JPH11200041A - 多元マグネトロンスパッタリング装置およびこれに用いるカソード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜厚分布および膜質が良好な磁性／非磁性薄
膜混在積層膜を堆積することの出来る多元マグネトロン
スパッタリング装置、およびこれに用いるカソードを提
供する。 【解決手段】 磁性ターゲット１１用の第１のカソード
４３と、非磁性ターゲット１２用の第２のカソード４１
（４２）とを有する多元マグネトロンスパッタリング装
置において、第２のカソードの非磁性ターゲット１２と
マグネット３との間に、非磁性ターゲット１２に接して
第１の磁性体５１を配置し、非磁性ターゲット１２の表
面における漏れ磁界の強度を磁性ターゲット１１の表面
のそれと実質的に等しくなるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜製造装置に係
り、特に複数のスパッタリング用ターゲットを有する多
元マグネトロンスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハードディスク等における磁気記
録再生装置の高密度化が進み、このような高密度を達成
するためには、従来の誘導型ヘッドに代わって記録再生
分離型の複合磁気ヘッドが必要とされている。即ち、再
生ヘッド部には、媒体の磁束を直接検出する異方性磁気
抵抗効果（ＡＭＲ）やスピンバルブ巨大磁気抵抗効果
（ＳＶ−ＧＭＲ）等を用いた磁気抵抗効果型ヘッドの採
用が必須となってきている。

【０００３】このような磁気抵抗効果膜を用いた機能素
子は、従来になく薄い磁性膜，非磁性膜を混在させて積
層して形成する。特にＳＶ−ＧＭＲ効果を用いるスピン
バルブ素子は、膜相互の原子スピンレベルの相互作用や
交換結合磁界などを直接利用する高機能素子である。こ
のスピンバルブ素子を量産するためには、数原子レベル
の膜厚制御を３−６インチ径のウェハ全域で行う必要が
ある。したがって、スピンバルブ素子の製造に際して
は、高い到達真空度において、連続的な多層膜堆積技術
が必須となる。この連続的な積層膜形成のためには、同
一真空槽（チャンバー）内に３から６個の複数のカソー
ド（ターゲット）を設けた多元スパッタリング装置で成
膜形成することが必要となる。多元スパッタリング装置
としては、結晶配向性やウェハ上の膜が成膜中のプラズ
マの影響を受けないなどの要求から、カソードにマグネ
ットを設けたいわゆるマグネトロンスパッタリング装置
が一般には用いられている。

【０００４】このマグネトロンスパッタリング装置で
は、スパッタリング用ターゲット（以下において単に
「ターゲット」と称する）の表面に所定の直交電磁界
（Ｅ×Ｂ）を形成するために、ターゲットの近傍にマグ
ネット（永久磁石）が配置される。記録再生分離型の複
合磁気ヘッドには、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅに代表される磁
性体ターゲットを用いることから、通常マグネトロンス
パッタリング装置のカソードに用いるマグネットはＢＨ
エネルギー積の大きい稀土類Ｃｏ磁石、ＮｄＦｅＢ系磁
石を用いる。そして、従来の多元マグネトロンスパッタ
リング装置で磁気抵抗効果積層膜を成膜する場合、複数
の磁性，非磁性ターゲットに関係なく同じ構造，材質の
磁石を用いたカソードを複数個チャンバー内に配置して
積層成膜している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】磁気ヘッドの出力のば
らつきの抑制や、ノイズの低減等の磁気抵抗効果膜を用
いた積層膜磁気変換素子の性能向上には、ウェハ有効領
域全体での原子レベルの膜厚の制御性が要求され、さら
に良好な結晶性と、膜厚および結晶性に対する均質性が
必要とされている。即ち、マグネトロンスパッタリング
法による成膜レベルでの膜厚や結晶性の向上が、積層膜
磁気変換素子の性能向上のキーテクノロジーとなる。し
かしながら、これらの積層膜磁気変換素子の性能の更な
る向上を図るという目的を鑑みると、従来の磁性／非磁
性混在積層膜は、膜厚分布並びに素子特性がウェハ上で
均質でないため、これらの目的にかなう多元マグネトロ
ンスパッタリング装置が待望されている。

