WO1998036105A1 - Appareil a depot de film et film multicouche a grille artificielle - Google Patents

Description

明 細 書

人工格子多層膜の着膜装置

技術分野

本発明は、 基板上に磁性金属膜と非磁性金属膜を交互に積層 した人工格子構造を有する巨大磁気抵抗効果 （以下 「GMR」 と記す。 ） 膜を着膜するための人工格子多層膜の着膜装置に関 する ものである。

背景技術

近年、 G M R膜は、 従来の強磁性磁気抵抗効果膜 （以下、 「MR膜」 と記す。 ） と比較して、 約 4倍以上の磁気抵抗変化 率と約 5倍以上の感度を有するため、 従来の高精度な磁気セ ン サゃ H D Dの読取り用磁気へッ ドに対し極めて有用な膜と考え られ、 商品開発や量産設備の開発が盛んに行われている。

GMR膜を着膜された人工格子多層膜は、 磁性金属膜と非磁性 金属膜を多層に形成するので、 磁性金属層に N i， F e , C oの 強磁性材料のうち 1〜 3種類の合金層と、 C u， A g , A u , R u , C r , P t等の非磁性金属層のいずれかを 5〜 5 0 A程 度の電子の平均自由行程以下の膜厚で交互に多層に積層し、 各 磁性金属層が非磁性金属層を介して反強磁性結合させる事によ り、 各磁性金属層がそれぞれ反平行の電子ス ピ ンを持つように して、 外部磁界によつて前記電子ス ピ ンの向きを変化させて、 導電電子の平均自由行程に大きな差を生じさせ、 GMRが得ら れる ものである。

以下に、 G M Rを有する人工格子多層膜について、 図面を参 照しながら説明する。

第 6図は G M Rを有する人工格子多層膜の断面図である。 1 は高抵抗の S i またはガラ ス等からなる基板である。 2は基板 1 の上面に C r または W等を着膜により設けた下地金属層であ る。 3， 4は下地金属層 2の上面に交互に約 1 5層ずつスパ ッ 夕 リ ングにより着膜して積層して設けられた磁性金属層、 非磁 性金属層である。 5は基板 1上に交互に積層された最上面の非 磁性金属層 4の上面に設けた保護膜である。 このとき、 磁性金 属層 3、 非磁性金属層 4のスパッ タ リ ングによる着膜は、 電子 ビ一ムゃ抵抗加熱による真空熱蒸着により着膜された膜と比較 して、 材料分子の基板に衝突する運動ヱネルギ一が大きいため に均質で平滑な膜が得られ、 また膜厚制御も容易で再現性も安 定しているので、 多層の人工格子構造を有する人工格子多層膜 を形成するには最適な工法と考えられ、 捋来の人工格子多層膜 の量産工法の最有力候補と考えられている。

以上のように構成された人工格子多層膜について、 以下にその 要部である磁性金属層および非磁性金属層を着膜により設けてな る人工格子多層膜の着膜装置を図面を参照しながら説明する。 従来の人工格子多層膜の着膜装置と しては、 特開平 7 - 5 7 9 3 3号公報に開示されたものが知られている。

第 7図は従来の人工格子多層膜の着膜装置の概略構成を示す 模式図である。

第 7図において、 1 1 は真空容器である。 1 2， 1 3は真空 容器 1 1の内底面に設けられた C u ターゲッ ト、 C o ターゲッ トである。 1 4は非磁性金属材料からなる C u タ一ゲッ 卜 1 2 および磁性金属材料からなる C o ターゲッ ト 1 3と対向するよ うに設けられたシ ャ ッ タ ーである。 1 5は一端が真空容器 1 1 の上面に保持され、 かつ他端が C u ターゲッ ト 1 2および C 0 ターゲッ ト 1 3の上面を交互に通過するよ う に基板 （図示せ ず） を基板ホルダ 1 6に挟持して、 回転可能に操作される タ一 ンテーブルである。

以上のよ う に構成された人工格子多層膜の着膜装置につい て、 以下にその着膜方法を説明する。

まず、 真空容器 1 1内のバッ ク グラ ウ ン ド真空度を 1. 3 x 1 0— ⁴〜 9 x 1 0— ⁴ P aにした後、 A rガスを導入して真空容 器 1 1内のガス圧を約 0. 5 P aに保つ。

