JPS62188775A - 対向タ−ゲツト式スパツタ装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野Ｊ この発明は、対向配置されたターゲット間にプラズマを
発生させ、該ターゲット間の空間の側方に配置された基
板上に薄膜を形成させる対向ターゲット式スパッタ装置
の構造の改良に関する。

［従来の技術］ 従来より、高速で薄膜形成を行ない得るスパッタ装置と
して、マグネトロンスパッタ装置が知られている。通常
のマグネトロンスパッタでは、１枚のターゲットの裏面
に磁界発生装置が固定的に設けられており、それによっ
てターゲット面に平行であり、かつ電場と直交する磁界
が形成される。

そして、電子が、この磁界内においてローレンツ力を受
けて運動することにより、雰囲気ガス原子または分子の
イオン化効率が高められ、それによって高速薄膜形成が
可能とされている。

しかしながら、ターゲットとして高透磁率の物質を用い
た場合には、磁束がターゲット内に閉じ込められる。よ
って、ターゲット表面外に磁力線が出ないため、強磁性
材料のターゲットではマグネトロンスパッタの上記効果
は期待できない。

他方、強磁性体材料の高速スパッタを可能とする装置の
一例が、インスディチュート・オブ・エレクトリカル・
アンド・エレクトロニクス・エンジニ′Ｉ７−ズ・トラ
ンスアクションズ・オン・マグネテックス。第６４６〜
６４８頁＜１９８０）に開示されている。ここに開示さ
れているスパッタＩ装置は、対向ターゲット式スパッタ
装置と称されている。対向ターゲット式スパッタでは、
１対のターゲットを対向させて配置し、該ターゲット面
に垂直な方向に磁界を印加し、かつターゲットに高電圧
を印加してスパッタが行なわれる。そして、基板は、対
向配置されたターゲット間の空間の側方に配置される。

対向ターゲット式スパッタでは、上述のようにターゲッ
ト面に垂直な磁束が発生される。よって、ターゲットと
して強磁性体材料を用いた場合でも高速スパッタが可能
であり、かつ高真空下でスパッタリングを行なうことが
できる。のみならず、基板はターゲット面と垂直に配置
されるので、高エネルギの反跳イオンによる基板および
形成される薄膜の損傷が極めて少ないという長所がある
。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来より、磁気記録媒体としては、磁化の方
向が面内に存在する面内磁気記録媒体が広く用いられて
きているが、面内磁気記録では反磁界により記録密度に
自ずと限度がある。よって、近年、磁化方向を垂直方向
とする垂直磁気記録が検討されている。

また、記録・再生にレーザ光を利用し、さらに記録密度
を向上させ得る光磁気記録においても、高密度記録の要
請から垂直磁気記録の可能な垂直磁化膜が求められてい
る。

現在、ｃｏ、Ｏｒなどの垂直磁気異方性エネルギの大き
な膜を生成しやすい材料では、上述したような通常の対
向ターゲット式スパッタ装置により良好な垂直磁化膜を
得ることが可能とされている。しかしながら、Ｇｄを１
０原子％以上含むＧｄ　Ｔｂ　Ｆｅなどの材料の場合に
は、通常の対向ターゲット式スパッタでは、トルクが２
Ｘ１０５工ルグ／ｃｍ２を越えるような大きな垂直磁気
異方性エネルギを有する薄膜を得ることは極めて困難で
あり、どうしても面内方向の磁化成分を有する薄膜しか
得られていない。

よって、この発明の目的は、より大きな垂直磁気異方性
エネルギを有する薄膜を形成することが可能な対向ター
ゲット式スパッタ装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の対向ターゲット式スパッタ装置は、対向配置
されたターゲット間において、該ターゲット面に垂直な
方向に磁界を印加するための磁界発生手段と、該ターゲ
ットに高電圧を印加づ°るための電圧印加手段とを備え
、対向されたターゲット間の空間の側方に配置された基
板上に薄膜を形成するものであって、 特徴的構成として、基板表面近傍に、該基板表面に垂直
な方向に磁界を発生させるｌＣめの第２の磁界発生手段
を備える。

［作用］ 本願発明者は、対向ターゲット式スパッタ装置において
、基板に垂直な磁界を基板の近傍に発生させれば、スパ
ッタにより得られる薄膜の垂直磁気異方性エネルギが増
加することを見い出した。

