JPH0397210A - 膜形成装置及びこれを用いて形成した磁性膜 - 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】 本発明は膜形成装置に係り、特に内部応力の少ない磁性
膜を作製する膜形成装置に関する。

【従来の技術】

近年、磁気記録技術の発展は著しく、記録密度の向上が
進められている。記録密度を高くするためには高保磁力
の記録媒体を使用する必要があり、また高保磁力の記録
媒体を磁化するためには、高飽和磁束密度を有する磁極
材料が必要となる。このため，記録媒体では磁性粒子を
塗布した塗布媒体からＣＯ系の薄膜媒体に替わりつつあ
る。また、磁気ヘッドでは、従来のフエライトなどのバ
ルク材料に代ってＮｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ）やＣＯ
系非晶質合金薄膜が磁極材料として使われ始めている。 さらに、光磁気記録媒体も薄膜で形成されている。 例えば、磁気ヘッド材料は高飽和磁束密度であるほかに
、記録再生効率の向上の点から高透磁率を有することが
必要とされる。また、磁気ヘッドを形成する工程におけ
る剥離等を防止し、高透磁率を保持するため、磁性膜中
に存在する内部応力は少ないことが要求される。 このような磁性材料としては特開昭６２−２１０６０７
６および電子通信情報学会ＭＲ８８−５５（平或元年３
月２２日）に示されているように、Ｆｅ，Ｇｏ，Ｎｉ，
Ｍｎより選ばれる金属にＮｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆ
，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏと窒素を同時に添加した材料が報告さ
れている。 また、この材料の作成方法は所定の組威を有する金属タ
ーゲットをアルゴンと窒素の混合ガスをスパッタリング
ガスとして用いて高周波スパッタノングする方法である
。この報告によればスパッタリングガス中の窒素濃度を
変調して窒化層と非窒化層を交互に積層することにより
、飽和磁束密度１．５Ｔ、保磁力１　０ｅ以下の特性を
持つ膜が得られている。 また，さらに高い飽和磁束密度を有する磁性膜としては
飽和磁束密度２．０Ｔ前後のＦｅ，Ｆｅ−Ｃ，Ｆｅ−Ｎ
等の材料があり、これらはおもにイオンビームスパッタ
リング法によって形威されている．

【発明が解決しようとする課題】

本発明者らはＦｅ−Ｎｂ系材料をアルゴンと窒素の混合
ガス中でスパッタリングし、上述した報告の追試実験を
おこなった。この結果、保磁力は報告の通り、得られた
膜を４００から６００℃で熱処理することにより、１　
００以下の低い値を示すことが確認された。しかし、本
発明者らはこの実験の中で、得られた磁性膜の耐食性が
必ずしも十分とは言えず、この原因が磁性膜に混入した
不純物にあることを見出した。 また、不純物が混入する原因は膜形成時の真空度が低く
、残留ガスの存在下で膜が形成されたことと、プラズマ
が膜形成容器内に発生することにより、容器内壁をスパ
ッタしたことによるものと推察された。また、この実験
ではスパッタリング中に間歇的に窒素ガスを導入しなれ
ればならなかったが、一定のスパッタリングガス圧力を
保ちながら間歇的に窒素ガスを導入する作業は煩雑であ
った． 一方、イオンビームスパッタリング法で形成した磁性膜
には大きな圧縮応力が加わっていることがｗｔ察され、
磁気ヘッドを形成するプロセス中に膜がしばしば剥離す
ることがあった。この原因はイオンビームスパッタリン
グ法により膜を形成する際にスパッタリングガスが膜中
にイオン打ち込みされることによって生ずることが予想
された。 また、このスパッタリングガスの混入量が増加した場合
は膜の充填密度が減少するため、磁性膜の飽和磁束密度