【０００６】本発明の目的は、３−６インチ等の一定の
口径のウェハ上で膜厚が一様な、磁性／非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置を提供することである。

【０００７】本発明の他の目的は、ＡＭＲ効果やＳＶ−
ＧＭＲ効果等の特性に優れた磁性／非磁性混在積層膜の
成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置
を提供することである。

【０００８】本発明のさらに他の目的はＡＭＲ効果やＳ
Ｖ−ＧＭＲ効果等の特性の分布が均質な磁性／非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置を提供することである。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、一定の口径の
ウェハ上で膜厚が一様な、磁性／非磁性混在積層膜の成
膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置に
用いるカソードを提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、ＡＭＲ効果やＳＶ−
ＧＭＲ効果等の特性に優れた磁性／非磁性混在積層膜の
成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置
に用いるカソードを提供することである。

【００１１】本発明の他の目的はＡＭＲ効果やＳＶ−Ｇ
ＭＲ効果等の特性の分布が均質な磁性／非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置に用いるカソードを提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、均質で、高性
能な積層膜磁気変換素子を実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴は、真空排気可能なチャンバー
と、このチャンバー内に配置された、第１の磁性ターゲ
ット用の第１のカソードと、非磁性ターゲット用の第２
のカソードとを少なくとも具備する多元マグネトロンス
パッタリング装置であることである。ここで、第１のカ
ソードは、第１の磁性ターゲットと第１のマグネットと
を少なくとも有している。また第２のカソードは、非磁
性ターゲットと、第２のマグネットと、非磁性ターゲッ
トと第２のマグネットとの間に挿入された第１の磁性体
とを少なくとも有し、第１のカソードと同一のチャンバ
ー内に配置されている。本発明の第１の特徴において
は、第１のカソードと第２のカソードは互いにその構造
が異なる。一般に同一構造のマグネトロンスパッタリン
グ用のカソードに磁性ターゲットおよび非磁性ターゲッ
トを配置した場合は、非磁性ターゲット表面上の漏れ磁
界の強度は、磁性ターゲットのそれよりもはるかに大き
くなる。たとえば磁性ターゲットとしてＦｅ板を、非磁
性ターゲットとしてＳｉ板を用いた場合はＦｅ板上の漏
れ磁界強度を１００エルステッド（Ｏｅ）とすればＳｉ
板上の漏れ磁界強度は２０００Ｏｅ程度となる。本発明
の第１の特徴によれば非磁性ターゲットとマグネットと
の間に第１の磁性体を挿入することにより非磁性ターゲ
ット表面上の漏れ磁界強度を磁性ターゲット表面上のそ
れと実質的に等しくできる。上述の例では、Ｆｅ板上と
Ｓｉ板上での漏れ磁界強度を共に１００Ｏｅとすること
ができる。

【００１４】同じ磁性体ターゲットであっても透磁率や
磁化率は異なる。したがって、同一のターゲット・マグ
ネット間距離で、異なる材料の磁性ターゲット（第１，
第２、第３，…の磁性ターゲット）をマグネットの磁界
内に配置されれば、ターゲット表面での漏れ磁界の強度
はそれぞれ異なる。このため、本発明の第１の特徴にお
いて、第２の磁性ターゲット、第３のマグネット、およ
び第２の磁性ターゲットと第３のマグネットの間に挿入
された第２の磁性体とを少なくとも有する第３のカソー
ドを、上述のチャンバー内にさらに配置して、第１の磁
性ターゲット、第２の磁性ターゲットおよび非磁性ター
ゲット面上の所定の位置における磁界分布を実質的に同
じであるように調整することが好ましい。すなわちター
ゲット面上の漏れ磁界の強度が最も弱いカソード（第１
のカソード）を除いて他のカソード（第２，第３，…の
カソード）の磁性ターゲット，非磁性ターゲットとマグ
ネットとの間に所定の厚み又は透磁率の磁性体を配置
し、それぞれの漏れ磁界の強度を実質的に等しく調整す
ればよい。たとえば、第１の磁性体と第２の磁性体との
厚みを異なるようにすることにより第１の磁性ターゲッ
ト，第２の磁性ターゲット，および非磁性ターゲットの
表面での漏れ磁界の強度が実質的に等しくなるようにで
きる。

