JPS63307272A - イオンビ−ムスパツタ装置 - 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〕 本発明はイオンビームスパッタ装置に係り、特に、磁気
異方性をもつ膜の成膜に好適なイオンビームスパッタ装
置に関する。

〔従来の技術〕

近年、磁気ヘッド用の磁性膜が、半導体のプロセス等と
類似の方法で生成されるようになっている。磁気異方性
を有する゛薄膜を成膜するための装置としては、例えば
特開昭５８−２５４７５号公報に記載されているように
、平行平板型の高周波スパッタ装置がひろく用いられて
いる。また、特開昭５８−２５４７５号公報では、生成
される薄膜に磁気異方性を与える手段として、放射状の
磁界を基板側の電極に発生させるため永久磁石を用いて
いる。この公知例の他にマグネトロンスパッタ装置を用
いる方法、薄膜に磁気異方性を与える手段として、電磁
石（ヘルムホルツコイル）を用いる方法が知られている
。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、薄膜に磁気異方性を与えるための磁界
が、ターゲット電極と基板電極間の高周波グロー放電に
与える影響についての配慮が十分でなく、グロー放電が
不安定になり、放電の結果発生したプラズマの密度が空
間的に不均一になる現象が起こり、その結果、生成され
た薄膜の膜厚。

膜質が不均一で、十分な磁気異方性が得られるという問
題があった。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、イオン源での放電が不安定になることはな
いことは勿論、膜厚９組成が均一で良好な磁気異方性を
有する磁性膜を成膜できるイオンビームスパッタ装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、イオン、電子、ガス分子から成るプラズマ
を発生させるための放電領域と、基板に印加する磁界の
及ぶ領域を分離することにより達成される。すなわち、
プラズマを発生させ、そこからイオンを引き出すための
イオン源と、それに気密を保って隣接する成膜室（真空
容器）から装置を構成し、成膜室中には、ターゲットと
それに対向する基板およびその基板に磁界を印加するた
めの磁気的手段を設けることにより達成される。

〔作用〕

イオン源および成膜室を真空に排気し、イオン源にアル
ゴンなどの動作ガスを供給しながら放電を行なわせると
、イオン、電子、中性ガスからなるプラズマが生成され
る。プラズマ中のイオンを、イオンビーム引き出し電−
極によって成膜室側に引き出し、それを磁性体のターゲ
ットに照射する。

ターゲットからスパッタされた粒子は、ターゲットに対
向する基板に付着するが、基板は磁界が印加されている
ため、生成された膜は磁気異方性を有する。基板がプラ
ズマを生成するイオン源中の放電部とは離れているため
、基板に印加される磁界は、イオン源中の放電にはほと
んど影響を及ぼさない。従って、放電が不安定になった
り、生成された膜が、膜厚、膜質に関して不均一になる
ことはない。

〔実施例〕

以下、図面の実施例に基づいて、本発明を詳細に説明す
る。

第１図に本発明のイオンビームスパッタ装置の一実施例
を示す。該図に示す如く、イオンビームを発生するイオ
ン源１は、気密を保って、成膜室６に装着され、その成
膜室６に排気装置（図示していない）が接続されている
。このイオン源１は、陽極電極を兼ねる容器壁１２．熱
電子を出すためのフィラメント３．放電により生ずるプ
ラズマの容器壁への拡散を抑えるための磁界をつくるＮ
極。

Ｓ極が容器の周方向に交互に配置された永久磁石２、発
生したプラズマからイオンのみを引き出すための多数の
穴の開いたイオン引き出し電極５、並びに高電位となる
容器壁１２と接地電位である成膜室６の電気的絶縁をと
るための絶縁物４とから成っている。更に、成膜室６中
のイオン源１の下流側には、ターゲット７が配置されて
おり、これと対向した位置に基板２０が基板ホールダ８
に取り付けられている。この基板ホールダ８は、モータ
９により回転でき、更に、基板２０はその斜をかえるこ
とができるようになっている。また、成膜室６の周囲に
はソレノイドコイル３０が巻かれている。

次に、第２図を用いて本実施例における動作を説明する
。まず、排気装置により、イオン源１、及び成膜室６を
Ｉ　Ｘ　ｉ　Ｏ’Ｔｏｒｒ程度まで排気する。

次に、イオン源１にアルゴンガスを供給し、成膜室側で
Ｉ　Ｘ　１０　’Ｔｏｒｒ程度にする。フィラメント３
に通電して熱電子を７４５−しながら、フィラメント３
（陰極）と容器壁１２の間に、５０Ｖの直流電流を印加
すると放電が起こり、プラズマが生成される。イオン引
き出し電極５は、この組の多数の小孔があけられたモリ
ブデンの板で、プラズマ側の板には正の電圧を、他の板
には負の電圧を与えることにより、イオンビーム３２を
引き出す。このイオンビームを、鉄、ニッケルを主成分
とするパーマロイのターゲット７に照射すると、そこか
ら弾き出されるスパッタ粒子３１は、基板２０に堆積す
る。その際、ソレノイドコイル３０により、磁界３３を
生じる。基板２０には、イオンビーム３２の進行方向と
ほぼ平行の磁界３３がかかつている。基板２０は、成膜
中に数回、基板の上下を逆転して、均一な膜厚・膜質を
得るようになっている。膜厚の均一性は、４インチのイ
オンビームで照射し、３インチの基板上に成膜した場合
、±８％であった。ソレノイド３０が、基板２０につく
る磁界を９ミリテスラ程度にすると、良好な磁気異方性
が得られた。