が減少することが確認された。 したがって、本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を
解消する新規な膜形成装置、特に高純度、高密度、低内
部応力の膜を作製することができる膜形成装置を提供す
ることにある。さらに、この装置を用いて作製した高純
度、高密度、低内部応力の磁性膜を提供することにある
。 ［課題を解決するための手段】 本発明者らは上述の問題点を解決するために、鋭意研究
を続けてきたが、イオンビームスパッタリング機構とＥ
ＣＲプラズマ照射機構を備えた膜形成装置を用いて磁性
膜を作製することにより，高純度、高密度、低内部応力
の磁性膜が作製できることを見出した。 さらに詳しくは、ＥＣＲプラズマ照射機構がイオンビー
ムスパッタリング機構により膜を被着形成する基板ホル
ダー部の方向に向けられていることが望ましい。 また、この方法で作製した磁性膜が磁気記録用磁気ヘッ
ド材料、磁気記録用記録媒体、光磁気用記録媒体として
有効なことが明らかになった。 本発明の膜形成装置は膜形成中にＥＣＲプラズマ照射機
構によってプラズマを基板に照射しながら膜を形戒する
ことができるほか、膜形成直前に基板をプラズマクリー
ニングすることもできる。 また，スバッタターゲットとして数種類の原料を装填す
ることにより数種類の原料を同時にスパッタリングする
ことができるほか、２種類以上の原料を交互にスパッタ
リングを繰り返して積層膜を形成することもできる。 ［作用ｌ 上述のように、イオンビームスパッタリング機構とＥＣ
Ｒプラズマ照射機構を備えたことを特徴とする膜形成装
置を用いて磁性膜を作製することにより、高純度、高密
度、低内部応力の磁性膜が作製できることを見出した。 本発明者らが検討した結果によれば、イオンビームスパ
ッタリング法によって形威した膜は従来の膜形成法であ
る高周波スパッタリング法に比べて純度の高い膜が得ら
れ、この結果磁性膜の耐食性が向上することが明らかに
なった。従来法では膜形成時の真空度が低く、残留ガス
の存在下で膜が形成されたことと、プラズマが膜形成容
器内に発生することにより容器内壁をスパッタしたこと
により不純物が混入するものと推察された。 これに対し、イオンビームスパッタリングでは真空度が
従来法に比べて約２桁高いことから残留ガスの影響は少
なく、さらに容器内のプラズマ発生もないことから不純
物の混入が少ないことが確認された。ＥＣＲプラズマ照
射を行って膜形成を行う場合は容器内にプラズマが照射
されるが，これによる真空度の低下はほとんど認められ
なかった。また、照射されるプラズマは基板の方向を向
いているため、容器内壁をスパッタすることによる不純
物の混入も存在しなかった。 一方、ＥＣＲプラズマ照射を行って形成した膜はスパッ
タされた蒸着粒子に熱エネルギーに代わる運動エネルギ
ーを与えるため，形成される膜中に生ずる内部応力を軽
減する効果をもつことが明らかになった。特に、イオン
ビームスパッタリング法で形威した膜には大きな圧縮応
力が加わり易いが、ＥＣＲプラズマ照射を行って形成し
た膜の内部応力は小さいことが確認された。 さらに、ＥＣＲプラズマ照射を行って形成した膜は運動
エネルギーのために膜中の欠陥が少なく、この結果，充
填密度の高い膜が得られることが明らかになった。従っ
て、磁性膜においては飽和磁束密度の高い膜が得られる
ことが特徴である。 また、ＥＣＲプラズマ照射するプラズマガスはイオンビ
ームスパッタリングのガスと異なるものでも良く、従っ
て、酸素、窒素、炭素，硼素等を

【実施例１ 以下に本発明の実施例を挙げ、図表を参照しながらさら
に具体的に説明する。 ［実施例１］ Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを主或分とする強磁性膜の形成を本発