【００１５】このように各ターゲット表面における磁界
分布が実質的に同一となるので、スパッタリングにより
堆積された薄膜の分布が改善される。さらに磁性膜と非
磁性膜とが混在する多層構造の積層膜磁気変換素子のＡ
ＭＲ効果やＧＭＲ効果が改善される。たとえば、より高
い抵抗変化率ΔＧＭＲを得て、しかもそのウエハ面上の
均一性も高くなる。

【００１６】本発明の第２の特徴はターゲットとマグネ
ットとの間に磁性体を挿入し、ターゲット表面での漏れ
磁界の強度を調整すべく構成された多元マグネトロンス
パッタリング装置用カソードであることである。すなわ
ち非磁性ターゲットを用いるカソードや、漏れ磁界の大
きな磁性ターゲットを用いるカソードに対してはターゲ
ットとマグネットの間に挿入する磁性体の厚みや材質を
選ぶことによりターゲット表面での漏れ磁界を、漏れ磁
界の最も弱い磁性ターゲット表面での漏れ磁界と同一と
するこができる。この結果、本発明の第２の特徴に係る
カソードを複数個、多元マグネトロンスパッタリング装
置のチャンバー内に配置しても、各ターゲット表面での
漏れ磁界を同一とすることができる。したがって、互い
に透磁率の異なる複数の磁性膜や、磁性膜と非磁性膜と
が混在する多層膜をスパッタリング堆積しても、膜厚の
均一性は高く、多層膜構造特有のＧＭＲ効果等の特性も
改善できる。しかもＧＭＲ効果等の特性のウエハ面上の
均一性も高くなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１８】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係る多元マグネトロンスパッタリング装
置の概略を示す模式的な断面図である。図１に示すよう
に本発明の第１の実施の形態に係る多元マグネトロンス
パッタリング装置は真空排気可能なチャンバー３３と、
このチャンバー３３内に配置された第１の磁性ターゲッ
ト用の第１のカソード４３と、非磁性ターゲット用の第
２のカソード４１とを少なくとも具備している。第２の
カソード４１は図２（ｂ）に示すように非磁性ターゲッ
ト１２とマグネット（第２のマグネット）３との間に第
１の磁性体５１が挿入されている。一方、第１のカソー
ド４３は図２（ａ）に示すように、磁性ターゲット１１
とマグネット（第１のマグネット）３との間には第１の
磁性体は無い。第１のマグネットと第２のマグネットと
は、同一のマグネットでよい。図１のチャンバー３３内
にはさらに非磁性ターゲット用の「他の第２のカソー
ド」４２が示されている。さらに他の第２のカソードや
他の第１のカソードがチャンバー３３内に含まれていて
もよいことはもちろんである。具体的には第１のカソー
ド４３は磁性ターゲットとしてＮｉＦｅ合金，第２カソ
ード４２は非磁性ターゲットとしてＴａ，他の第２のカ
ソード４１は非磁性ターゲットとしてＣｕを用いてい
る。チャンバー３３の上部には回転可能な基板ホルダ３
２が設けられ、この基板ホルダ３２には基板（ウェハ）
３１が保持されている。基板ホルダ３２は公知の真空回
転導入機構、たとえばマグネット方式やＯリング方式の
回転導入機構で、各カソードの対向する位置に基板が位
置するように逐次回転すれば良い。図１には図示を省略
しているが、この基板ホルダ３２の部分の近傍に真空準
備室を設けてロードロック機構を設ければ、基板の交換
が迅速に出来るので、この方が好ましいことはもちろん
である。