この知見に基づき、上記第２の磁界発生手段を備える対
向ターゲット式スパッタ装置を構成したものである。

対向ターゲット式スパッタ装置では、通常、高エネルギ
の反跳イオンによる基板の損傷を避けるために、基板は
ターゲット面と垂直をなすように配置される。したがっ
て、基板上には、基板に平行な弱い磁界が印加されるか
、あるいはほとんど磁界が印加されていない状態とされ
ている。これに対して、この発明の装置では、第２の磁
界発生手段により、基板の近傍に、基板面に垂直な磁界
が発生される。

第２の磁界発生手段により生じた基板近傍の磁界の作用
機構は現在のところ明らかではないが、ＷＩＩｌ！の形
成過程において原子が印加された磁界の方向に大きな異
方性を有するような配置をとるものと推察される。

なお、基板近傍に印加される磁界が、ターゲット間に印
加される磁界と磁気回路を形成する場合には、ターゲッ
トと基板との間にプラズマが発生する。よって、基板が
著しく加熱されることになるので適当ではない。それφ
えに、基板は、ターゲット間に印加された磁界から適当
な距離を離して配置すべきであり、かつ第２の磁界発生
手段による磁場の強さを調部することにより、プラズマ
を対向ターゲット間に閉じ込めたままとすることができ
る。

また、第２の磁界発生手段により発生される磁場の強さ
は５０工ルステツド以上であれば、形成される薄膜の垂
直磁気異方性エネルギを大きくし得ることが確かめられ
た。

［発明の効果］ この発明では、対向ターゲット式スパッタ装置において
基板表面近傍に該基板面に垂直な方向に磁界を発生させ
る第２の磁界発生手段が設けられているので、第２の磁
界発生手段により発生される磁界の方向に応じ、垂直磁
気異方性エネルギの大きな薄膜を形成することが可能と
なる。したがって、（３ｄを１０原子％以上含むＧｄ　
Ｔｂ　Ｆｅなどの材料をターゲットとした場合であって
も、従来の対向ターゲット式スパッタでは実現できなか
った大きな垂直磁気異方性エネルギを有する薄膜を形成
することが可能となる。

この発明の対向ターゲット式スパッタ装置を用いれば、
垂直磁気記録に有利に用いられる垂直磁化膜を得ること
が可能どなる。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の対向ターゲット式スパ
ッタ装置の概略構成および原理を説明するための図であ
る。

この発明の対向ターゲット式スパッタ装置１では、１対
のターゲット２．３が対向配置されている。各ターゲッ
ト２．３の対向する面と逆の側に、図示しない磁界発生
手段が配置されており、ターゲット２．３間に各ターゲ
ット２．３に垂直な磁界Ｈ４が発生される。また、特に
図示しないが、各ターゲット２．３に高電圧を印加する
電圧印加手段が設けられている。そして、ターゲット２
゜３間においてプラズマが発生されて、スパッタリング
が行なわれるように構成されている。

基板４は、このターゲット２．３間の空間の側方に、薄
膜を形成すべき面がプラズマの形成される該空間の方を
向くように配置されている。この発明では、さらに特徴
的構成として、この基板４の裏面に、第２の磁界発生手
段５が基板４に固定的に配置されている。この第２の磁
界発生手段５は、基板４の表面に垂直な磁界Ｈ２を発生
させるものである。

なお、第１図では特に図示はしていないが、対向ターゲ
ット式スパッタ装置において常備される、排気系に接続
される排気口、ガス導入系に接続されるガス導入バルブ
、ターゲットを冷却するための冷却装置、ターゲットホ
ルダのスパッタを防止するためのシールドリングおよび
基板温度を制御するだめの水冷Ｖ、置・加熱装置等を協
えることは当然である。

また、ターゲット２，３間にターゲット間に垂直な磁界
を発生させる手段としては、ターゲット間の空間を取り
囲む界磁コイルや、ターゲット２゜３の裏面に取付けた
コイルにより構成することができる。もっとも、ターゲ
ット２．３の裏面に永久磁石を固定するのが、実用上最
も簡便である。