明の膜形成装置を用いてガラス基板上に行った。第１図
に本実施例で使用した装置の概要を示す。本実施例の装
置は，イオンガン４が１台設備されており、ターゲット
ホルダ６上のターゲット７のスパッタリングを行い、ス
パッタ粒子を基板ホルダ１０上の基板（図示酩）に被着
させることができる。また、基板に向けてＥＣＲプラズ
マ発生部５とガス導入部９からなる照射機構が設備され
ており、基板のクリーニングおよび膜形成時のプラズマ
照射等を行うことができる。この装置のターゲットホル
ダーは回転式であり、最大４種類のターゲットを装填で
き、このうち任意のターゲットを選択してスパッタリン
グすることができる。したがって、これらのターゲット
材料から構威される任意の単層膜および積層膜を形成す
ることができる．この方法でＦａ，Ｃｏ，Ｎｉを主或分
とする強磁性膜とその酸化物、窒化物、炭化物もしくは
硼化物の膜を作製した。イオンビームスパッタリングは
以下の条件で行った。 イオン化ガス・・・・・・Ａｒ 装置内Ａｒガス圧力・・・・・・２−５Ｘ１０＋２Ｐａ
イオンガン加速電圧・・・・・・１２００Ｖイオンガン
イオン電流・・・・・・１２０ｍＡターゲット基板間距
離・・・・・・１３０ｍｍ基板温度・・・・・・５０〜
１００℃ 基板に向けたＥＣＲプラズマの照射は以下の条件で行っ
た。プラズマ照射ガスはＡｒとした。 マイクロ波周波数・・・・・・２．４５ＧＨｚマイクロ
波印加磁界・・・・・・８７５Ｇマイクロ波入力・・・
・・・１００〜２０ＯＷ本実施例では膜厚０．５〜２μ
ｍの強磁性金属膜および酸素、窒素，炭素、硼素が添加
された強磁性膜を作製した。 得られた膜は３００℃から５００℃の範囲でＡ特性評価
，Ｘ線回折による結晶学的評価、分析による不純物の評
価、内部応力の測定、塩水噴霧試験による耐食性の評価
を行った。 第１表にこの結果を示す。なお、内部応力は膜を形成し
たことによって生じたガラス基板の変形を表面粗さ計を
用いて測定し，これから算出した。 塩水噴震試験は０．５％ＮａＣｌ水溶液を間歇的に噴舞
しながら３０℃に保持し、腐食による磁性膜の飽和磁化
の減少量を測定し、減少量が１０％に達した時を耐食日
数とした。表中、磁性膜中のＣおよびＮはターゲットに
炭化物、窒化物を用いて添加した。磁性膜の組戊は膜形
成時のターゲットの組或を示す． 第１表からわかるように、得られた膜の飽和磁束密度は
Ｎｉの０．５ＴからＦｅの２．１Ｔまで各々のバルク材
料のもつ飽和磁束密度に極めて近い値を示した．また，
内部応力は−２．４Ｘ１０ｌ　Ｎ　／　ｍ　２から７．
２Ｘ１０”Ｎ／ｍ”の圧縮応力を示し、耐食日数は３０
日から８６日であった．なお、従来法である高周波スパ
ッタリング装置およびデュアルイオンビームスパッタリ
ング装置で形成した膜も同様に評価した。 この結果，高周波スパッタリング装置で形成したＦｅ，
Ｇｏ，Ｎｉは−２　〜３　Ｘ　１　０”Ｎ／ｍ”の内部
応力を示し．本発明の装置で形威した磁性膜とほぼ同様
の内部応力であった。 しかし，耐食性を調べてみると耐食日数は１０〜２０日
であり、本発明の装置で形成した磁性膜に比較して大幅
に劣ることが明らかになった．また、デュアルイオンビ
ームスパッタリング装置で形成したＦｅ，Ｇｏ，Ｎｉは
基板を照射するイオンガンの加速電圧を５００Ｖとして
膜を形成した結果、飽和磁束密度はＦｅが１．９Ｔ．Ｃ
ｏが１．４５Ｔ．Ｎｉが０．４５Ｔの値を示し、第１表
に示した本発明の装置で形成した磁性膜の飽和磁束密度
より低い値であった。 また，この膜の内部応力は−３〜４Ｘ１０’Ｎ／ｍ　ｔ
の大きな圧縮応力を示し、本発明の装置で形成した磁性
膜の値より１桁増加した。但し、デュアルイオンビーム
スパッタリング装置で形戊した各種磁性膜の耐食日数は
４０日から９０日と本発明の装置で形成した磁性膜とほ
