JPH0754145A - スパッタリング装置および強磁性積層膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強磁性膜の異方性を制御できる量産型スパッ
タリング装置および等方的に高周波特性の優れた強磁性
積層膜の形成方法の提供。 【構成】 チャンバー７内に回転自在に設けられた多角
柱状の基板ホルダー１とこれに対向配置された磁性体タ
ーゲット３との間にマスク１０を配設する。基板ホルダ
ー１と磁性体ターゲット３との間に電圧を印加し、チャ
ンバー７内にスパッタガスを導入する。磁性体ターゲッ
ト３からのスパッタ物質によって基板の表面に磁性体膜
が形成される。スパッタ物質の基板への入射方向をマス
ク１０の開口幅Ｗの切り替えで行う。基板ホルダー１を
回転または移動させつつスパッタ形成する段階と、固定
してスパッタ形成する段階とを設けてもよい。いずれに
しても、磁性体膜の磁化容易軸方向を制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、とくに積層型磁気ヘッ
ド用磁気コアの金属磁性膜を形成するのに適したスパッ
タリング装置および強磁性積層膜の形成方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】積層型磁気ヘッドにおいては、非磁性基
板からなるベース材料の表面にセンダストやアモルファ
ス合金などの金属磁性膜を設けた磁気コアが用いられ
る。前記金属磁性膜の形成には、通常、カルーセル形式
のマグネトロン型スパッタリング装置が用いられる。

【０００３】このようなスパッタリング装置において
は、被加工物たる基板を支持した多角柱状の基板ホルダ
ーが、チャンバー内の基台上で支軸を軸として回転する
ようになっている。チャンバー内には、スパッター物質
発生源たるターゲットが基板ホルダーの基板支持面に向
き合うように配置されており、スパッタガスが導入され
る。ターゲットと基板ホルダーとの間に所定の電圧が印
加されることによって、基板の表面がターゲットからの
スパッタ物質によって膜状に覆われる。

【０００４】他方、等方的に高周波特性の優れた強磁性
膜として、図６に示すような強磁性積層膜が知られてい
る。この強磁性積層膜は、非磁性絶縁層１２を挟んで積
層された複数の強磁性薄層１３からなり、複数の強磁性
薄層１３は、その磁化容易軸方向５が隣り合うもの同士
で互いにほぼ直交するように、磁界内でスパッタ形成さ
れる。すなわち、与える磁界の方向を強磁性薄層１３ご
とに変えることによって、非磁性絶縁層１２を挟んで隣
接する強磁性薄層１３の磁化容易軸方向５を互いに交差
させている（特開昭６３−２１７５１１号公報、特開平
５−４７５５５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のスパッタリング装置では、図８の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示すように多角柱状の基板ホルダー１
が、その支軸２を軸にして回転し、かつ、磁性体ターゲ
ット３の平面的なサイズが、被加工物たる基板４と磁性
体ターゲット３との間隔に比べて大きいので、図９の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように基板４に対するス
パッタ物質の入射角が時々刻々と変化する。

【０００６】図８の（ａ）に示す位置での基板４は磁性
体ターゲット３から離れているので、図９の（ａ）に示
すようにＸ方向のスパッタ物質入射角θｘは小さく、Ｙ
方向でのスパッタ物質の入射量は少ない。ところが、基
板４が図８の（ｂ）に示すように磁性体ターゲット３の
正面に近づいてくると、図９の（ｂ）に示すようにＸ方
向のスパッタ物質入射角θｘが大きくなる。そして、図
８の（ｃ）に示すように基板４が磁性体ターゲット３と
対面する位置では、図９の（ｃ）に示すようにＸ方向の
スパッタ物質入射角θｘが大きく、Ｙ方向のスパッタ物
質入射角θｙが小さくなる。

【０００７】異方性は、スパッタ物質の入射角の大小関
係に依存して決まる。すなわち、図１０および図１１に
示すように基板４に対するＸ方向のスパッタ物質入射角
θｘが小さいとき、Ｙ方向を磁化容易軸方向５とする異
方性が生じ、基板４に対するＹ方向のスパッタ物質入射
角θｙが小さいときは、Ｘ方向を磁化容易軸方向５とす
る異方性が生じる。