【００１９】チャンバー３３にはガス導入管３６，シャ
ットオフバルブ３７，ニードルバルブあるいはマスフロ
ーコントローラ等の流量制御バルブ３８が設けられ、ス
パッタリング時の雰囲気ガスとしてのＡｒガス等が導入
できるようになっている。さらにチャンバー３３には高
圧（低真空度）用排気管２９と低圧（高真空度）用排気
管３０が設けられている。低圧用排気管３０には、可変
流量バルブ２８及びゲートバルブ３９を介してクライオ
ポンプ等の超高真空排気ポンプ３５が接続され、チャン
バー３３を５×１０^-6Ｐａ乃至７×１０^-7Ｐａ程度に排
気できるようになっている。一方、高圧用排気管２９に
はゲートバルブ３４を介して油回転ポンプやメカニカル
ブースタポンプ等の高圧用真空ポンプ２７が接続され、
チャンバー３３内を所定の圧力まで予備排気出来るよう
になっている。すなわち、高圧用真空ポンプ２７を用い
て、チャンバー３３内を大気圧から所定の中間圧力まで
予備排気して、ゲートバルブ３４を閉じ、クライオポン
プ等の超高真空排気ポンプ３５に切り替え、主排気をす
ることが出来るようになっている。超高真空排気ポンプ
３５で主排気を行い、所定のバックグランド圧力（到達
圧力）になれば、その状態で、シャットオフバルブ３７
及び流量制御バルブ３８を介してＡｒガス等のスパッタ
リングガスを導入し、流量制御バルブ３８と可変流量バ
ルブ２８とを用いてチャンバー内の圧力を０．１Ｐａ等
の所定のスパッタリング圧力に設定する。クライオポン
プ等の超高真空排気ポンプ３５によりスパッタリングガ
スを排気することにより、残留炭素（Ｃ）等の少ない、
高純度の雰囲気ガス中でスパッタリングが可能となる。
低圧用排気管３０に接続される可変流量バルブ２８及び
ゲートバルブ３９は、可変流量機能とシャットオフ機能
とを兼ね備えた一体型のバルブを用いても良い。

【００２０】基板ホルダ３２は、ここでは接地電位に接
続され、各カソードのターゲット１１，１２にはバッキ
ングプレート２を介して高圧の高周波電圧が印加されて
いる。すなわち、バッキングプレート２の付く電極部
（図示省略）は、水冷構造になり、チャンバー３３と絶
縁されて大気側に出ている。そして、この電極部にマッ
チングボックスを介して図示を省略した高周波電源から
高圧の高周波電圧が印加される。各カソードのマグネッ
トによる直交電磁界によりターゲット表面に有効にプラ
ズマが集中するので、効率よくターゲットがスパッタリ
ングされる。