基板２０に、９ミリテスラの磁界をソレノイドコイル３
０で印加する時、イオン源１内への漏れ磁界は、１ミリ
テスラ以下であり、このイオン源１での放電を不安定に
することはない。また、均一な強度分布のイオンビーム
３２が得られるから、成膜された膜の厚さ、膜質も均一
となる。

本実施例によれば、基板印加磁界のイオン源への漏れは
、小さいため、イオン源での放電が不安定になることは
ない。また、ターゲットを、強度が均一で、エネルギー
のそろったイオンビームで照射するため、膜厚、膜質が
均一で、良好な磁気異方性を有する磁性膜が得られると
いう効果がある。

なお、本実施例では、イオン源中でのプラズマ生成のた
めに直流放電を用いたが、高周波放電やマイクロ波放電
を用いたイオンを源を使っても同様の効果が得られる。

第３図に本発明の実施例を示す。該図の如く、容器壁１
２．永久磁石２．フィラメント３．イオン引き出し電極
４から成るイオン源１が、絶縁物４を介して成膜室６に
装、着され、成膜室６内に、ターゲット７とそれにほぼ
対向する位置に基板２０が配置されているのは、第１図
の実施例と同じである。本実施例では、基板２０に磁界
を印加する手段として永久磁石２２を用いている点と、
それ自身は回転せず傾斜のみ変えられるホールダ支持体
２１に対して基板ホールダ８が回転運動をする点が異な
っている。基板ホールダ８は、モータ９によって回転力
を与えられる。

第４図に、基板２０、及びホールダ部を示す。

該図の如く、２本の棒状の永久磁石２２を、逆極性が向
かい合うように基板ホールダ８に固定し、２本の永久磁
石２２の間に基板２０をセットする。

図示はしていないが、永久磁石２２は非磁性のケースに
密封して基板ホールダ８に取り付けている。

永久磁石２２としては、フェライト磁石を用い、基板上
でほぼ均一な印加磁界が得られた。

本実施例の動作は、第１図の実施例とほぼ同じで、イオ
ン源１から引き出した１キロ電子ボルト程度のアルゴン
イオンをパーマロイのターゲット７に照射し、そのスパ
ッタ粒子を基板２０上に堆積させるものである。その際
、基板２０に９ミリテスラ程度の磁界を印加して、磁気
異方性を有するパーマロイ膜を得た。また、基板ホール
ダ８を自転させることにより、飛来するスパッタ粒子の
量を平均化して、均一な膜厚分布を得られた。３インチ
基板上での、膜厚分布の均一性は±５％程度である。膜
厚に関しては、良好な一軸異方性が得られた。

本実施例によれば、基板に印加した磁界は永久磁界の付
近に限られ、イオン源にまで影響が及ぶことはない。従
って、イオン源での放電が不安定になるととはなない。

イオンビームの強度分布が均−で、基板印加磁界も均一
であるため、膜厚。

膜質が均一で良好な磁気異方性を有する磁性膜が得られ
るという効果がある。

第５図に、本発明の第３の実施例を示す。該図に示す如
く、容器壁１２．永久磁石２．フィラメント３．イオン
引き出し電極５からなるイオン源１が、絶縁物４を介し
て、成膜室６に装着されており、その中にターゲツ７ト
７．基板２０．基板ホールダ８．ホールダ支持体２１．
基板に磁界を印加するための永久磁石２２が配置されて
いるのは、第３図の実施例と同じである。本実施例で異
なっているのは、ターゲット７を照射用のイオン源１と
同じ構造の別のイオン源１０が、基板２０を照射できる
位置に装着されている点である。

本実施例の構成でアルゴンイオンビーム、あるいは窒素
イオンビームで、例えば、鉄のターゲット７を照射し、
基板２０−ｌ：にスパッタ粒子を堆積させる動作は、第
３図の実施例と同様である。本実施例では、基板２０を
基板照射用イオン源１０で生成した窒素イオンを照射し
、窒素鉄の薄膜を成膜できる。又、基板照射用イオン源
１ｏをパルス的に動作させることにより、鉄と窒化鉄の
多層膜を生成できる。

