KR20000071092A - 인공격자 다층막의 착막장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판상에 자성 금속막과 비자성 금속막을 교대로 적층시킨 인공격자구조를 갖는 거대한 자기저항효과막(GMR膜)을 착막(着膜)하기 위한 인공격자 다층막의 착막장치에 관한 것으로서, 안정되고, 또한 용이하게 GMR특성을 갖는 인공격자 다층막을 착막할 수 있는 인공격자 다층막의 착막장치를 제공함을 그 목적으로 하는 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 하부면에 마그네트론 자석(25)을 갖는 타깃(23)과, 적어도 상기 타깃(23)을 덮고, 또한 상기 타깃(23)과 대향하는 면을 개방하여 이루어진 통형상인 침니(26, chimney)와, 상기 침니(26)의 개방을 밀봉하는 동시에, 상기 타깃(23)과 대향하는 면에 침니 상부 개구부(30)를 갖는 침니 상부(29)를 구비하고, 상기 침니 상부(29)의 상부면을 기판(33)이 통과할 때에 상기 타깃(23)의 상부면에서 플라즈마 링(34a, 34b)을 발생케 하여 스퍼터링된 분자를 상기 기판(33)상에 착막시키도록 한 것이다.
Description
본 발명은, 기판상에 자성 금속막과 비자성 금속막을 교대로 적층시킨 인공격자구조를 갖는 거대한 자기저항효과(이하,「GMR」이라 한다.)막을 착막하기 위한 인공격자 다층막의 착막장치에 관한 것이다.
최근에 이르러, GMR막은, 종래의 강자성 자기저항 효과막(이하, 「MR막」이라 한다.)과 비교하여, 대략 4배 이상의 자기저항 변화율과 대략 5배 이상의 감도를 갖기 위해서, 종래의 고정밀도인 자기센서나 HDD의 독해용 자기헤드에 대하여 매우 유용한 막으로 생각되어서, 상품개발이나 양산설비의 개발이 성왕을 이루고 있다.
GMR막이 착막된 인공격자 다층막은, 자성 금속막과 비자성 금속막을 다층으로 형성하므로, 자성 금속층에 Ni, Fe, Co의 강자성재료 중의 1∼3종류의 합금층과, Cu, Ag, Au, Ru, Cr, Pt 등의 비자성 금속층 중의 어느 것을 5∼50Å 정도의 전자의 평균 자유행정 이하의 막두께로 교대로 다층으로 적층하고, 각 자성 금속층이 비자성 금속층을 통해 반강자성으로 결합시킴에 따라, 각 자성 금속층이 각각 반평행의 전자 스핀을 갖도록 하여, 외부자계에 의해 상기 전자 스핀의 향방을 변화시켜, 도전 전자의 평균 자유행정에 큰 차를 발생케 하여 GMR을 얻을 수 있게 한 것이다.
다음에, GMR을 갖는 인공격자 다층막에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도6은, GMR을 갖는 인공격자 다층막의 단면도이다. 참조부호1은 고저항의 Si 또는 유리 등으로 이루어진 기판이다. 참조부호2는 기판(1)의 상부면에 Cr 또는 W 등을 착막에 의해 설치한 기초금속층이다. 참조부호3, 4는 기초금속층(2)의 상부면에 교대로 대략 15층씩 스퍼터링에 의해 착막하여 적층해서 설치된 자성 금속층, 비자성 금속층이다. 참조부호5는 기판(1)상에 교대로 적층된 최상부면의 비자성 금속층(4)의 상부면에 설치된 보호막이다. 이때, 자성 금속층(3), 비자성 금속층(4)의 스퍼터링에 의한 착막은, 전자빔이나 저항가열에 의한 진공열증착에 의해 착막된 막과 비교하여, 재료분자가 기판에 충돌하는 운동에너지가 크므로 균질하고, 또한 평활한 막를 얻을 수 있고, 또한 막두께의 제어도 용이할뿐더러 재현성도 안정되어 있으므로, 다층의 인공격자 구조를 갖는 인공격자 다층막을 형성하기에는 최적의 공법으로 생각되며, 장차의 인공격자 다층막의 양산공법의 가장 유력한 후보로 생각되고 있다.
이상과 같이 구성된 인공격자 다층막에 관하여, 이하에 그 요부인 자성 금속층 및 비자성 금속층을 착막에 의해 설치하여 이루어진 인공격자 다층막의 착막장치를 도면을 참조하면서 설명한다.