【００２１】図２は本発明の第１の実施の形態に係る多
元マグネトロンスパッタリング装置のカソードの概略の
構成を示す。図２（ａ）には、磁性ターゲットのカソー
ド（第１のカソード）周辺の模式的な断面図を示した。
また、図２（ｂ）には、非磁性ターゲットのカソード
（第２のカソード）周辺の、模式的な断面図を示した。
図２（ｂ）に示す非磁性ターゲット１２はＣｕ又はＴａ
で構成され、ターゲット径はφ７５ｍｍ（３インチ）で
ある。ターゲット厚さは３ｍｍである。磁気回路はマグ
ネット（第２のマグネット）３にＮｄＦｅＢ磁石，ヨー
ク４は電磁軟鉄で構成している。非磁性ターゲット１２
とマグネット（第２のマグネット）３との中間に電磁軟
鉄からなる第１の磁性体５１を設けている。第１の磁性
体５１の底面にはバッキングプレート２が接触され、バ
ッキングプレート２は高周波電圧が印加される電極部と
接続されている。第１の磁性体５１はターゲット径と同
じ大きさで厚さを１ｍｍとしてある。第１の磁性体５１
の底面と磁石（第２のマグネット）３の上面との間隔は
２ｍｍである。一方図２（ａ）に示す第１の磁性ターゲ
ット１１はＮｉＦｅ合金で構成されている。第１の磁性
ターゲット１１のターゲット径はφ７５ｍｍ（３イン
チ）で、ターゲット厚さは３ｍｍである。また磁気回路
は非磁性ターゲットの場合と同様にマグネット（第１の
マグネット）３にＮｄＦｅＢ磁石、ヨーク４は電磁軟鉄
で構成し、第１の磁性ターゲット１１と磁石（第１のマ
グネット）面との間隔は図２（ｂ）と同様に２ｍｍとし
た。図２（ａ）に示す第１のカソード４３には第１の磁
性体はないので、第１の磁性ターゲット１１に直接バッ
キングプレート２が接触されている。

【００２２】図２に示すように非磁性ターゲット１２を
用いる第２のカソード４１（４２）のみに第１の磁性体
５１を挿入することにより、第１の磁性ターゲット１１
および非磁性ターゲット１２の表面における磁界分布、
あるいは漏れ磁界の強度を実質的に同じにすることがで
き、磁性ターゲットの場合と非磁性ターゲットの場合の
スパッタリングの条件を等しくすることができる。

【００２３】本発明の第１の実施の形態に係る多元マグ
ネトロンスパッタリング装置と従来の多元マグネトロン
スパッタリング装置を用いて、基板ターゲット間距離１
６０ｍｍ，スパッタリング時のＡｒガス圧０．２７Ｐａ
の条件で成膜した結果を図３に示す。

【００２４】図３（ａ）は磁性ターゲット（ＮｉＦｅ合
金）及び非磁性ターゲット（ＣｕおよびＴａ）を用いて
スパッタリング成膜したときの基板（ウェハ）上での膜
厚分布を、本発明の第１の実施の形態と従来技術とを比
較しながら示す。同時に、図３（ａ）は基板３１上に図
３（ｂ）に示すように５ｎｍの厚さのＴａ膜６１，２ｎ
ｍの厚さのＣｕ膜６２，１０ｎｍの厚さのＮｉＦｅ膜６
３，５ｎｍの厚さのＴａ膜６１を連続的に堆積した場合
のＮｉＦｅ異方性磁界Ｈｋの分布を、本発明の第１の実
施の形態と従来技術とを比較しながら示す。ここで、図
３（ａ）に示す膜厚分布は

【数１】 で定義される膜厚分布の値である。

【００２５】図３（ａ）によりわかるように本発明の第
１の実施の形態によれば従来技術に比べ磁性，非磁性タ
ーゲットを用いた多元マグネトロンスパッタリングによ
り成膜した膜の分布、磁気特性分布に優れることが判
る。

【００２６】図４は本発明の第１の実施の形態の変形例
に係る第２のカソードの構造を示す模式断面図である。
図４においては非磁性ターゲット１２はバッキングプレ
ート２の上に接して配置され、バッキングプレート２と
マグネット３との間に第１の磁性体５１が配置されてい
る。このような構成においても非磁性ターゲット１２の
表面上の磁界分布と磁性ターゲット上の磁界分布を実質
的に等しくできる。しかし図４に示す構造は第１の磁性
体５１に電磁軟鉄等を用いた場合、第１の磁性体５１が
錆やすいので注意が必要である。