次に、 非磁性金属材料からなる C u ターゲッ ト 1 2 と磁性金 属材料からなる C 0 ターゲッ ト 1 3をそれぞれ同時に放電し、 基板を基板ホルダ 1 6に挟持し、 タ ー ンテーブル 1 5を回転さ せて C u ターゲッ ト 1 2 と C o ターゲッ ト 1 3の上面を交互に 通過させて磁性金属層と非磁性金属層を交互に着膜して積層す る ものである。

しかしながら、 上記従来の人工格子多層膜の着膜装置では、 C u ターゲッ 卜 1 2および C o ターゲッ ト 1 3の上面に、 基板 を単に通過させて着膜するだけであるため、 運動エネルギーが 小さ く 、 ガスを取り込んだ斜め成分のスパ ッ タ分子も同時に着 膜されるため、 人工格子多層膜の層間の平滑性が損なわれ、 GMR特性にばらつきや特性の劣化が生じる ものである。 特性 ばらつきの要因の一つである酸素の含有による影響を抑制する ために、 アルゴンなどのスパ ッ タ ガスに水素ガスを添加する.こ とによって、 これらの解決を図る試みがあるが、 水素ガスの添 加量を一定にすることは非常に困難であり、 また作業上の危険 も伴い、 さらに水素ガスを添加した雰囲気でプラズマ放電を行 う と、 強い還元反応が起こるため、 金属酸化物を含んだガラ ス 基板やセ ラ ミ ツ ク基板の表面上に金属が析出して、 使用が不可 能になるなどの問題が起こるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決する もので、 安定してかつ容 易に G M R特性を有する人工格子多層膜の着膜が可能と なる人 ェ格子多層膜の着膜装置を提供することを目的とする ものであ る o 発明の開示

上記課題を解決するために本発明の人工格子多層膜の着膜装 置は、 下面にマグネ ト ロ ン磁石を有するターゲッ 卜 と、 少なく と も前記ターゲッ トを覆いかつ前記ターゲッ 卜 と対向する面を 開放してなる筒状のチムニと、 前記チムニの開放を封止すると と もに前記ターゲッ ト と対向する面にチムニ ト ッ プ開口部を有 するチム ニ ト ツ プとからなる人工格子多層膜の着膜装置におい て、 前記チムニ ト ッ プの上面を基板が通過する際に、 前記タ一 ゲッ トの上面より プラズマ リ ングを発生してスパッ タ リ ングさ れた分子を前記基板上に着膜させるようにしたものである。 上記した人工格子多層膜の着膜装置によれば、 スパ ッ タ リ ン グされた着膜分子のうち、 ターゲッ ト上に集中して存在する運 動エネルギ一の大きい着膜分子のみを人工格子多層膜の着膜に 寄与させる こ とができ、 これによ り 、 平滑な層状構造を持つ G M R膜を形成する こ とができ る ものである。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の第 1の実施例における人工格子多層膜の着 膜装置の断面図、 第 2図は同要部である力 ソ ー ド付近の上面 図、 第 3図は本発明の第 2の実施例における人工格子多層膜の 着膜装置の断面図、 第 4図は同要部であるカ ソ ー ド付近の上面 図、 第 5図は同要部であるマグネ ト ロ ン磁石の配置を示した 図、 第 6図は人工格子多層膜の断面図、 第 7図は従来の人工格 子多層膜の着膜装置の断面図である。 発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施例）