【０００８】したがって、従来のスパッタリング装置に
よって形成された強磁性積層膜は、図９の（ｄ）に示す
ように基板４のＹ方向が磁化容易軸方向５となる異方性
を常に備えたものとなり、異方性の方向を制御し得ない
という課題があった。

【０００９】一方、磁界内でのスパッタ形成によって得
られた強磁性積層膜の異方性は、磁性材料がセンダスト
等の結晶材料である場合、異方性が誘導されないという
問題点がある。また、ＣｏＮｂＺｒ等のアモルファス材
料である場合は、そのキュリー温度以上で熱処理するこ
とによって、磁界により誘導された異方性は消失してし
まい、スパッタ物質の入射方向によって決まる異方性だ
けが残る。つまり、前述の例に従うと常にＹ方向を磁化
容易軸とした異方性が生じ、異方性の方向を制御し得な
いことになる。

【００１０】したがって本発明の目的は、強磁性膜の異
方性を制御することのできる量産性に富んだスパッタリ
ング装置および等方的に優れた高周波特性を有する強磁
性積層膜の形成方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成するために、スパッタガス供給源に通じるチャンバ
ーと、被加工物たる基板を支持する基板支持面を支軸に
並行な多面に有し、支軸を軸にしてチャンバー内で回転
する多角柱状の基板ホルダーと、チャンバー内に設置さ
れて、基板ホルダーの回転に伴い基板ホルダーの多面の
基板支持面に順次に対面するスパッタ物質発生源たる磁
性体ターゲットと、磁性体ターゲットと基板ホルダーと
の間に電圧を供給する電圧供給手段と、マスクとからな
り、前記マスクは前記磁性体ターゲットと前記基板ホル
ダーとの間に設置されて、前記スパッタ物質の前記基板
への入射角を制御する開口を有していることを特徴とす
るスパッタリング装置が提供される。なお、マスクの開
口寸法のうち、基板ホルダーの支軸に直交する方向の長
さが複数段に調整できる構成となし得る。

【００１２】また、請求項１に記載のスパッタリング装
置を用いて複数の強磁性薄層を、各薄層間に非磁性層を
挟んで積層形成するにさいし、マスクの開口寸法のう
ち、基板ホルダーの支軸に直交する方向の長さを少なく
とも一つの強磁性薄層ごとに切り替えることにより、強
磁性薄層の磁化容易軸方向を不同にすることを特徴とす
る強磁性積層膜の形成方法が提供される。

【００１３】また、スパッタリング装置のチャンバー内
に回転自在に設けられた多角柱状の基板ホルダーに被加
工物たる基板を支持せしめ、この基板の表面に強磁性薄
層と非磁性層とを交互に積層形成するさい、基板ホルダ
ーを回転または移動させて強磁性薄層を形成する段階
と、基板ホルダーを固定して強磁性薄層を形成する段階
とを設けることにより、少なくとも一つの強磁性薄層ご
とにその磁化容易軸方向を不同にすることを特徴とする
強磁性積層膜の形成方法が提供される。

【００１４】

【作用】本発明によると、磁性体ターゲットと軸転する
基板ホルダーとの間にマスクが設置され、このマスクの
開口がスパッタ物質の基板への入射角を制御するので、
開口寸法のうち、基板ホルダーの支軸に直交する方向の
長さを選択するだけで、スパッタ形成される強磁性薄層
の磁化容易軸方向を制御することが可能となる。

【００１５】つまり、基板ホルダーを軸転させてスパッ
タ形成した強磁性薄層でありながら、その磁化容易軸方
向を任意に選べるので、等方的に優れた高周波特性の強
磁性積層膜を、量産性を損なうことなく効率よく供給す
ることができる。

【００１６】また、基板ホルダーを回転または移動させ
て形成した強磁性薄層と、基板ホルダーを固定して形成
した強磁性薄層との組合せで、それぞれの磁化容易軸方
向を不同にするときは、マスクの開口寸法を変えずに、
つまり、マスクの有無に関係なく、基板ホルダーを移動
させたり停止させたりするだけで、等方的に優れた高周
波特性の強磁性積層膜を供給することができる。

