JPH0133548B2

JPH0133548B2 -

Info

Publication number: JPH0133548B2
Application number: JP60212976A
Authority: JP
Inventors: Hidetsugu Setoyama; Keiji Arimatsu; Yoichi Ooshita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1989-07-13
Also published as: JPS6274073A; US4673482A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はスパツタ装置に係り、特に、磁性体材
をスパツタする際の、基板部の均一磁場を生成す
るのに好適なスパツタ室の構造に関する。

〔発明の背景〕

スパツタ装置は、種々の材料の薄膜化手段の１
つとして、各方面でニーズが高まつている。その
方式も、成膜素材からなるターゲツト電極と、成
膜すべき母材である基板を対向させた２極スパツ
タ法から、磁場によつてプラズマを閉じ込め、成
膜対率を飛躍的に向上させたマグネトロンスパツ
タ法まで、多数の方式が提案されている。

一方、形成する膜についても、金属膜から絶縁
物質まで多数あり、ここでは、金属膜のうちでも
磁性材の膜について考えている。

磁性材の膜をスパツタで成膜する際には、磁気
特性を得るために、成膜時に平行磁場を印加して
磁区を一定方向に配向させながらスパツタさせる
必要がある。これは、組成原子配列に基づくもの
であるため、形成した膜の結晶構造が広い範囲に
わたつて均一に配列している方が望ましい。この
ためには、スパツタされる基板面と平行に印加す
る磁場は、できるだけ、広範囲にわたつて均一で
なければならない。しかしながら、この磁場は、
強すぎても、弱すぎても影響を受け、なかなか、
基板面全体にわたつて、成膜された磁性膜の磁区
の向きを揃えることは難かしいのが現状である。
更には、本成膜工程の生産量向上のため、より大
きなサイズの基板、若しくは、多枚数の処理が要
求されてくる昨今の状況をみるに、より一層、広
範囲にわたつてより均一な磁場を作る必要があ
る。

このような、時代の要請に対し、現状では、各
メーカーとも、独自の方法を採用しているが、基
本的には、「高密度磁気記録技術集成」（対馬立郎
監修：総合技術センター発行）図１，２（167、
197）にもあるように、磁区を揃えたい方向の向
きに、磁場コイル、若しくは、永久磁石などによ
り磁場を発生させ印加させる方法が採用されてい
る。ここでの例は、いずれも、生成される空間磁
場の密度分布、配向性は、磁場生成源であるコイ
ル若しくは、磁石の構造、配置により決定され
る。

第５図は従来のスパツタ装置の一例を示す側断
面図である。同図において、真空容器１があり、
この側面にはコイル９が配置されている。前記真
空容器１内にはその上方から基板ヒータ８、基板
５、シヤツタ４、およびターゲツト３が配設され
ている。前記ターゲツト３はカソード電極２に支
持され、その周囲には排気口１１が備えられてい
る。

また前記基板５は基板ホルダ６により支持され
その周囲には磁極板７が配置されている。

この磁極板７によつて、前記基板５面での空間
磁場の向きと、密度を均一にしようとした、例も
ある。これでも、磁場の構造、配置により決定さ
れるが、いずれの場合でも、基板面全体にわたつ
て、磁場の方向性、強度を均一にすることは難し
い。

以上のように、成膜される基板面に均一な磁場
を作ることが、磁性膜を製造する上でのネツクの
１つになつている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、基板面と平行に均一磁場を生
成させることにより、磁性体材をスパツタさせる
際に組成となる磁性材の磁区の向きを均一にさせ
ながら成膜させ、所要の膜の磁気特性が得られる
ようにした、スパツタ装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、ターゲツトとは反対側の基板面と平
行な近接面に磁性板を置き、この磁性板を飽和さ
せた時に生ずる漏洩磁束が、この磁性板近傍では
磁性板の形状と磁束密度に関係することにより、
基板面での平行均一磁界を、この磁性板にて得よ
うとしたものである。すなわち、少なくとも一対
の磁場発生源と、この磁場発生源内に配置される
基板と、この基板に対向して配置されるターゲツ
トとを備えるスパツタ装置において、前記基板の
前記ターゲツトに対する背後にて前記基板に接触
あるいは近接して磁性薄板を配置させたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明
する。