ぼ同様な耐食性を示すことが確認された。 以上示したように、本発明の装置で形威した磁性膜は従
来法である高周波スパッタリング装置およびデュアルイ
オンビームスパッタリング装置で形成した膜に比べて、
飽和磁束密度、内部応力、耐食性の総合的評価において
優れていることが明らかになった。 ここで、高周波スパッタリング装置で形成した磁性膜の
耐食性が劣る理由は膜中の不純物濃度が高いことによる
ものと推察される。また、デュアルイオンビームスパッ
タリング装置で形威した膜の飽和磁束密度が低く、内部
応力が大きい理由は高エネルギーで加速されたＡｒイオ
ンがターゲットで反射されて膜中に打ち込まれることと
、基板をイオン照射するＡｒイオンが直接膜中に打ち込
まれることにより、膜に欠陥および圧縮応力が生ずるこ
とによるものと考えられる。欠陥が発生すると、膜の充
填密度が減少するため、飽和磁束密度も減少することに
なる。 本発明の装置はこれらの従来法で形成した磁性膜のもつ
欠点を解消して総合的に優れた磁性膜を作製することが
可能である。 ［実施例２コ 実施例１において磁性膜中の炭素，硼素，窒素をそれぞ
れ炭化物、硼化物、窒化物ターゲットを用いて添加する
のではなく、ＥＣＲプラズマ照射用ガス種を純Ａｒから
それぞれＣＨ４．　Ｂ２Ｈ，、Ｎ２を混合したＡｒに替
えることによって添加した。また、Ａｒに０２を添加し
た混合ガスを用いて膜中に酸素も添加した．第２表に示
す磁性膜の組或は膜形成後にＥＰＭＡ（エレクトロン　
マイクロ　プローブ　アナリシス：ＥｌｅｃｔｒｏｎＰ
ｒｏｂｅ　　Ｍｉｃｒｏ　　Ａｎａｌｙｓｉｓ）法によ
って測定した値である．炭素、硼素、窒素の添加量はそ
れぞれ第２表に示すように実施例１に比べて増加させた
。このとき、膜の形戊速度は炭化物、硼化物、窒化物タ
ーゲットを用いて膜形成を行った場合に比べて増加した
。これは炭化物、硼化物，窒化物ターゲットのスバッタ
レートより金属ターゲットのスパッタレートの方が速い
ことによるものと考えられる。他の膜形成条件は実施例
１と同様にした。 得られた膜は３００℃から５００℃の範囲でＡｒガス中
で１時間の熱処理をし、各々の膜の磁気特性評価，Ｘｌ
ｉＡ回折による結晶学的評価，分析による不純物の評価
、内部応力の測定、塩水噴霧試験による耐食性の評価を
行った。 第２表からも明らかなように、得られた磁性膜の飽和磁
束密度は実施例１で示したと同様に高い値を示した。ま
た，その内部応力は２．８〜６．２Ｘ１０”Ｎ／ｍ”と
低い値を示した。さらに、耐食日数は３３日から８０日
の値を示し、耐食性にも優れていることを示した。 以上示したように、炭素、硼素、窒素、酸素の添加をＥ
ＣＲプラズマ照射によって行った結果，膜形成速度が速
くなり、得られた膜も総合的に優れたものであることが
確認された。 ［実施例３］ 実施例１において磁性膜を第３表に示す強磁性膜と中間
層からなる積ＭＪＩＩに替え、強磁性膜の結晶粒の微細
化を行い，その軟磁気特性の向上を図った・ 積層膜の形成はターゲットホルダーに固定した２種類の
ターゲットを交互にスパッタすることによって行なった
．また、他の方法は１種類のターゲットだけを使用して
、ＥＣＲプラズマのガス種を間歇的に変えて多層化を図
った。例えば，ＦｅとＦｅ，。Ｃ１。からなる積層膜は
Ｆｅターゲットを連続してスパッタしている最中にＥＣ
ＲプラズマのＡｒガスにＣＨ４を間歇的に混合すること
によって形威した． 得られた結果を第３表に示す。保磁力、結晶粒径は５０
０℃で１時間の熱処理を行ったのちに測定した値である
６なお，結晶粒径はＸｇＡで測定した回折線の半値幅か
ら求めた。この結果、本発明の装置によって作製した積
層膜は保磁力１．１０ｅ以下の優れた軟磁気特性を持つ
強磁性膜になることが明らかになった．また、このとき
の結晶粒径は２００λ以下に保たれていることが確認さ