종래의 인공격자 다층막의 착막장치로서는, 일본국특개평7-57933호 공보에 개시된 것이 알려져 있다.
도7은, 종래의 인공격자 다층막의 착막장치의 개략적인 구성을 도시한 모식도이다.
도7에 있어서, 참조부호11은 진공용기이다. 참조부호12, 13은 진공용기(11)내의 저면에 설치된 Cu타깃, Co타깃이다. 참조부호14는 비자성 금속재료로 이루어진 Cu타깃(12) 및 자성 금속재료로 이루어진 Co타깃(13)과 대향하도록 설치된 셔터이다. 참조부호15는 일단이 진공용기(11)의 상부면에 유지되고, 또한 타단이 Cu타깃(12) 및 Co타깃(13)의 상부면을 교대로 통과하도록 기판(도시하지 않음)을 기판홀더(16)에 끼워서 지지시켜 회전이 가능하게 조작되는 턴 테이블이다.
이상과 같이 구성된 인공격자 다층막의 착막장치에 관하여, 이하에 그 착막방법을 설명한다.
먼저, 진공용기(11)내의 백그라운드 진공도를 1.3×10-4∼9×1 0-4Pa로 한 후, Ar가스를 도입하여 진공용기(11)내의 가스압을 대략 0.5Pa로 유지한다.
다음에, 비자성 금속재료로 이루어진 Cu타깃(12)과 자성 금속재료로 이루어진 Co타깃(13)을 각각 동시에 방전하고, 기판을 기판홀더(16)에 끼워서 지지하고, 턴 테이블(15)을 회전시켜 Cu타깃(12)과 Co타깃(13)의 상부면을 교대로 통과시켜 자성 금속층과 비자성 금속층을 교대로 착막하여 적층하게 된다.
그러나, 상기 종래의 인공격자 다층막의 착막장치로는, Cu타깃(12) 및 Co타깃(13)의 상부면에 기판을 단순히 통과시켜서 착막하는 것일 뿐이므로, 운동에너지가 작고, 또한 가스를 넣은 경사성분인 스퍼터 분자도 동시에 착막되므로, 인공격자 다층막의 층간의 평활성이 손상되고, GMR특성에 불균일성이나 특성의 열화가 발생하게 된다.
특성 불균일성의 요인의 하나인 산소의 함유에 따른 영향을 억제하기 위해, 아르곤 등의 스퍼터 가스에 수소 가스를 첨가함으로써, 이들을 해결하기 위하여 시도하고 있으나, 수소 가스의 첨가량을 일정하게 한다는 것은 매우 어려운 일이며, 또한 작업상의 위험도 따르며, 나아가서는 수소 가스를 첨가한 분위기에서 플라즈마 방전을 하면, 강한 환원반응이 일어나므로, 금속 산화물이 포함된 유리 기판이나 세라믹기판의 표면상에 금속이 석출되어, 사용이 불가능하게 되는 등의 문제가 일어난다는 과제를 안고 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 안정, 또한 용이하게 GMR특성을 갖는 인공격자 다층막의 착막이 가능해지는 인공격자 다층막의 착막장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 기판상에 자성 금속막과 비자성 금속막을 교대로 적층시킨 인공격자구조를 갖는 거대한 자기저항효과(이하,「GMR」이라 한다.)막을 착막(着膜)하기 위한 인공격자 다층막의 착막장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치의 단면도, 도2는 동 요부인 캐소드 근방의 상면도, 도3은 본 발명의 제2실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치의 단면도, 도4는 동 요부인 캐소드 근방의 상면도,도5는 동 요부인 마그네트론 자석의 배치를 나타낸 도면, 도6은 인공격자 다층막의 단면도, 도7은 종래의 인공격자 다층막의 착막장치의 단면도이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 인공격자 다층막의 착막장치는, 하부면에 마그네트론 자석을 갖는 타깃과, 적어도 상기 타깃을 피복하고, 또한 상기 타깃과 대향하는 면을 개방하여 이루어지는 통형상의 침니(chimney)와, 상기 침니의 개방을 밀봉하는 동시에, 상기 타깃과 대향하는 면에 침니 상부 개구부를 갖는 침니상부로 이루어진 인공격자 다층막의 착막장치에 있어서, 상기 침니톱의 상부면을 기판이 통과할 때에, 상기 타깃의 상부면에서 플라즈마 링을 발생케 하여 스퍼터링된 분자를 상기 기판상에 착막시키도록 한 것이다.