本実施例によれば、イオン源の放電の安定性や生成され
た膜の膜厚、膜質に関して、第３図の実施例と同様の効
果がある。

第６図に本発明の第４の実施例を示す。該図に示す如く
、本実施例ではターゲット照射用のイオン源１は、容器
壁１２．永久磁石２．フィラメント３．イオン引き出し
電極５から成り、絶縁物４を介して、成膜室６に装着さ
れている。ただし、容器壁１２は、同心円筒の一方を封
止した構造で、イオン引き出し電極５には、円環状に多
数の小孔が開けられている。これによって中空のイオン
ビームを引き出すことができる。成膜室６内には、６角
錐台の斜面をなすようターゲット７を配置し、これと対
向し、基板２０．基板ホールダ８．ホールダ支持体２１
が置かれている。ホールダ支持体２１も、６角錐台の斜
面をなしている。第７図に基板及びホールダ部を示す。

該図の如く、基板２０に磁界を印加するために、永久磁
石２２が非磁性材のケースに密封され、裁板ホールダ８
に固定されている。基板ボールダ８は、基板２０の中心
のまわりに回転するとともに、基板支持体２１が、第６
図の矢印のように回転する。成膜室６の下方には、容器
壁１２．永久磁石２．フィラメント３９円環状に小孔を
多数開けたイオン引き出し電極５から成るイオン源１が
絶縁物４を介して装着されている。

本実施例の動作は、原理的には第５図の実施例と同じで
あるが、多数枚の基板を同時に処理できる利点がある。

第８図で本実施例の動作を説明する。まずイオン源１か
ら中空のアルゴンイオンビームまたは窒素イオンビーム
などを引き出して、鉄のターゲットを照射すると、ター
ゲット７からスパッタ粒子が基板２０に堆積する。］つ
の基板２０には向い合ったターゲット７ばかりでなく、
隣り合うターゲット７からもスパッタ粒子が飛来するの
で、１ターゲッｌ−１基板の場合に比較して、成膜速度
が５０〜７０％程度」−Ｈする効果がある。

さらに、イオン源１０で発生した中空の窒素イオンビー
ムを基板２０に照射することにより、窒化鉄を成膜でき
る。

本実施例によれば、イオン源の放電の安定性及び生成さ
れた膜の膜厚、膜質に関して、第３図の実施例と同様の
効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明のイオンビームスパッタ装置によれ
ば、ターゲットを照射するためのイオンをイオン源での
放電でつくり、放電部と基板上への成膜を行なう部分を
分離し、基板に磁界を印加する磁気的手段を備えている
ので、基板印加磁界のイオン源への漏れは少なくなり、
イオン源での放電が不安定になることはないことは勿論
、ターゲットを強度が均一で、エネルギーのそろったイ
オンビームで照射できるため、膜厚、膜質が均一で、良
好な磁気特性を有する磁性膜が得られるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオンビームスパッタ装置の−実施例
を示す断面斜視図、第２図は同実施例の動作を説明する
縦断面図、第３図は本発明の第２の実施例を示す断面斜
視図、第４図は同実施例の基板及びホールダ部を示す説
明図、第５図は本発明の実施例を示す断面斜視図、第６
図は本発明の第４の実施例を示す断面斜視図、第７図は
同実施例の基板及びホールダ部を示す説明図、第８図は
同実施例の動作を説明する縦断面図である。 １．１０・・・イオン源、６・・・成膜室、７・・・タ
ーゲット、２０・・・基板、３０・・・ソレノイドコイ
ル、２２・・・永久磁石。 事１０ をＺの めＳ口 牛す閏 第７図 第ｇ口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つのイオン源と、該イオン源が気密を
   保つたまま装着される真空容器とを備え、該真空容器中
   には、イオン照射により粒子を放出するターゲットおよ
   び、該ターゲットに対向する位置に基板が配置され、該
   基板上に膜を生成するイオンビームスパッタ装置におい
   て、前記基板に磁界を印加するための磁気的手段を設け
   たことを特徴とするイオンビームスパッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上記磁
   気的手段として電磁石を用いたことを特徴とするイオン
   ビームスパツタ装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上記磁
   気的手段として永久磁石を用いたことを特徴とするイオ
   ンスビームパツタ装置。 ４、特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、上記永
   久磁石と上記基板の相対的位置を変えることなく、両者
   を回転、並進、揺動運動させる機構を備えたことを特徴
   とするイオンビームスパッタ装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上記基
   板に上記ターゲットからの粒子を堆積させるのと同時に
   、同基板にイオンビームを照射する機構を有することを
   特徴とするイオンビームスパッタ装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上記タ
   ーゲットを照射するためのイオン源として中空のイオン
   ビームを発生するイオン源を用いたことを特徴とするイ
   オンビームスパッタ装置。 ７、特許請求の範囲第５項記載のものにおいて、上記タ
   ーゲット、及び上記基板の少なくとも一方を照射するた
   めのイオン源として中空のイオンビームを発生するイオ
   ン源を用いたことを特徴とするイオンビームスパッタ装
   置。