まず第１図ａに、磁性材に１例として、パーマ
ロイ膜の磁化容易軸のＢ−Ｈカーブを示す。又、
同図ｂに、磁化困難軸のＢ−Ｈカーブを示す。磁
気回路上、磁束を、この磁化困難軸方向に流す
と、磁化反転に伴うヒステリシス損が少ない構成
とすることができる。この磁化容易軸と、磁化困
難軸の分離、すなわち、磁化の向きの方向性を付
けることは、成膜時に平行磁場を印加しておくこ
とで得られ、容易軸が磁場印加方向、困難軸がそ
の直角方向に向いて得られる。磁気特性上、この
磁化軸の向きを合わせておくことは、不可欠であ
り、通常、外部磁場を印加する必要がある。

外部磁場は、第３図ａの様に、２つのコイルに
同方向に電流を流すと、同図のような形にコイル
通電電流による空間磁場が誘起される。

しかし、この空間磁場は、中心のごく一部を徐
いて、一均平行磁場とはならない。

次に、この磁場中に、厚い磁性材を、同図ｂの
様に挿入すると、コイル間の空間磁束は、殆んど
この磁性材の内部を流れ、磁性材からの漏洩磁束
も殆んどなくなる。従つて、磁性材付近の空間磁
場は、殆んど無に等しくなる。

次に、同図ｃの様に、薄い磁性板を厚い磁性板
のかわりに挿入すると、コイル間の空間磁束はこ
の磁性材内部を流れようとするが、内部の磁束密
度が飽和してしまうため、漏洩磁束となつて、磁
性板周辺空間に空間磁場を生成する。このとき、
この磁場は磁性板に近い空間では、磁性板面に平
行で均一なものが得られる。

このように、磁性体平板からは漏洩磁束による
空間磁場を、第１図に示す実施例で利用している
ものである。

この図において、真空容器１内に、スパツタ用
カソード電極２と、スパツタ用ターゲツト３、及
び、基板ホルダー６に搭載された基板５が配置さ
れている。真空容器１内には排気口１１より、図
示しない排気装置により真空排気された後、給気
口１６より所望のガスを制御しながら供給し、真
空容器１内を一定のガス圧に保つようになつてい
る。基板ホルダー６は、図示しない搬送機構によ
り、ターゲツト電極３の真上に設置される。この
基板ホルダー６と、ターゲツト電極３の間には、
基板へのスパツタ量を制御もしくは遮へいするた
めのシヤツタ板４が配置されている。一方、基板
ホルダー６の背後には、基板を所望の温度迄加熱
するための、基板ヒーター８が配置されている。

この装置の基板面と同一平面上に外部磁場を印
加するための磁場発生用空心コイル９が、基板の
両側に対向配置されている。左右のコイルに同一
方向の電流、たとえば、左右上側のコイル断面を
流れる電流の向き、紙面表面より裏面へ流れるよ
うに選んでいる。こうすることにより、誘起され
る磁場は、基板面上では、紙面上、右より左側へ
磁束が向くようになる。このとき、基板面での磁
場の均一性を向上させるための磁極板７が、基板
面と平行に、且つ基板ホルダー両側で基板ホルダ
ーと接続固定、若しくは、基板ホルダーの一部を
構成する様に配置されている。

本実施例の特徴は、この両側の磁極板７間を磁
気的に接続する薄い磁性材からなるヨーク板１２
を基板と平行に設けたことにある。

このヨーク板１２と磁極板７との接続は、わず
かな空隙を介していても構わないことはもちろん
である。

磁場発生コイル９により生成された磁束は、磁
極板７に集められ、磁極板７内を通りヨーク板１
２に流れ込む。このとき、ヨーク板１２の厚さを
十分薄くしておくと、磁束にヨーク板１２内部で
飽和し、第３図ｃのように、漏洩磁束による磁場
が、ヨーク板と平行に生成される。このようにし
て、生成された、磁場は、磁極板７のみでヨーク
板１２のない場合に比べて、より均一平行磁場と
なるため、このヨーク板に近接した基板面での磁
場も、均一平行となる。