상기와 같은 인공격자 다층막의 착막장치에 의하면, 스퍼터링된 착막분자 중, 타깃상에 집중하여 존재하는 운동에너지가 큰 착막분자만을 인공격자 다층막의 착막에 기여시킬 수 있고, 이로써, 평활한 층형상구조를 갖는 GMR막을 형성할 수 있다.
(제1실시예)
이하, 본 발명의 제1실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치에 관하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도1은, 본 발명의 제1실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치의 단면도, 도2는 동 요부인 침니 상부의 상부면도이다.
상기 도1 및 도2에 있어서, 참조부호21은 관통공(22)을 갖는 비자성 금속으로 이루어진 베이스 플레이트이다. 참조부호23은 타깃으로, 이 타깃(23)은 베이스 플레이트(21)의 관통공(22)을 폐색하도록 설치된 대략 200mm의 원반형상인 적어도 Ni, Co, Fe 등을 함유하여 이루어지는 자성 금속재로 이루어진 자성금속 타깃부(도시하지 않음)와, 적어도 Cu, Ag, Ru 등을 함유하여 이루어지는 비자성 금속재로 이루어진 비자성금속 타깃부(도시하지 않음) 들로 구성되어 있다. 참조부호24는 타깃(23)의 하부면에 위치하여 베이스 플레이트(21)의 관통공(22)에 끼워서 착설된 Sm-Co계 희토류자석 등으로 이루어진 도넛형의 마그네트론 자석(25)을 통해 설치된 원통형의 캐소드로서, 이 캐소드(24)는 고압 DC전압을 인가한다. 참조부호26은 적어도 타깃(23)을 피복하도록 설치되는 동시에, 이 베이스 플레이트(21)에 접하는 면에는 세라믹 등으로 이루어진 링형의 절연체(28)를 구비하여 이루어지는 통형상의 침니로서, 이 통형상의 침니(26)는 비자성 금속으로 이루어진 타깃(23)과 대향하는 면을 개방하고, 또한 비자성 스테인레스강의 SUS304 등으로 구성되어 있다. 참조부호29는 침니(26)의 개방부를 폐색하는 동시에, 관통공인 침니 상부 개구부(30)를 구비하여 이루어지는 침니 상부로서, 이 침니 상부(29)는 비자성 금속인 비자성 스테인레스강인 SUS304 등으로 구성되어 있다. 그리고, 이 침니 상부(29)의 침니 상부 개구부(30)는, 도2에 도시된 바와 같이, 침니 상부(29)의「접선방향의 길이 a」와 「반경방향의 길이 b」와의 비가 「b/a>1」이 되도록 구성하고 있다. 참조부호31은 침니(26) 및 침니 상부(29)의 타깃(23)과 대향하는 면에 접하도록 설치된 복수의 관형상인 냉각용 수로(水路)로서, 이 냉각용 수로(31)는 타깃(23)의 방전 중에 침니(26) 및 침니 상부(29)의 온도를 일정하게 만드는 비자성 금속으로 구성되어 있다. 참조부호32는 침니 상부(29)의 타깃(23)과 대향하는 면측에 설치된 비자성 금속으로 이루어진 돔으로서, 이 돔(32)은 침니 상부(29)로부터 80mm 이하로 떨어진 Si 또는 유리 등으로 이루어진 기판(33)을 유지하고, 후술하는 캐소드(24)의 방전시에 타깃(23)의 자성 금속타깃부 및 비자성 금속타깃부로부터 마그네트론 자석(25)과 대향하는 면에 발생하는 자성금속 플라즈마 링(34a)과 비자성금속 플라즈마 링(34b)의 직선부분에 대하여 적어도 수직방향으로 평행이동하는 기구(도시하지 않음)를 갖는다. 참조부호35 및 36은 침니 상부(29)와 돔(32)과의 사이에 설치되며, 또한 발광한 빛이 침니 상부 개구부(30)의 상부면을 따라 평행되게 통과하도록 설치된 원자 흡광 분광 분석장치의 광전소자 및 수광소자이다. 참조부호37은 침니(26) 및 침니 상부(29)를 정전하로 대전시키는 정전압전원이다.
이상과 같이 구성된 인공격자 다층막의 착막장치에 관하여, 다음에 그 착막방법을 설명한다.
