磁界発
   生手段とを備え、上記基板ホルダーによつて上記
   ターゲツトに対向するように支持された基板に合
   金磁生薄膜を形成するスパツタ装置であつて、上
   記ターゲツトとして、上記磁界発生手段による磁
   界に影響を与えないもしくは影響を与えても上記
   磁界発生手段により上記ターゲツトおよび基板ホ
   ルダー間の該ターゲツト近傍の領域に上記電界に
   対して直交する漏洩磁界を発生し得る、上記合金
   磁性薄膜と同種の構成元素からなる合金からなる
   第１のターゲツト材と、強磁性を有する上記合金
   磁性薄膜と同種の構成元素からなる合金からなる
   第２のターゲツト材とを有するターゲツトを用
   い、該第１および第２のターゲツトを同時スパツ
   タにより所望の組成の上記合金磁性薄膜が得られ
   るように配置するとともに上記第２のターゲツト
   を上記磁界発生手段の補助磁極となるように配置
   して上記ターゲツトおよび基板ホルダー間の該タ
   ーゲツト近傍の領域に上記電界に対して直交する
   磁場を発生せしめるようにしたことを特徴とする
   磁性薄膜作製用スパツタ装置。