同様に、第２の磁界発生手段５についても、適宜のコイ
ルを用いて構成することができるが、基板の裏面に固定
した永久磁石が実用上最も簡便である。

次に、この発明の具体的な実験例につぎ説明する。

実施例１ 厚み２ｍｆｆ１のガラス基板上に、Ｇｄ＋５Ｔｌ）、。

Ｆｅ７Ｓの組成を有する薄膜を、この発明の対向ターゲ
ット式スパッタ装置により形成した。ターゲットとして
は、ｌ”ｅ上に（３ｄチツプおよびＴｂチップを埋め込
んだ複合ターゲットを用いた。この複合ターゲットは、
Ｇｄ１５±１原子％およびＴｂ１０±０．５原子％とな
るように各ＧｄチッブおよびＴｂチップの配置および数
を考慮して製作したものである。

スパッタ条件は下記のとおりである。

（イ）　ターゲット径：１００ｍｍ （ロ）　ターゲット間隔：８０ｍｍ （ハ）　ターゲット表面の磁界：約１５０ガウス （ニ）　ターゲット端部と基板面との距離：５０ｍｍ （ホ）　基板表面の磁界（垂直方向）二〇〜３００ガウ
ス （へ）　バイアス電圧：　ＤＯ−１５０Ｖ（ト）　導入
ガス：アルゴン （チ）　ガス圧：ｌＸ１０−’ｔｏｒｒ（す）　投入筒
カニＤＣ２５０Ｗ （ヌ）　スパッタ時間＝５分 上述しＩζスパッタ条件（基板表面の磁界については上
述のように変化させた）により種々のｉｌ膜を形成した
ところ、得られたＷｉｌｌｌの厚みは約２０００Ａであ
った。なお、各薄膜を５　ｘ　５　ｍｍの大きさに切断
し、トルクメータにより垂直磁気異方性エネルギを測定
したところ、第２図に示す結果が得られた。

第２図から、基板表面の磁界を調節１゛ることにより、
薄膜の垂直磁気異方性エネルギを大きくし得ることがわ
かる。

厚み１００μｍのポリイミドテープに、２１原子％Ｃｒ
−ｃｏ合金ターゲットを用い、対向ターゲット式スパッ
タ装置により薄膜を作成した。スパッタ条件は以下のと
おりである。

（イ）　ターゲット径：１００ＩＩＩＩ１１（ロ）　タ
ーゲット間隔：１２５１＋１１（ハ）　ターゲット表面
の磁界：１２０エルステツド （ニ）　ターゲット端部と基板面との間の距離：約３０
１１＋！１ （ホ）　基板表面の磁界：０ガウスＪ３よび５０ガウス （へ）　バイアス電圧：ＯＶ （ト）　導入ガス：アルゴン （チ）　ガス圧：　２Ｘ　１０−　’　ｔｏｒｒ（す）
　投入筒カニＤＣ５００Ｗ （ヌ）　スパッタ時間：１０分 上記スパッタ条件に基づき薄膜を形成し、トルクメータ
によりその垂直磁気異方性エネルギを測定したところ、
基板表面に５０エルステツドの磁界を印加した場合には
、該磁界を印加しなかった場合に比べ約２０％の垂直磁
気異方性エネルギの増加が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の概略構成およびこの発
明の詳細な説明するための図である。第２図は、この発
明の対向ターゲット式スパッタ装置により形成された薄
膜における、基板に垂直に印加された磁界の強さと垂直
磁気異方性エネルギの大きざとの関係を示す図である。 図において、１は対向ターゲット式スパッタ装置、２，
３はターゲット、４はｌ板、５は第２の磁界発生手段を
示す。 第１図 に　対向クープ”−ｙ　’ｈ　ｉ、、人ｌぐツタ是バ【
λ；３：　ターケパフト ４：蒸水 ５：甫２の石玖界介仇存辺、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向配置されたターゲット間において、該ターゲ
   ット面に垂直な方向に磁界を印加するための磁界発生手
   段と、ターゲットに高電圧を印加するための電圧印加手
   段とを備え、対向されたターゲット間の空間の側方に配
   置された基板上に薄膜を形成する、対向ターゲット式ス
   パッタ装置において、 前記基板表面近傍に、該基板面に垂直な方向に磁界を発
   生させるための第２の磁界発生手段を備えることを特徴
   とする対向ターゲット式スパッタ装置。
2. （２）前記第２の磁界発生手段は、基板の薄膜の形成さ
   れる面とは逆の面に固定的に設けられた永久磁石である
   、特許請求の範囲第１項記載の対向ターゲット式スパッ
   タ装置。