먼저, 캐소드(24)에 전기적으로 접속된 전원(도시하지 않음)을 인가하고, 타깃(23)의 자성금속 타깃부 및 비자성금속 타깃부에서 대략 0.93W/cm2의 자성금속 플라즈마 링(34a) 및 대략 0.77W/cm2의 비자성금속 플라즈마 링(34b)을 발생시켜 자성 금속분자 및 비자성 금속분자를 스퍼터링할 수 있도록 한다. 이 때, 타깃(23)과 침니 상부(29)와의 거리는 타깃(23)으로부터 발생하는 자성금속 플라즈마 링(34a) 및 비자성금속 플라즈마 링(34b)에 접촉하지 않은 거리를 가지고 있으면 되고, 본 발명의 제1실시예에서는 35mm로 설정한다. 또한, 타깃(23)에서 발생하는 자성금속 플라즈마 링(34a) 및 비자성금속 플라즈마 링(34b)은, 타깃(23)의 면상에서 대략 사다리꼴형을 갖는 것으로, 후술하는 기판(33)의 이동방향에 대하여 수직방향의 폭보다 길게 설치되어 있다.
다음에, 침니 상부(29)로부터 타깃(23)의 상부면에서 자성 금속 플라즈마 링(34a) 및 비자성금속 플라즈마 링(34b)을 발생하여 스퍼터링되는 분자의 평균자유행정보다 짧은 거리를 갖는 본 발명의 제1실시예에서는 30mm의 거리를 갖는 돔(32)에 장착된 Cr 등의 기초금속층을 구비하고, 대략 30Å을 착막한 기판(33)을, 타깃(23)의 자성금속 타깃부 및 비자성금속 타깃부의 상부면의 침니 상부(29)의 침니 상부 개구부(30)의 상부면을 교대로 통과시켜서, 기판(33)의 기초금속층의 상부면에 자성 금속층 및 비자성 금속층을 교대로 스퍼터링에 의해 적층하는 것이다. 이 때, 스퍼터링 조건은 스퍼터링가스로서는 Ar를 사용하고, 착막조건은 백그라운드 진공도를 4×10-5Pa, 스퍼터링의 가스압을 0.15Pa로 한 것이다. 그리고, 스퍼터링시는 침니(26)와 침니 상부(29)는 정전압전원(37)에 의해 5∼6V로 인가되어 있고, 스퍼터링하는 자성 금속분자 및 비자성 금속분자의 직진성을 증가시킬 수 있으므로, 자성 금속분자 및 비자성 금속분자가 비스듬히 날지 않고, 기판(33)의 기초금속층에 대하여 평활한 계면의 자성 금속층 및 비자성 금속층으로 이루어진 인공격자 다층막을 착막시킬 수 있다. 또한, 인공격자 다층막의 자성 금속층 및 비자성 금속층의 착막량은 원자 흡광 분광 분석장치의 광전소자(35)와 수광소자(36)와의 사이를 단위시간에 통과하는 스퍼터링 분자량을 측정하여, 정전압전원(37)에 피드백하여 제어하는 것이다.
(제2실시예)
이하, 본 발명의 제2실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치에 관하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도3은, 본 발명의 제2실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치의 단면도이다. 이 도3에 있어서, 참조부호41은 본 발명의 제1실시예에 기재된 인공격자 다층막의 착막장치와 거의 마찬가지의 구성으로서 자성 재타깃(42)만을 갖는 방전장치이다. 참조부호43은 마찬가지로, 비자성 재타깃(44)만을 갖는 방전장치이다. 참조부호45는 비자성 금속으로 이루어진 원반형상인 베이스 플레이트로서, 이 원반형상인 베이스 플레이트(45)의 중심에서 같은 거리에 서로 180°의 위치관계에서 2기의 방전장치(41, 43)가 같은 원반형상 베이스 플레이트(45)상에 배치되어 있다. 참조부호46은 Si 또는 유리로 이루어진 기판이며, 참조부호47은 방전장치(41, 43)의 상부면에 원반형상 베이스 플레이트(45)와 평행으로 배치되고, 또한 기판(46)의 표면을 방전장치측을 향하여 장착할 수 있는 기구를 구비한 비자성 금속으로 이루어지는 원반형상의 돔이다. 참조부호48은 원반형상 베이스 플레이트(45)의 중심과, 원반형상 돔(47)의 중심을 연결하고, 원반형상 돔(47)을 지지하여 자전시키는 기구를 구비한 비자성 금속으로 이루어진 막대형상 회전축이다.