以下、 本発明の第 1の実施例における人工格子多層膜の着膜 装置について、 図面を参照しながら説明する。

第 1図は本発明の第 1の実施例における人工格子多層膜の着 膜装置の断面図、 第 2図は同要部であるチムニ ト ッ プの上面図 である。

この第 1図、 第 2図において、 2 1は貫通孔 2 2を有する非 磁性金属からなるベースプレー ト である。 2 3はタ ーゲッ 卜 で、 このターゲッ ト 2 3はベースプレー ト 2 1 の貫通孔 2 2を 閉塞するよ う に設けられた約 2 0 0 m mの円盤状の少な く と も N i ， C o， F e等を含有してなる磁性金属材からなる磁性 金属ターゲッ ト部 （図示せず） と、 少なく とも C u， A g， R u 等を含有してなる非磁性金属材からなる非磁性金属タ一ゲッ ト 部 （図示せず） とで構成されている ものである。 2 4はタ ー ゲッ ト 2 3の下面に位置してベースプレー ト 2 1の貫通孔 2 2 に嵌着された S m— C o系希土類磁石等からなる ドーナツ型の マグネ ト ロ ン磁石 2 5を介して設けられた円筒型のカ ソ 一 ド で、 このカソー ド 24は高圧 D C電圧を印加する ものである。 2 6は少なく と もタ一ゲッ ト 2 3を覆うように設けられるとと もにベ一スプレー 卜 2 1 と接する面にはセ ラ ミ ッ ク等からなる リ ング型の絶縁体 2 8を備えてなる筒状のチムニで、 この筒状 のチムニ 2 6は非磁性金属からなるタ一ゲッ ト 2 3 と対向する 面を開放し、 かつ非磁性ステ ン レス鋼の S U S 3 0 4等から構 成されている ものである。 2 9はチムニ 26の開放部を閉塞する と と もに貫通孔であるチムニ ト ッ プ開口部 3 0を備えてなるチ ムニ ト ップで、 このチムニ ト ップ 2 9は非磁性金属である非磁性 ステ ン レス鋼の S U S 304等から構成されている ものである。 そ してこのチムニ ト ッ プ 2 9のチムニ ト ッ プ開口部 3 0は、 第 2図に示す通り、 チムニ ト ッ プ 2 9の 「接線方向の長さ a」 と 「半径方向の長さ b」 との比が、 「 b / a > l」 となるように 構成している ものである。 3 1はチムニ 2 6およびチムニ 卜 ッ プ 2 9のターゲッ ト 2 3と対向する面に接するように設けられ た複数の管状の冷却用水路で、 この冷却用水路 3 1はタ—ゲッ ト 2 3の放電中にチムニ 2 6およびチムニ ト ッ プ 2 9の温度を 一定させる非磁性金属から構成されている ものである。 3 2は チムニ ト ッ プ 2 9のターゲッ ト 2 3 と対向する面側に設けられ た非磁性金属からなる ド ー ムで、 この ドー ム 3 2は、 チム ニ ト ッ プ 2 9から 8 0 m m以下離れた S i またはガラス等からな る基板 3 3を保持して後述するカ ソ 一 ド 2 4 の放電時にタ ー ゲッ ト 2 3の磁性金属ターゲッ ト部および非磁性金属ターゲッ ト部からマグネ ト ロ ン磁石 2 5 と対向する面に発生する磁性金 属プラ ズマ リ ング 3 4 a と非磁性金属プラ ズマ リ ング 3 4 b の 直線部分に対して少な く と も垂直の方向に平行移動する機構 (図示せず） を有する ものである。 3 5および 3 6 はチム ニ ト ッ プ 2 9 と ドーム 3 2 との間に設けられ、 かつ発光した光が チム ニ ト ツ プ開口部 3 0 の上面に沿つて平行に通過するよ う に 設けられた原子吸光分光分析装置の光電素子および受光素子で ある。 3 7はチム ニ 2 6およびチム ニ ト ッ プ 2 9を正電荷に帯 電させる定電圧電源である。

以上のよ う に構成された人工格子多層膜の着膜装置につい て、 次にその着膜方法を説明する。

まず、 力ソー ド 2 4に電気的に接続された電源 （図示せず） を印加し、 ターゲッ ト 2 3の磁性金属ターゲッ ト部および非磁 性金属ターゲッ ト部より約 0 . 9 3 W / c m ²の磁性金属プラズ マリ ング 3 4 aおよび約 0 . 7 7 W / c m ²の非磁性金属プラズ マリ ング 3 4 bを発生させて磁性金属分子および非磁性金属分 子をスパッ タ リ ングできるようにする。 この時、 ターゲッ ト 2 3 とチム ニ ト ッ プ 2 9 との距離はターゲッ ト 2 3から発生する磁 性金属プラ ズマ リ ング 3 4 a および非磁性金属プラ ズマ リ ング 3 4 b に接触しない距離を有すれば良く、 本発明の第 1 の実施 例では 3 5 m mに設定する ものである。 また、 ターゲッ ト 2 3 より発生する磁性金属プラズマリ ング 3 4 aおよび非磁性金属 プラズマ リ ング 3 4 bは、 ターゲッ ト 2 3の面上で略台形の形 を有する もので、 後述する基板 3 3 の移動方向に対して垂直の 方向の幅より長く設けられている ものである。