【００１７】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面の参照により
説明する。

【００１８】図１に示すスパッタリング装置は、多角柱
状の基板ホルダー１、磁性体ターゲット３および非磁性
体ターゲット６をチャンバー７内に配設してなり、チャ
ンバー７は図外のスパッタガス発生源に通じている。基
板ホルダー１は図２に示すように、基板４を支持するた
めの基板支持面８を支軸２に並行な多面に有し、スパッ
タ動作期間中、支軸２を軸にして１ｒｐｍ程度の低速で
回転する。磁性体ターゲット３および非磁性体ターゲッ
ト６は固定されているが、回転した基板ホルダー１の多
面の基板支持面８に順次に対面できる位置を占めてい
る。磁性体ターゲット３および非磁性体ターゲット６
は、基板ホルダー１との間に電圧を供給する電源９に選
択的に接続される。

【００１９】磁性体ターゲット３と基板ホルダー１との
間にマスク１０が設置されている。

【００２０】マスク１０は、磁性体ターゲット３から蒸
発して基板ホルダー１に向かうスパッタ物質の基板４へ
の入射角を制御するための開口１１を有し、開口１１の
幅Ｗすなわち、基板ホルダー１の支軸２に直交する方向
の長さは、スライド機構等によって複数段に調整できる
ようになっている。

【００２１】図３および図４は、マスク１０の開口１１
の幅Ｗを比較的小さく設定し、基板ホルダー１を回転さ
せながらスパッタ動作させたときの、スパッタ物質の基
板４への入射方向の変化を示したものである。図３の
（ａ）、（ｂ）に示すように基板４が磁性体ターゲット
３から離れている場合、図４の（ａ）、（ｂ）に示すよ
うにＸ方向およびＹ方向のいずれからも入射成分はな
い。そして、図３の（ｃ）に示すように基板４が磁性体
ターゲット３に対向する位置では、図４の（ｃ）に示す
ように、Ｘ方向のスパッタ物質入射角θｘが大きく、Ｙ
方向のスパッタ物質入射角θｙが小さくなる。したがっ
てこの場合は、図４の（ｄ）に示すようにＸ方向が磁化
容易軸方向５となる異方性が生じる。

【００２２】図５は、マスク１０の開口１１の幅Ｗを変
化させて形成（基板ホルダー１の回転速度は約１ｒｐ
ｍ）したＣｏ系アモルファス膜を無磁界中、キュリー温
度以上の温度に熱処理した場合の異方性の変化を例示し
たものである。開口幅Ｗが小さいときは、Ｘ方向が磁化
容易軸となる異方性を生じているが、開口幅Ｗが大きく
なるに従って異方性が小さくなり、開口幅Ｗがさらに大
きくなると、今度はＹ方向が磁化容易軸となる異方性へ
と方向が逆転する。つまり、マスク１０の開口幅Ｗに依
存して、スパッタ物質の基板４への入射角および入射方
向が変化することが分かる。本例ではＷ＝９５ｍｍのと
き、異方性の小さい等方膜が形成される。

【００２３】このように、カルーセル形式のスパッタリ
ング装置であっても、マスクを設置してその開口幅を変
えるだけで、異方性の方向および大きさを任意に制御す
ることができる。したがって、等方的に高周波特性の優
れた強磁性積層膜を得るべく非磁性絶縁層１２を挟んで
複数の強磁性薄層１３を積層形成するさいに、マスクの
開口幅を薄層ごとに切り替えるだけの操作で図６に示す
ような強磁性積層膜、つまり、強磁性薄層１３の磁化容
易軸方向５が互いにほぼ直交した強磁性積層膜を得るこ
とができる。

【００２４】上述のように基板に斜めに入射したスパッ
タ物質により形成された強磁性膜に生じる異方性は、当
該強磁性膜のコラム形状等の形状による異方性であるの
で、キュリー温度以上の熱処理によって消失することな
く安定した特性となる。

【００２５】本例で用いた磁性体ターゲット３の平面的
サイズは１２５ｍｍ×３７５ｍｍである。また、磁性体
ターゲット３と基板ホルダー１との相互間隔は５０ｍｍ
であるが、前記相互間隔や基板ホルダー１の回転速度を
変えることによって、強磁性薄層１３の異方性の大きさ
を変えることができる。非磁性ターゲット６は強磁性積
層膜の形成時に非磁性絶縁層１２の素材となるもので、
ＳｉＯ₂ 等からなる。