このような関係を示した図を第６図および第７
図に示す。同図は磁場発生コイルの周辺の磁場分
布を、磁場発生コイルの強さ（約10000アンペア
ターン）、位置、に基づいてコンピユータ演算に
よつて得られたもので、第６図は従来の場合でヨ
ーク板がない場合、第７図は本実施例の場合で、
0.1mm〜1.0mmのヨーク板を配した場合について示
している。第７図から明らかなように、中央に位
置づけられているヨーク板の周辺において、従来
の場合に山型の磁場分布を有するのに対し、ほぼ
平行の磁場分布を有しているのが判明する。ま
た、第８図は本実施例において、ヨーク板におけ
る磁場の強さを従来と比較して示したグラフであ
る。同図において、Ａの特性は本実施例をＢの特
性は従来の場合を示している。このことから、本
発明における前記ヨーク板の周辺は、その中心部
に対して大きな差を有しておらず、したがつて均
一な磁場が印加されていることが判る。

従つて、このような磁場中の基板に磁性材をス
パツタさせることにより、前述のような、磁区の
向きを揃えた成膜が可能となる。

本実施例では、基板面に磁場を印加する方法と
して、空心コイルを対向配置させる方法とした
が、この他に、電磁コイルの磁極ギヤツプ間に磁
場を発生させ、この中に、磁極板７、基板ホルダ
ー６を配置する方法、永久磁石を対向配置させる
方法等でも構わないことはいうまでもない。

一方、基板ホルダーに取付ける基板も、大口径
のものでも、多枚数取付けたものでも構わない。

又、磁性体をスパツタさせるスパツタ源も、直
流タイプ、高周波タイプ、マグネトロンタイプの
いずれでも構わないことはもちろんである。

第４図は本発明によるスパツタ装置の他の実施
例を示す構成図である。同図において、基板面の
背後に、基板を加熱するためのヒーターが取付け
られているが、このヒーターからの熱輻射を均一
にするために、均一板１４が設けられている。こ
の均一板の表面に、薄い磁性材からなるヨーク板
１３を取り付けることが、本実施例の特徴とな
る。前記実施例と同様、磁極板７よりの磁束がヨ
ーク板１３内で飽和し、ヨーク板１３近辺に、均
一平行磁場が生成される。更には、基板ヒーター
８が上下に昇降機能を備え、基板面に、ヨーク板
１３が密着するように操作すると、基板面上での
磁場分布が、更に改善可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁性体材をスパツタする際
の、基板面での外部印加磁場を、均一平行にする
ことができるので、磁区の方向性をより均一に揃
えた磁性材の成膜に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスパツタ装置に一実施例
を示す側断面図、第２図ａ，ｂおよび第３図ａな
いしｃは本発明の効果を示す原理図、第４図は本
発明によるスパツタ装置の他の実施例を示す側断
面図、第５図は従来のスパツタ装置の一例を示す
側断面図、第６図は、従来の磁場分布を示すグラ
フ、第７図は本発明の実施例による磁場分布を示
すグラフ、第８図は本発明の実施例によるヨーク
板の磁場の強さを、ヨーク板のない従来の場合と
比較したグラフである。１……真空容器、２……カソード電極、３……
ターゲツト、４……シヤツタ、５……基板、６…
…基板ホルダ、７……磁極板、８……基板ヒータ
ー、９……コイル、１０……絶縁物、１１……排
気口、１２……ヨーク板、１３……ヨーク板、１
４……均一板、１５……シールド板、１６……ガ
ス給気口。

Claims

【特許請求の範囲】

１少なくとも一対の磁場発生源と、この磁場発
生源内に配置される基板と、この基板に対向して
配置されるターゲツトとを備えるスパツタ装置に
おいて、前記基板の前記ターゲツトに対する背後
にて前記基板に接触あるいは近接して磁性薄板を
配置させ、前記磁性薄板は前記磁場発生源からの
磁束を通過させるとともに、その周辺に漏洩磁束
が形成される程度の薄板からなつていることを特
徴とするスパツタ装置。