次に、 チムニ ト ップ 2 9からターゲッ ト 2 3の上面より磁性 金属プラ ズマ リ ン グ 3 4 aおよび非磁性金属プラ ズマ リ ン グ 3 4 bを発生してスパ ッ タ リ ングされる分子の平均自由行程よ り短い距離を有する本発明の第 1の実施例では 3 0 m mの距離 を有する ドーム 3 2に装着した C r等の下地金属層を備え、 約 3 0 A着膜した基板 3 3を、 タ ーゲッ ト 2 3の磁性金属タ 一 ゲッ ト部および非磁性金属ターゲッ ト部の上面のチムニ ト ッ プ 2 9 のチムニ ト ツ ブ開口部 3 0の上面を交互に通過させて、 基 板 3 3の下地金属層の上面に磁性金属層および非磁性金属層を 交互にスパッ タ リ ングによ り積層する ものである。 このと き、 スパ ッ タ リ ング条件は、 スパ ッ タ リ ングガス と して A r を使用 し、 着膜条件は、 バッ ク グラ ウ ン，ド真空度を 4 X 1 0—⁵ P a 、 スパッ タ リ ングのガス圧を 0 . 1 5 P a と したものである。 さ らに、 スパッ タ リ ングする際にはチムニ 2 6とチムニ ト ップ 2 9 は定電圧電源 3 7により 5〜 6 V印加されており、 スパ ッ 夕 リ ングする磁性金属分子および非磁性金属分子の直進性を増すこ とができるので、 磁性金属分子および非磁性金属分子が斜めに 飛ばず、 基板 3 3の下地金属層に対して平滑な界面の磁性金属 層および非磁性金属層からなる人工格子多層膜を着膜できる も のである。 また、 人工格子多層膜の磁性金属層および非磁性金 属層の着膜量は、 原子吸光分光分析装置の光電素子 3 5 と受光 素子 3 6 との間を単位時間に通過するスパ ッ タ リ ング分子量を 測定し、 定電圧電源 3 7 にフ ィ ー ドバッ ク して制御する もので ある。

(第 2 の実施例）

以下、 本発明の第 2の実施例における人工格子多層膜の着膜 装置について、 図面を参照しながら説明する。

第 3図は本発明の第 2の実施例における人工格子多層膜の着 膜装置の断面図である。 この第 3図において、 4 1は本発明の 第 1の実施例で記載した人工格子多層膜の着膜装置とほぼ同様 の構成で磁性材ターゲッ ト 4 2のみを有する放電装置である。 4 3は同様に非磁性材ターゲッ ト 4 4のみを有する放電装置で ある。 4 5は非磁性金属からなる円盤状ベースプレー トで、 この 円盤状ベースプレー ト 4 5の中心から同じ距離に互いに 1 8 0 ° の位置関係で 2基の放電装置 4 1， 4 3が同円盤状べ—ス プ レー ト 4 5上に配置されている。 4 6は S i またはガラ スから なる基板、 4 7は放電装置 4 1， 4 3の上面に円盤状ベースプ レー ト 4 5 と平行に配置され、 かつ基板 4 6 の表面を放電装置 側に向けて装着できる機構を備えた非磁性金属からなる円盤状 ドームである。 4 8は円盤状ベースプレー ト 4 5 の中心と、 円 盤状 ドーム 4 7の中心を繋ぎ、 円盤状 ドーム 4 7を支えて自転 させる機構を備えた非磁性金属からなる棒状の回転軸である。 第 4図は本発明の第 2の実施例における要部である放電装置 のターゲッ ト面を上方向から見た図である。

この第 4図に示す通り プラズマ リ ング 5 1 は略等脚台形であ り、 このプラズマ リ ング 5 1の脚部の直線部分は基板の移動方 向 5 2に対して垂直の方向の幅より長く設定されている。 5 3 はターゲッ トを完全に覆ったチムニ ト ッ プで、 このチムニ ト ッ プ 5 3にはプラズマリ ング 5 1の直線部分に沿ってチムニ ト ッ プ開口部 5 4が空けられている。 冷却用水路 5 5はチム ニ ト ツ プ 5 3上全体にほぼ等間隔に環状に設置されている。 チム ニ ト ッ プ開口部 5 4の直線部分の長さ a と基板の移動方向 5 2の 垂直方向の長さ b との比は、 「少なく と も b Z a > l」 であら ねばならず、 「 1 0 > b Z a > 2」 が好ま しい。