【００２６】基板ホルダー１の基板支持面８上に基板４
を装着し、基板ホルダー１を回転させながらＣｏ系アモ
ルファスからなる強磁性薄層１３およびＳｉＯ₂ からな
る非磁性絶縁層１２を基板４上に交互にスパッタ形成
し、図６に示すような強磁性積層膜を形成した。強磁性
薄層１３をスパッタ形成するさいに、マスク１０の開口
幅Ｗを８０ｍｍと１２０ｍｍとに交互に切り替えたとこ
ろ、非磁性絶縁層１２を挟んで隣接する強磁性薄層１３
の磁化容易軸方向５はほぼ直交したものとなった。

【００２７】このようにして得られた強磁性積層膜の初
透磁率の周波数特性（各強磁性薄層の異方性磁界Ｈ_k は
７０Ａ／ｍ）を図７の曲線（ａ）に示す。この強磁性積
層膜は、膜面内のすべての方向においてほぼ同一の特性
を示す等方性である。各強磁性薄層１３の層厚は２μ
ｍ、各非磁性絶縁層１２の層厚は０．２μｍ、層数は１
０である。

【００２８】図７の曲線（ｂ）は、マスク１０の開口幅
Ｗを９５ｍｍに固定し、基板ホルダー１を回転させなが
らスパッタ形成した従来の強磁性積層膜（各強磁性薄層
の異方性磁界Ｈ_k は０Ａ／ｍ）の初透磁率の周波数特性
である。

【００２９】このように、強磁性積層膜１３の形成にお
いてマスクの開口幅Ｗを変化させ、非磁性絶縁層１２を
挟んで隣接する強磁性薄層１３の磁化容易軸方向５を互
いにほぼ直交させると、強磁性積層膜の高周波特性を等
方的に向上させることができる。これは強磁性積層膜を
構成する強磁性薄層１３の異方性磁界を増加させたこと
により、自然共鳴周波数がより高い周波数側にシフトし
たためである。また、本実施例で形成された強磁性積層
膜の周波数特性は、強磁性膜であるＣｏ系アモルファス
膜のキュリ−温度以上で熱処理をくり返しても、ほぼ安
定した特性を示すことが確認された。

【００３０】上述した実施例では、基板ホルダー１を回
転させながら強磁性薄層１３をスパッタ形成したが、基
板支持面８上の基板４を磁性体ターゲット３に対向する
位置で往復移動させつつスパッタ形成することもでき
る。しかし、基板４の必要枚数がごく少量の場合に適用
できても、量産には適しない。

【００３１】本発明の他の実施例では、図１に示すスパ
ッタリング装置のマスク１０を全開にした状態で、また
はマスク１０を全く使用せずに、強磁性積層膜を形成す
る。

【００３２】ただし、基板ホルダー１を回転または移動
させながらスパッタ形成した強磁性薄層１３と、基板ホ
ルダー１を所定位置に固定してスパッタ形成した強磁性
薄層１３とが非磁性絶縁層１２を介して積層するように
構成される。

【００３３】基板ホルダー１を固定して強磁性薄層１３
をスパッタ形成する段階での基板４は、磁性体ターゲッ
ト３に向き合う位置で停止させる。本例においてもＣｏ
系アモルファスからなる磁性薄層１３の各層厚を２μ
ｍ、ＳｉＯ₂ からなる非磁性絶縁層１２の各層厚を０．
２μｍとし、層数は１０とした。得られた強磁性積層膜
は先の実施例におけると同様、図７の曲線（ａ）に示す
ような等方的に優れた高周波透磁率を有していた。ま
た、Ｃｏ系アモルファス膜のキュリー温度以上の温度で
熱処理をくり返しても、ほぼ安定した特性を示した。マ
スク１０を使用するときは、その開口幅Ｗを９５ｍｍ以
上に設定することができる。基板ホルダー１を回転また
は移動させて強磁性薄膜１３をスパッタ形成する段階で
の基板４は磁性体ターゲット３の前方で往復移動させて
もよい。

【００３４】上述した実施例においては、各強磁性薄層
１３の磁化容易軸方向５を非磁性絶縁層１２を挟んで交
互に変化させたが、磁化容易軸方向５が同一の強磁性薄
層１３を数層ずつまとめて、その積層膜の磁化容易軸方
向が互いに交差するように配置しても、等方的に優れた
高周波透磁率の強磁性積層膜を得ることができる。な
お、強磁性薄層１３の異方性磁界の大きさは、スパッタ
時のスパッタパワーや、スパッタガス圧によって制御す
ることができる。