도4는, 본 발명의 제2실시예에 있어서의 요부인 방전장치의 타깃면을 상방향에서 본 도면이다.
이 도4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 링(51)은 대략 다리가 같은 사다리꼴이며, 이 플라즈마 링(51)의 다리부의 직선부분은 기판의 이동방향(52)에 대하여 수직방향의 폭보다 길게 설정되어 있다. 참조부호53은 타깃을 완전히 피복하는 침니 상부로서, 이 침니 상부(53)에는 플라즈마 링(51)의 직선부분을 따라 침니 상부 개구부(54)가 개방되어 있다. 냉각용 수로(55)는 침니 상부(53)상의 전체에 거의 등간격으로 환형상이 되게 설치되어 있다. 침니 상부 개구부(54)의 직선부분의 길이 a와 기판의 이동방향(52)의 수직방향의 길이 b와의 비는, 「적어도 b/a> 1」이 되어야 하며, 「10> b/a> 2」가 바람직하다.
도5는, 도4에 도시된 플라즈마 링의 형상이 되게 하기 위한 마그네트론 자석의 배치를 도시한 도면이다. 이 도5에 있어서, 참조부호61은 마그네트론 자석을 유지하는 비자성 금속으로 이루어진 자석유지체이고, 참조부호62는 막대형상인 Sm-Co 또는 Nd-Fe-B로 이루어진 마그네트론 자석으로서, 이 마그네트론 자석(62)은 자석유지체(61)상에 대략 사다리꼴로 각각 2개씩 평행으로 배치되고, 플럭스가 마그네트론 자석(62)의 길이방향에 대하여 수직방향으로 발생하도록 극성을 조정한다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 있어서의 인공격자 다층막의 착막장치에 관하여, 다음에 그 동작을 설명한다.
여기서, 방전장치의 플라즈마 링형상을 제외한 기본적인 구성 및 스퍼터조건은 제1실시예와 동일하다.
플라즈마 링(51)의 직선부분은 100mm이고, 기판(46)의 길이 51mm보다 길게 설정되어 있다. 침니 상부 개구부(54)는 플라즈마 링(51)에 따라 개방되어 있고, 또한 원반형상 돔(47)의 원주방향의 길이 a는 기판중심 통과부분에서 20mm, 반경방향의 길이 b가 80mm이며, 「b/a= 4」이다.
이 비율은 Ni-Fe막의 자기 이방성 에너지의 값에 크게 영향을 주는데, 「적어도 b/a> 1」이 되어야만 하며, 「10> b/a> 2」가 바람직하다. 여기서, 「a」의 치수는 기판의 각 부분의 침니 상부 개구부(54)를 통과하는 시간에 비례한 값이며, 기판의 각 부분의 막두께의 분포가 발생하지 않도록 되어 있다. 마그네트론 자석(62)은 Sm-Co계 희토류자석에 의해 구성되어 있는데, 이 밖의 온도특성은 Sm-Co보다 뒤지기는 하나, 낮은 코스트에서 가공성이 뛰어난 Nd-Fe-B계 희토류자석을 사용해도 된다.
인공격자 다층막을 이루게 하려면, 방전장치의 Ni-Fe타깃과 Cu타깃을 동시에 방전시켜서 원반형상 돔(47)을 회전시킴으로써, 침니 상부 개구부(54)의 상부를 기판을 통과시켜 교대로 착막시킨다.