第 5図は第 4図に示したプラズマ リ ングの形状にするための マグネ ト ロ ン磁石の配置を示した図である。 この第 5図におい て、 6 1はマグネ ト ロ ン磁石を保持する非磁性金属からなる磁 石保持体、 6 2は棒状の S m— C oまたは N d— F e — Bから なるマグネ ト ロ ン磁石で、 このマグネ ト ロ ン磁石 6 2は磁石保 持体 6 1上に略台形にそれぞれ 2本ずつ平行に配置され、 フ ラ ッ ク スがマグネ ト ロ ン磁石 6 2の長手方向に対して垂直方向 に発生するように極性を調整する。

以上のように構成された本発明の第 2の実施例における人工 格子多層膜の着膜装置について、 次にその動作を説明する。

こ こで、 放電装置のブラズマリ ング形状を除く基本的な構成 およびスパッ タ条件は第 1の実施例と同様である。

プラ ズマ リ ング 5 1 の直線部分は 1 0 0 mmであ り、 基板 46の長さ 5 l mmより長く設定されている。 チムニ ト ツ プ開 口部 5 4はプラズマリ ング 5 1に沿って空けられており、 また 円盤状ドー ム 47の円周方向の長さ aは基板中心通過部分で 2 0 mm、 半径方向の長さ bが 8 0 mmであり、 「 b / a = 4」 で ある。 この比は N i — F e膜の磁気異方性エネルギーの値に大 き く 影響するが、 「少な く と も b a 〉 1」 であ らねばな ら ず、 「 1 0 > b / a > 2」 が好ま しい。 こ こで、 「 a」 の寸法 は基板各部分のチムニ ト ッ プ開口部 5 4を通過する時間に比例 した値であり、 基板各部分の膜厚分布が生じないようにしてあ る。 マグネ ト ロ ン磁石 6 2は S m - C o系希土類磁石により構 成されているが、 これ以外に、 温度特性は S m— C o より劣る ものの、 低コス トで加工性に優れた N d — F e — B系希土類磁 石を用いても良い。

人工格子多層膜の成膜は、 放電装置の N i - F e ターゲッ ト と C u ターゲッ トを同時に放電させ、 円盤状 ドーム 4 7を回転 させる こ と によ り、 チムニ ト ッ プ開口部 5 4の上部を基板を通 過させて交互に着膜を行う。

第 4図に示したプラズマ リ ング 5 1の基板の移動方向 5 2に 対して垂直方向の直線部分のみを一定のアスペク ト比のチムニ ト ッ プ開口部 5 4を介してスパッ タ リ ング着膜に用いた場合、 成膜された N i - F e膜の磁気異方性エネルギー K uは基板の 移動方向 5 2 と垂直の方向に発生する。 これに対して人工格子 多層膜の各 N i - F e膜間に発生する交換積分 J は等方性であ るため、 K u く J であり、 かつ K u と J の値の差が僅かであれ ば、 人工格子多層膜中の各磁性層の電子ス ピンは僅かな外部磁 界によつて容易に反転することが可能となる。 以上のように人 ェ格子多層膜を成膜した結果、 微小な磁界変化で大きな磁気抵 抗変化をする高感度の G M R特性を得るこ とができる。

上記した本発明の第 1の実施例においては、 チムニ ト ッ プ 2 9 に設けられたチム ニ ト ッ プ開口部 3 0を、 前記チム ニ ト ッ プ 2 9の 「接線方向の長さ a」 と 「半径方向の長さ b」 との比 が、 「 bノ a > 1」 となるように構成しているため、 プラズマ リ ン グ 3 4 a , 3 4 b とチムニ ト ッ プ 2 9 のそれぞれの磁化容 易軸の生じる方向を同一にして、 G M R特性の磁化容易軸のコ ン ト ロールを容易に行えるという効果を有する ものである。 また前記チム ニ ト ッ プ 2 9 と タ一ゲッ 卜 2 3 との距離は、 前 記ターゲッ ト 2 3から発生するプラズマリ ング 3 4 a， 3 4 b が前記チムニ 卜 ッ プ 2 9に接触しない距離を有するよ うに して いるため、 チムニ ト ッ プ 2 9がプラズマリ ング 3 4 a , 3 4 b に接触することはなく なり、 これにより、 G M R膜をスパ ッ 夕 リ ングによつて安定して着膜できるという効果を有する もので あ 。

そ してまた前記チム ニ ト ッ プ 2 9 と基板 3 3 との距離は、 ターゲッ ト 2 3の上面より プラズマ リ ング 3 4 a， 3 4 bを発 生してスパ ッ タ リ ングされる分子の平均自由行程より短い距離 と しているため、 チムニ ト ッ プ開口部 3 0での直進性のないス パッ タ分子の回り込みはほとんどなく 、 これにより、 着膜され た G M R膜の界面が平滑になる という効果を有する も のであ る。