【００３５】上述の実施例では強磁性材としてＣｏ系ア
モルファスを用いたが、そのほかセンダスト、Ｃｏ系窒
化膜、Ｃｏ系超構造窒化膜、Ｆｅ系窒化膜等を用いても
上述と同様の効果が得られることを確認している。更に
上述した実施例では、非磁性層として非磁性絶縁層１２
を用いたが、積層膜の総膜厚が薄く、渦電流損失が少な
い場合は、特に絶縁体である必要がない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によると、強磁性膜
の熱的に安定した異方性を制御することが可能となり、
等方的な高周波特性の優れた強磁性積層膜を効率よく量
産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるスパッタリング装置
を真上からみた概略図。

【図２】基板ホルダーとこれに支持された基板との相関
を示す斜視図。

【図３】本発明の一実施例における基板ホルダーとマス
クと磁性体ターゲットとの相関を示す略図。

【図４】本発明の一実施例における動作説明図。

【図５】本発明の一実施例におけるスパッタリング装置
のマスクの開口幅に依存して変化する異方性の大きさお
よび方向を示す特性図。

【図６】強磁性積層膜の概念図。

【図７】本発明によって形成された強磁性積層膜の初透
磁率の周波数特性図。

【図８】従来のスパッタリング装置の基板ホルダーとタ
ーゲットとの相関を示す略図。

【図９】従来のスパッタリング装置の動作説明図。

【図１０】スパッタ物質の入射方向と磁性膜に生じる異
方性との関係を示す概念図。

【図１１】スパッタ物質の入射方向と磁性膜に生じる異
方性との関係を示す概念図。

【符号の説明】

１ 基板ホルダー ２ 支軸 ３ 磁性体ターゲット ４ 基板 ５ 磁化容易軸方向 ６ 非磁性体ターゲット ７ チャンバー ８ 基板支持面 ９ 電源 １０ マスク １１ 開口 １２ 非磁性絶縁層 １３ 強磁性薄層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタガス供給源に通じるチャンバー
   と、 被加工物たる基板を支持する基板支持面を支軸に並行な
   多面に有し、支軸を軸にしてチャンバー内で回転する多
   角柱状の基板ホルダーと、 チャンバー内に設置されて、基板ホルダーの回転に伴い
   基板ホルダーの多面の基板支持面に順次に対面するスパ
   ッタ物質発生源たる磁性体ターゲットと、 磁性体ターゲットと基板ホルダーとの間に電圧を供給す
   る電圧供給手段と、 マスクとからなり、 前記マスクは前記磁性体ターゲットと前記基板ホルダー
   との間に設置されて、前記スパッタ物質の前記基板への
   入射角を制御する開口を有していることを特徴とするス
   パッタリング装置。
2. 【請求項２】 マスクの開口寸法のうち、基板ホルダー
   の支軸に直交する方向の長さが複数段に調整できること
   を特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のスパッタリング装置を
   用いて複数の強磁性薄層を、各薄層間に非磁性層を挟ん
   で積層形成するにさいし、マスクの開口寸法のうち、基
   板ホルダーの支軸に直交する方向の長さを少なくとも一
   つの強磁性薄層ごとに切り替えることにより、強磁性薄
   層の磁化容易軸方向を不同にすることを特徴とする強磁
   性積層膜の形成方法。
4. 【請求項４】 スパッタリング装置のチャンバー内に回
   転自在に設けられた多角柱状の基板ホルダーに被加工物
   たる基板を支持せしめ、この基板の表面上に強磁性薄層
   と非磁性層とを交互に積層形成するさい、基板ホルダー
   を回転または移動させて強磁性薄層を形成する段階と、
   基板ホルダーを固定して強磁性薄層を形成する段階とを
   設けることにより、少なくとも一つの強磁性薄層ごとに
   その磁化容易軸方向を不同にすることを特徴とする強磁
   性積層膜の形成方法。
5. 【請求項５】 非磁性層を挟んで隣接する強磁性薄層の
   磁化容易軸方向を互いに交差させることを特徴とする請
   求項３または４記載の強磁性積層膜の形成方法。