도4에 도시된 플라즈마 링(51)의 기판의 이동방향(52)에 대하여 수직방향의 직선부분만을 일정한 애스펙트비(aspect ratio)의 침니 상부개구부(54)를 통해 스퍼터링 착막에 사용한 경우, 막이 이루어진 Ni-Fe막의 자기 이방성 에너지 Ku는 기판의 이동방향(52)과 수직방향에 발생한다. 이에 대하여 인공격자 다층막의 각 Ni-Fe막 사이에 발생하는 교환적분 J는 등방성이므로, Ku<J이며, 또한 Ku와 J의 값의 차가 극소하다면, 인공격자 다층막 중의 각 자성층의 전자 스핀은 극소한 외부자계에 의해 용이하게 반전이 가능해진다. 이상과 같이, 인공격자 다층막을 이루게 한 결과, 미소한 자계변화로 큰 자기저항변화를 가져오는 고감도의 GMR특성을 얻을 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 있어서는, 침니 상부(29)에 설치된 침니 상부 개구부(30)를 상기 침니 상부(29)의「접선방향의 길이 a」와 「반경방향의 길이 b」 와의 비가 「b/a> 1」이 되도록 구성되어 있으므로, 플라즈마 링(34a, 34b)과 침니 상부(29)의 각각의 자화 용이축이 발생하는 방향을 동일하게 하여, GMR특성의 자화 용이축의 콘트롤을 용이하게 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 상기 침니 상부(29)와 타깃(23)과의 거리는, 상기 타깃(23)에서 발생하는 플라즈마 링(34a), (34b)이 상기 침니 상부(29)에 접촉하지 않는 거리를 갖도록 하고 있으므로, 침니 상부(29)가 플라즈마 링(34a, 34b)에 접촉하지 않게 되고, 이로써, GMR막을 스퍼터링에 의해 안정되게 착막할 수 있다는 효과를 갖는다.
그리고 또, 상기 침니 상부(29)와 기판(33)과의 거리는, 타깃(23)의 상부면에서 플라즈마 링(34a, 34b)을 발생하여 스퍼터링되는 분자의 평균 자유행정보다 짧은 거리로 하고 있으므로, 침니 상부 개구부(30)에서의 직진성이 없는 스퍼터분자가 돌아서 들어는 경우는 거의 없고, 이로써 착막된 GMR막의 계면이 평활하게 된다는 효과를 갖는다.
그리고, 상기 침니(26) 및 침니 상부(29)는 비자성 금속으로 구성되어 있으므로, 마그네트론 자석(25)의 영향을 받지 않고, 내열성이 높고, 가공이 용이하며, 또한 고온에서의 가스의 발생이 적다는 효과를 갖는다.
그리고 또, 상기 침니(26) 및 침니 상부(29)는 직류 정전하를 인가시키는 수단으로서 캐소드(24)가 설치되어 있으므로, 이 캐소드(24)에 의해 스퍼터 분자와 동일한 전하를 침니(26) 및 침니 상부(29)에 인가하여, 침니 상부(29) 부근의 스퍼터 분자를 반발시켜 직진성을 보다 향상시킬 수 있고, 이로써, 평활한 계면을 가지는 GMR막을 형성할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 상기 침니(26) 및 침니 상부(29)는 냉각수단으로서 냉각 용수로(31)가 설치되어 있으므로, 이 냉각 용수로(31)의 열교환 매체에 의해 강제적으로 침니 상부(29)를 냉각시킬 수 있고, 이로써 스퍼터링 중의 열에 의한 침니 상부(29)의 변형을 방지할 수 있다는 효과를 갖는다.
그리고 또, 상기 침니 상부(29)와 기판(33)과의 사이에는, 착막하는 스퍼터 분자의 개수를 제어하는 원자 흡광 분광 분석장치(35, 36)가 설치되어 있으므로, 스퍼터링 중에 원자 흡광 분석법에 따라 스퍼터 분자를 정량하고, 이 결과에 따라 착막율을 환산하여 막두께를 제어할 수 있다는 효과를 갖는다.
그리고, 상기 타깃(23)에서 스퍼터링되는 분자는, 적어도 Ni, Fe, Co 중의 어느 하나를 포함하는 자성 금속재료이므로, Ni, Fe, Co를 포함하는 자성 금속층을 마그네트론 자계의 방향에 대하여 수직방향에서 경사방향으로 스퍼터링시킴으로써, 마그네트론 자계의 방향에 대하여 수직방향으로 임의의 자기 이방성을 발생시킬 수 있고, 이로써, 인공격자 MR막의 감도를 콘트롤할 수 있다는 효과를 갖는다.
상기한 본 발명의 제2실시예에 있어서는, 마그네트론 자석(62)에 의해 여기되어 발생하는 플라즈마 링(51)의 형상을 갖고 기판의 이동방향(52)에 대하여 적어도 수직방향의 직선부분을 갖는 구성으로 되어 있으므로, 플라즈마 링(51)의 직선부분과 동일방향으로 자성 금속막의 자기 이방성이 발생하게 되고, 이로써, 기판의 이동방향(52)에 대하여 수직방향에 GMR막의 자화 용이축이 발생하므로, 선택적으로 GMR특성의 감도를 콘트롤할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 상기 플라즈마 링(51)은 타깃면상에서 대략 사다리꼴이므로, 인공격자 다층막을 착막하면, 플라즈마 링 형상인 사다리꼴의 다리부분을 따라 자기 이방성이 발생하므로, 자화 용이축의 콘트롤이 용이해진다는 효과를 갖는다.