さ らに前記チ ム二 2 6およびチム ニ ト ッ プ 2 9は非磁性金属 で構成しているため、 マグネ ト ロ ン磁石 2 5の影響を受ける こ とはなく 、 耐熱性が高く 、 加工が容易で、 かつ高温でのガスの 発生が少ないという効果を有する ものである。

さ らにまた前記チムニ 2 6およびチムニ ト ッ プ 2 9は直流の 正電荷を印加させる手段と してカ ソ ー ド 2 4を設けているた め、 このカ ソ 一 ド 2 4によ り スパ ッ タ分子と同一の電荷をチム 二 2 6およびチムニ ト ッ プ 2 9に印加して、 チムニ 卜 ッ プ 2 9 付近のスパッ タ分子を反発させて直進性をより向上させる こと ができ、 これにより、 平滑な界面を持つ G M R膜を形成できる という効果を有するものである。

また前記チムニ 2 6およびチムニ ト ッ プ 2 9は冷却手段と し て冷却用水路 3 1を設けているため、 この冷却用水路 3 1 の熱 交換媒体によ つて強制的にチムニ ト ッ プ 2 9を冷却する こ とが でき、 これによ り、 スパ ッ タ リ ング中の熱によ ってチムニ ト ツ プ 2 9が変形するのを防ぐことができるという効果を有するも のである。

そ してまた前記チムニ ト ッ プ 2 9 と基板 3 3 との間には、 着 膜するスパ ッ タ分子の個数を制御する原子吸光分光分析装置 3 5 , 3 6を設けているため、 スパ ッ タ リ ング中に原子吸光分 析法によ り スパッ タ分子を定量し、 この結果に基づいて着膜 レー 卜を換算して膜厚制御を行う ことができるという効果を有 する ものである。

さ らに前記タ ーゲッ ト 2 3 よ り ス ノ、。 ッ タ リ ン グされる分子 は、 少なく と も N i ， F e ， C oのいずれかを含む磁性金属材 料であるため、 N i , F e , C οを含む磁性金属層をマグネ ト 口 ン磁界の方向に対して垂直方向に斜め方向にスパッ タ リ ング させる こ と によ り、 マグネ ト ロ ン磁界の方向に対して垂直方向 に任意の磁気異方性を生じさせることができ、 これにより、 人 ェ格子 M R膜の感度をコ ン ト ロ ールするこ とができ るという効 果を有する'ものである。

上記した本発明の第 2の実施例においては、 マグネ ト ロ ン磁 石 6 2により励起されて発生するプラズマ リ ング 5 1 の形状と して、 基板の移動方向 5 2に対して少なく と も垂直方向の直線 部分を有する構成と しているため、 プラズマリ ング 5 1の直線 部分と同一方向に磁性金属膜の磁気異方性が生じる こ と にな り、 これにより、 基板の移動方向 5 2に対して垂直方向に G M R 膜の磁化容易軸が発生するため、 選択的に G M R特性の感度を コ ン ト ロ ールできるという効果を有するものである。

また前記プラズマリ ング 5 1は、 タ一ゲッ ト面上で略台形で あるため、 人工格子多層膜を着膜すると、 プラズマリ ング形状 の台形の脚の部分に沿って磁気異方性が生じるため、 磁化容易 軸のコ ン ト ロ ールが容易になる という効果を有する ものであ る。

前記チムニ ト ッ プ開口部 5 4は、 マグネ ト ロ ン磁石 6 2 によ り励起されたプラズマ リ ング 5 1の略上部にあるため、 ブラズ マリ ング付近に集中している運動エネルギーが大き く且つ直進 性の良好な着膜分子のみを着膜に寄与させる ことができ、 これ により、 平滑な界面を有する G M R膜を形成できるという効果 を有する ものである。

また前記チムニ ト ッ プ開口部 5 4は、 円盤状 ドーム 4 7 の中 心軸を中心とするそれぞれ異なつた半径の 2つの円弧と、 前記 円盤状 ドーム 4 7の中心軸を通過する 2本の直線にて囲まれた 形状を有する ものであるため、 チムニ ト ッ プ 5 3を介して基板 の各部分がターゲッ ト上を通過する時間は同一となり、 これに より、 着膜された G M R膜の膜厚を基板内で同一にすることが できるという効果を有する ものである。