【００２７】また図４の構造では磁性体５１により磁気
回路がかなり短絡されるので、非磁性ターゲット１２の
表面に磁力線が出にくくなるという欠点がある。これら
の点から図２（ｂ）に示した第２のカソードの構造の方
がより好ましい構造であることが分かる。しかし、場合
によっては図４の構造も採用できる。錆にくい第１の磁
性体としてはＣｒステンレス鋼等の軟磁性のステンレス
鋼を用いてもよい。

【００２８】（第２の実施の形態）図５は本発明の第２
の実施の形態に係る多元マグネトロンスパッタリング装
置の概略を示す模式的な断面図である。図５に示すよう
に本発明の第２の実施の形態に係る多元マグネトロンス
パッタリング装置は真空排気可能なチャンバー３３と、
このチャンバー３３内に配置された第１の磁性ターゲッ
ト用の第１のカソード４３と、非磁性ターゲット用の第
２のカソード４１と、第２の磁性ターゲット用の第３の
カソード４４とを少なくとも具備している。第２のカソ
ード４１は図６（ｃ）に示すように非磁性ターゲット２
２とマグネット（第２のマグネット）３との間に第１の
磁性体５１が挿入されている。第３のカソード４４は第
１のカソード４３の第１の磁性ターゲット２１よりも透
磁率の小さな第２の磁性ターゲット２３を有するカソー
ドであり、図６（ｂ）に示すように第１の磁性体５１よ
りも薄い第２の磁性体５２を第２の磁性ターゲット２３
とマグネット（第３のマグネット）３との間に挿入して
いる。一方、第１のカソード４３は図６（ａ）に示すよ
うに、第１の磁性ターゲット２１とマグネット（第１の
マグネット）３との間には第１の磁性体は無い。第１，
第２，及び第３のマグネットは、同種のマグネットを用
いればよい。図１のチャンバー３３内にはさらに非磁性
ターゲット用の「他の第２のカソード」４２が示されて
いる。さらに他の第２のカソードや、他の第１のカソー
ドがチャンバー３３内に含まれていてもよいことはもち
ろんである。また、第２の磁性ターゲット２３より透磁
率の小さい第３の磁性ターゲットが必要な場合には、第
２の磁性体より厚い第３の磁性体を第３の磁性体とマグ
ネットとの間に有した第４のカソードを有するようにす
ればよいことはもちろんである。具体的には第１のカソ
ード４３は第１の磁性ターゲット２１としてＣｏＦｅ合
金，第２のカソード４２は非磁性ターゲット２２として
Ｔａ，他の第２のカソード４１は非磁性ターゲット２２
としてＣｕ，第３のカソードは第２の磁性ターゲット２
３としてＮｉＦｅ合金を用いている。

【００２９】チャンバー３３の上部には回転可能な基板
ホルダ３２が設けられ、この基板ホルダ３２には基板
（ウェハ）３１が保持されている。基板ホルダ３２は公
知の真空回転導入機構で、各カソードの対向する位置に
基板が位置するように回転すれば良い。図５は図示を省
略しているが、この基板ホルダ３２の近傍にロードロッ
ク機構を設けてもよい。チャンバー３３にはガス導入管
３６，シャットオフバルブ３７，ニードルバルブあるい
はマスフローコントローラ等の流量制御バルブ３８が設
けられ、スパッタリング時の雰囲気ガスとしてのＡｒガ
ス等が導入できるようになっている。さらにチャンバー
３３には高圧用排気管２９と低圧用排気管３０が設けら
れている。低圧用排気管３０には、可変流量バルブ２８
及びゲートバルブ３９を介してクライオポンプ等の超高
真空排気ポンプ３５が接続され、チャンバー３３を５×
１０^-6Ｐａ乃至７×１０^-7Ｐａ程度に排気できるように
なっている。一方、高圧用排気管２９にはゲートバルブ
３４を介して油回転ポンプやメカニカルブースタポンプ
等の高圧用真空ポンプ２７が接続され、チャンバー３３
内を所定の圧力まで予備排気出来るようになっている。
すなわち、高圧用真空ポンプ２７を用いてチャンバー３
３内を大気圧から予備排気して、所定の中間圧力になれ
ば、ゲートバルブ３４を閉じ、クライオポンプ等の超高
真空排気ポンプ３５に切り替え、主排気をする。超高真
空排気ポンプ３５で主排気を行い、所定のバックグラン
ド圧力（到達圧力）になれば、その状態で、シャットオ
フバルブ３７及び流量制御バルブ３８を介してＡｒガス
等のスパッタリングガスを導入し、流量制御バルブ３８
と可変流量バルブ２８とを用いてチャンバー内の圧力を
０．１Ｐａ前後の所定のスパッタリング圧力に設定す
る。クライオポンプ等の超高真空排気ポンプ３５により
スパッタリングガスを排気をすることにより、残留炭素
（Ｃ）等の少ない、高純度の雰囲気ガス中でスパッタリ
ングが可能となる。