상기 침니 상부 개구부(54)는 마그네트론 자석(62)에 의해 여기된 플라즈마 링(51)의 대략 상부에 있으므로, 플라즈마 링 부근에 집중되어 있는 운동에너지가 크게, 또한 직진성이 양호한 착막분자만을 착막에 기여시킬 수 있고, 이로써, 평활한 계면을 갖는 CMR막을 형성할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 상기 침니 상부 개구부(54)는 원반형상 돔(47)의 중심축을 중심으로 하는 각각 다른 반경의 2개의 원호와, 상기 원반형상 돔(47)의 중심축을 통과하는 2줄의 직선으로 둘러싸인 형상을 갖고 있으므로, 침니 상부(53)를 통해 기판의 각 부분이 타깃상을 통과하는 시간은 동일하게 되고, 이로써, 착막된 GMR막의 막두께를 기판내에서 동일하게 할 수 있다는 효과를 갖는다.
그리고 또, 기판의 이동방향(52)에 있어서의 침니 상부 개구부(54)의 폭은, 기판(46)이 플라즈마 링(51)을 통과하는 속도에 비례하여 크게 되어 있으므로, 침니 상부(53)를 통해 기판(46)의 각 부분이 타깃상을 통과하는 시간은 동일하게 되고, 이로써, 착막된 GMR막의 막두께를 기판내에서 동일하게 할 수 있다는 효과를 갖는다.
그리고, 상기 마그네트론 자석(62)은 기판의 이동방향(52)에 대하여 평행으로 배치되고, 또한 원반형상 돔(47)의 회전축(48)을 통과하는 직선을 따라 배치하고 있으므로, 마그네트론 자석(62)의 배열방향에 대하여 수직방향으로 플럭스가 발생하게 되고, 이로써, 마그네트론 자석(62)의 배열과 평행으로 플라즈마 링(51)이 발생하므로, 대략 사다리꼴의 플라즈마 링(51)을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 또, 상기 마그네트론 자석(62)은 Sm-Co계 자석 또는 Nd-Fe-B계 자석으로 구성되어 있으므로, 예컨대, 보자력이 크고, 또한 고온에서의 감자(減磁)가 작은 온도의 특성에 뛰어난 Sm-Co자석을 마그네트론 자석(62)에 사용한 경우는, 자성금속재 타깃의 마그네트론 방전을 안정시킬 수 있다는 효과를 가지며, 한편, 보자력이 크고, 또한 가공성이 뛰어나며, 낮은 코스트의 Nd-Fe-B계 자석을 마그네트론 자석(62)에 사용한 경우는, 자성 금속재 타깃에 복잡한 형상의 플라즈마 링(51)을 발생시킬 수 있다는 효과를 갖는다.
이상과 같이, 본 발명의 인공격자 다층막의 착막장치는, 하부면에 마그네트론 자석을 갖는 타깃과, 적어도 상기 타깃을 피복하고, 또한 상기 타깃과 대향하는 면을 개방하여 이루어지는 통형상의 침니와, 상기 침니의 개방을 밀봉하는 동시에, 상기 타깃과 대향하는 면에 침니 상부 개구부를 갖는 침니 상부로 이루어진 인공격자 다층막의 착막장치에 있어서, 상기 침니 상부의 상부면을 기판이 통과할 때에, 상기 타깃의 상부면에서 플라즈마 링을 발생케 하여 스퍼터링된 분자를 상기 기판상에 착막시키도록 한 것이며, 이와 같은 구성에 의하면, 스퍼터링된 착막분자 중, 타깃상에 집중되어 존재하는 운동에너지가 큰 착막분자만을 인공격자 다층막의 착막에 기여시킬 수 있고, 이로써, 평활한 층상구조를 갖는 GMR막을 형성할 수 있다.
Claims (19)
- 하부면에 마그네트론 자석을 갖는 타깃과, 적어도 상기 타깃을 피복하고, 또한 상기 타깃과 대향하는 면을 개방하여 이루어지는 통형상의 침니와, 상기 침니의 개방을 밀봉하는 동시에, 상기 타깃과 대향하는 면에 침니 상부 개구부를 갖는 침니 상부로 이루어진 인공격자 다층막의 착막장치에 있어서,상기 침니 상부의 상부면을 기판이 통과할 때에, 상기 타깃의 상부면에서 플라즈마 링을 발생하여 스퍼터링된 분자를 상기 기판상에 착막시키도록 된 인공격자 다층막의 착막장치.