そ してまた基板の移動方向 5 2におけるチムニ 卜 ッ プ開口部 5 4の幅は、 基板 4 6がプラズマ リ ング 5 1を通過する速度に 比例して大き く するようにしているため、 チムニ ト ッ プ 5 3を 介して基板 4 6の各部分がターゲッ ト上を通過する時間は同一 となり、 これにより、 着膜された G M R膜の膜厚を基板内で同 一にする ことができるという効果を有する ものである。

さ らに前記マグネ ト 口 ン磁石 6 2は、 基板の移動方向 5 2に 対して平行に配置し、 かつ円盤状 ドーム 4 7の回転軸 4 8を通 過する直線に沿つて配置しているため、 マグネ ト ロ ン磁石 6 2 の配列の方向に対して垂直方向にフ ラ ッ ク スが生じる ことにな り、 これにより、 マグネ ト ロ ン磁石 6 2の配列と平行にプラズ マリ ング 5 1が発生するため、 略台形のプラズマ リ ング 5 1が 得られるという効果を有するものである。

さ らにまた前記マグネ ト 口 ン磁石 6 2は、 S m— C o系磁石 または N d— F e — B系磁石で構成しているため、 例えば、 保 磁力が大き く 、 かつ高温での減磁が小さい温度特性に優れた S m - C 0磁石をマグネ ト 口 ン磁石 6 2に用いた場合は、 磁性 金属材タ一ゲッ トのマグネ ト ロ ン放電を安定させることができ るという効果を有する ものであり、 一方、 保磁力が大き く 、 か つ加工性に優れ、 低コ ス ト の N d— F e — B系磁石をマグネ ト 口 ン磁石 6 2に用いた場合は、 磁性金属材ターゲッ ト に複雑な 形状のプラズマリ ング 5 1を発生させることが可能になるとい う効果を有するものである„ 産業上の利用可能性

以上のように本発明の人工格子多層膜の着膜装置は、 下面に マグネ ト ロ ン磁石を有する ターゲッ 卜 と、 少なく と も前記夕一 ゲッ トを覆いかつ前記ターゲッ 卜 と対向する面を開放してなる 筒状のチム ニ と 、 前記チム ニの開放を封止する と と もに前記 タ一ゲッ ト と対向する面にチムニ ト ッ プ開口部を有するチムニ 卜 ッ プとからなる人工格子多層膜の着膜装置において、 前記チ ムニ ト ツ プの上面を基板が通過する際に、 前記ターゲッ トの上 面より プラズマ リ ングを発生してスパッ タ リ ングされた分子を 前記基板上に着膜させるようにしたものであり、 この構成によ れば、 スパッ タ リ ングされた着膜分子のうち、 ターゲッ 卜上に 集中して存在する運動ヱネルギ一の大きい着膜分子のみを人工 格子多層膜の着膜に寄与させることができ、 これにより、 平滑 な層状構造を持つ G M R膜を形成する こ とができる ものであ る。

Claims

下面にマグネ ト ロ ン磁石を有するターゲッ 卜 と、 少なく と も前記ターゲッ トを覆いかつ前記ターゲッ 卜 と対向する面 を開放してなる筒状のチムニ と、 前記チムニの開放を封止 すると と もに前記ターゲッ 卜 と対向する面にチムニ ト ッ プ 開口部を有するチムニ ト ッ プとからなる人工格子多層膜の の

着膜装置において、 前記チムニ ト ツ プの上面を基板が通過 する際に、 前記ターゲッ 卜の上面より プラズマ リ ングを発 面

生してスパ ッ タ リ ン グされた分子を前記基板上に着膜させ るようにした人工格子多層膜の着膜装置。

下面にマグネ ト ロ ン磁石を有するターゲッ 卜 と、 少なく と も前記タ一ゲッ トを覆いかつ前記タ一ゲッ ト と対向する面 を開放してなる筒状のチムニ と、 前記チム ニの開放を封止 するとと もに前記タ一ゲッ 卜 と対向する面にチムニ 卜 ッ プ 開口部を有するチムニ ト ッ プとからなり、 前記チム ニの上 面を基板が通過する際に、 前記タ ーゲッ ト の表面よ り ス ノヽ。 ッ タ リ ングされた分子を着膜させる人工格子多層膜の着 膜装置において、 前記マグネ ト ロ ン磁石により励起されて 発生するブラズマリ ングの形伏は、 前記基板の移動方向に 対して少なく と も垂直方向の直線部分を有する構成と した 人工格子多層膜の着膜装置。