れた。 ５００℃で熱処理を行った積層膜の断面構造を電子顕微
鏡によってｗ４察した結果、熱処理後も積層構造は保た
れており、積層構造が強磁性金属膜の結晶粒の成長を抑
制していることが確認された．さらに、本発明者らはこ
れらの強磁性金属積層膜を高分解能ＥＰＭＡ法によって
分析した結果、添加した炭素もしくは硼素の場所には強
磁性膜に添加した金属も集まってきており、炭化物や硼
化物が形成されていることが推察された。この炭化物や
硼化物の形成は磁性膜の耐熱性を向上させているものと
推察される。 ［実施例４］ 実施例１から３で得られた強磁性膜を用いてメタルイン
ギャップ型ヘッドの磁極を作製し、高密度磁気記録装置
のヘッドとして評価した。基板はＭ　ｎ　−　Ｚ　ｎフ
ェライト、磁性膜膜厚は５μｍ、ギャップは０．３μｍ
である。ヘッド形成時のガラスボンディング温度は５２
０’Ｃである。使用した媒体は保磁力が１５００　　０
ｓであった。この結果、Ｆｅ系強磁性膜をヘッドの磁極
に用いたヘッドの記録特性は従来のセンダストヘッドに
比べて４．６ｄＢ向上し，再生出力は約３　　ｄＢ高か
った。また、Ｆｓ系強磁性膜をヘッドの磁極に用いた場
合は１００ｋＢＰＩ以上の記録密度を得ることができた
。これはＦｅ系強磁性膜の飽和磁束密度が他の材料に比
べて高いことによるものである。 ［発明の効果】 以上詳細に説明したごとく、本発明による膜形成装置は
イオンビームスパッタリング機構とＥＣＲプラズマ照射
機構を備えたことにより、従来技術の欠点を解消し、特
に高純度，高密度、低内部応力の膜を作製することがで
きる。さらに、この装置を用いて作製した高純度、高密
度、低内部応力の磁性膜は高飽和磁束密度、高耐熱性を
示す６また、この方法で作製した磁性膜が磁気記録用磁
気ヘッド材料、磁気記録用記録媒体、光磁気用記録媒体
として有効なことが明らかになった。 本発明の膜形成装置は膜形成中にＥＣＲプラズマ照射機
構によってプラズマを基板に照射しながら膜を形成する
ことができるほか、膜形成直前に基板をプラズマクリー
ニングすることもできる。 また、スパッタターゲットとして数種類の原料を装填す
ることにより数種類の原料を同時にスパッタリングする
ことができるほか、２種類以上の原料を交互にスパッタ
リングを繰り返して積層膜を形成することもできる。さ
らに．ＥＣＲプラズマ照射機構のプラズマガスを間歇的
に異なるガス種に変えることによっても積層膜を形成す
ることができる。この結果、積層することにより、さら
に軟磁気特性の優れた膜を得ることができ、磁気ヘッド
の記録再生特性および記録密度を向上させることができ
る。 一方、この高飽和磁束密度膜を磁気記録装置の磁気ヘッ
ドに用いた場合、とくにＦｅ系強磁性膜をヘッドの磁極
に用いた場合は１００ｋＢＰＩ以上の記録密度を得るこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜形戒装置の１実施例を示す図である
。 符号の説明

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．同一の真空容器に少なくとも１台のイオンビームス
   パッタリング機構と少なくとも１台のＥＣＲプラズマ照
   射機構を備えたことを特徴とする膜形成装置。
2. ２．請求項１記載のＥＣＲプラズマ照射機構がイオンビ
   ームスパッタリング機構により膜を被着形成する基板ホ
   ルダー部の方向に向けられていることを特徴とする膜形
   成装置。
3. ３．請求項１もしくは２記載の膜形成装置を用いて作製
   したことを特徴とする高純度、高密度、低内部応力の磁
   性膜。
4. ４．請求項３記載の磁性膜が磁気記録用磁気ヘッド材料
   、磁気記録用記録媒体、光磁気用記録媒体であることを
   特徴とする磁性膜。