- 하부면에 마그네트론 자석을 갖는 타깃과, 적어도 상기 타깃을 피복하고, 또한 상기 타깃과 대향하는 면을 개방하여 이루어지는 통형상의 침니와, 상기 침니의 개방을 밀봉하는 동시에, 상기 타깃과 대향하는 면에 침니 상부 개구부를 갖는 침니 상부로 이루어지고, 상기 침니의 상부면을 기판이 통과할 때에, 상기 타깃의 상부면에서 스퍼터링된 분자를 착막시키는 인공격자 다층막의 착막장치에 있어서,상기 마그네트론 자석에 의해 여기되어 발생하는 플라즈마 링의 형상은, 상기 기판의 이동방향에 대하여 적어도 수직방향의 직선부분을 갖는 구성으로 된 인공격자 다층막의 착막장치.
- 상부면에 다수의 기판을 적재하는 원반형상 돔과, 상기 원반형상 돔의 하부면에 상기 돔의 내측 가장자리를 따르도록 설치되는 동시에, 하부면에 마그네트론 자석을 구비한 타깃과, 적어도 상기 타깃을 피복하는 동시에, 상기 타깃과 대향하는 면을 개방하여 이루어지는 통형상의 침니로 이루어진 인공격자 다층막의 착막장치에 있어서,상기 마그네트론 자석에 의해 여기되어 발생하는 플라즈마 링의 형상은 상기 기판의 이동방향에 대하여 적어도 수직방향의 직선부분을 갖는 구성으로 된 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제3항에 있어서,플라즈마 링은 타깃면상에서 대략 사다리꼴인 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,침니 상부 개구부는, 마그네트론 자석에 의해 여기된 플라즈마 링의 대략 상부에 있는 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제3항에 있어서,침니와 이 침니의 상부면을 통과하는 기판과의 사이에 개구부를 갖는 침니 상부를 구비하고, 상기 침니 상부 개구부는 원반형상 돔의 중심축을 중심으로 하는 각각 다른 반경의 2개의 원호와, 상기 원반형상 돔의 중심축을 통과하는 2개의 직선으로 둘러싸인 형상을 갖는 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제6항에 있어서,침니 상부에 설치된 개구부를 상기 침니 상부의「접선방향의 길이 a」와 「반경방향의 길이 b」와의 비가 「b/a>1」이 되도록 구성한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제6항에 있어서,기판의 이동방향에서의 침니 상부 개구부의 폭은 기판이 플라즈마 링을 통과하는 속도에 비례하여 커지도록 한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항에 있어서,침니 상부와 타깃과의 거리는 상기 타깃으로부터 발생하는 플라즈마 링이 상기 침니 상부에 접촉하지 않는 거리를 갖도록 한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항에 있어서,침니 상부와 기판과의 거리는, 타깃의 상부면에서 플라즈마 링을 발생하여 스퍼터링되는 분자의 평균 자유행정보다 짧은 거리로 한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,침니를 비자성 금속으로 구성한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,침니 상부를 비자성 금속으로 구성한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,침니 및 침니 상부에 직류의 정전하를 인가시키는 수단을 설치한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,침니 및 침니 상부에 냉각수단을 설치한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,침니 상부와 기판과의 사이에 착막하는 스퍼터 분자의 개수를 제어하는 원자 흡광 분광 분석장치를 설치한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제3항에 있어서,원반형상 돔과 침니와의 사이에 착막하는 스퍼터 분자의 개수를 제어하는 원자 흡광 분광 분석장치를 설치한 인공격자다층막의 착막장치.
- 제4항에 있어서,마그네트론 자석은 기판의 이동방향에 대하여 평행으로 배치하고, 또한 원반형상 돔의 회전축을 통과하는 직선에 따라 배치한 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,타깃에서 스퍼터링되는 분자는 적어도 Ni, Fe, Co 중의 어느 것을 포함하는 자성 금속재료인 인공격자 다층막의 착막장치.
- 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,마그네트론 자석은 Sm-Co계 자석 또는 Nd-Fe-B계 자석으로 구성한 인공격자 다층막의 착막장치.
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