上面に複数の基板を載置する円盤状 ドーム と、 前記円盤状 ドームの下面に前記 ドームの内縁に沿うように設けられる と と もに下面にマグネ ト ロ ン磁石を備えたターゲッ 卜 と、 • 少なく と も前記ターゲッ トを覆う とと もに前記ターゲッ ト と対向する面を開放してなる筒状のチムニ とからなる人工 格子多層膜の着膜装置において、 前記マグネ ト ロ ン磁石に より励起されて発生するプラズマリ ン グの形状は、 前記基

5 板の移動方向に対して少なく と も垂直方向の直線部分を有 する構成と した人工格子多層膜の着膜装置。

4 . 請求の範囲第 3項において、 プラズマ リ ン グは、 タ一ゲッ ト面上で略台形である人工格子多層膜の着膜装置。

5 . 請求の範囲第 1項または第 2項において、 チム ニ ト ッ プ開0 口部は、 マグネ ト ロ ン磁石により励起されたプラズマ リ ン グの略上部にある人工格子多層膜の着膜装置。

6 . 請求の範囲第 3項において、 チムニと このチムニの上面を 通過する基板との間に、 開口部を有するチムニ ト ッ プを備 え、 前記チムニ ト ッ プ開口部は、 円盤状 ドームの中心軸を5 中心とするそれぞれ異なった半径の 2つの円弧と、 前記円 盤状 ドー ムの中心軸を通過する 2本の直線にて囲まれた形 状を有するものである人工格子多層膜の着膜装置。 7 . 請求の範囲第 6項において、 チムニ ト ッ プに設けられた開 口部を、 前記チムニ ト ッ プの 「接線方向の長さ a」 と 「半0 径方向の長さ b」 との比が、 「 b / a > 1」 となるように 構成した人工格子多層膜の着膜装置。

8 . 請求の範囲第 6項において、 基板の移動方向におけるチ ム 二 ト ッ プ開口部の幅は、 基板がプラズマリ ングを通過する 速度に比例して大き く するようにした人工格子多層膜の着5 膜装置。 • 9 . 請求の範囲第 1項において、 チムニ ト ッ プと ターゲッ ト と の距離は、 前記タ ーゲッ 卜から発生する プラ ズマ リ ングが 前記チムニ ト ッ プに接触しない距離を有するようにした人 ェ格子多層膜の着膜装置。

5 10. 請求の範囲第 1項において、 チムニ ト ッ プと基板との距離 は、 タ ーゲ ッ 卜 の上面よ り プラ ズマ リ ン グを発生 してス パッ タ リ ングされる分子の平均自由行程より短い距離と し た人工格子多層膜の着膜装置。

11. 請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項において、 チムニ0 を非磁性金属で構成した人工格子多層膜の着膜装置。

12. 請求の範囲第 1項または第 2項において、 チムニ ト ッ プを 非磁性金属で構成した人工格子多層膜の着膜装置。

13. 請求の範囲第 1項または第 2項において、 チムニおよびチ ム ニ ト ッ プに、 直流の正電荷を印加させる手段を設けた人5 ェ格子多層膜の着膜装置。

14. 請求の範囲第 1項または第 2項において、 チムニおよびチ ム ニ ト ツ プに、 冷却手段を設けた人工格子多層膜の着膜装 。

15. 請求の範囲第 1項または第 2項において、 チムニ ト ッ プと0 基板との間に、 着膜するスパ ッ タ分子の個数を制御する原 子吸光分光分析装置を設けた人工格子多層膜の着膜装置。

16. 請求の範囲第 3項において、 円盤状 ドーム とチムニとの間 に、 着膜するスパッ タ分子の個数を制御する原子吸光分光 分析装置を設けた人工格子多層膜の着膜装置。

5 17. 請求の範囲第 4項において、 マグネ ト ロ ン磁石は、 基板の 移動方向に対して平行に配置し、 かつ円盤状 ドームの回転 軸を通過する直線に沿つて配置した人工格子多層膜の着膜

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18. 請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項において、 夕 — ゲッ 卜よりスパッ タ リ ングされる分子は、 少なく とも N i ， F e ， C oのいずれかを含む磁性金属材料である人工格子 多層膜の着膜装置。

19. 請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項において、 マグネ ト ロ ン磁石は、 S m— C 0系磁石または N d— F e — B系 磁石で構成した人工格子多層膜の着膜装置。