【００３０】基板ホルダ３２は、ここでは接地電位に接
続され、各カソードのターゲットには図示を省略した高
周波電源を介して高圧の高周波電圧が印加されている。
各カソードのマグネットによる直交電磁界によりターゲ
ット表面にプラズマが集中するので効率よくターゲット
がスパッタリングされる。

【００３１】図６を用いて第１のカソード４３，第２の
カソード４１（４２），第３のカソード４４について説
明する。図６において第１の磁性ターゲット２１，第２
の磁性ターゲット２３，非磁性ターゲット２２のターゲ
ット径はφ７５ｍｍ（３インチ）である。磁気回路はマ
グネットとして、ＮｄＦｅＢ磁石を用いて構成し、ヨー
クは電磁軟鉄を用いている。ターゲット厚さは３ｍｍで
ある。図６（ｃ）に示す非磁性ターゲット２２の底面に
接して厚さ２ｍｍで、直径が非磁性ターゲット２２と等
しい電磁軟鉄からなる第１の磁性体５１が設けられてい
る。一方、図６（ｂ）に示す第２の磁性ターゲット２３
の底面には第１の磁性体５１よりも薄い（厚さ１．１ｍ
ｍ）第２の磁性体５２が設けられている。第２の磁性体
５２も電磁軟鉄製で、直径は第２の磁性ターゲット２２
と同一のφ７５ｍｍである。図６（ａ）に示す第１の磁
性ターゲットとしてのＣｏＦｅ合金２１の底面とマグネ
ット（第１のマグネット）３の上面と間の距離は２ｍｍ
である。本発明の第２の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置では、図６（ｂ）に示す第２の
磁性ターゲット（ＮｉＦｅ合金）２３に接した第２の磁
性体５２の底面とマグネット（第３のマグネット）３の
上面との間の距離、および図６（ｃ）に示す非磁性ター
ゲット（Ｃｕ又はＴａ）２２に接した第１の磁性体５１
の底面とマグネット（第２のマグネット）３の上面との
間の距離も２ｍｍに統一している。本発明の第２の実施
の形態においては最も透磁率の大きい第１の磁性ターゲ
ット２１の底面には磁性体は無いが、透磁率の小さな第
２の磁性ターゲット２３の底面には第２の磁性体５２を
設けて、第１および第２の磁性ターゲット間の漏れ磁界
強度あるいは磁界分布を実質的に同一としている。さら
に非磁性ターゲット２２の底部にも第２の磁性体よりも
厚い第１の磁性体を設けているため、第１の磁性ターゲ
ット２１，第２の磁性ターゲット２３および非磁性ター
ゲット２２の表面における磁界分布を実質的に同一にで
きる。第１の磁性体５１と第２の磁性体５２との厚みを
変える他にも、両者の透磁率が異なるように材料を変え
ても良い。

【００３２】図７は、図５に示した多元マグネトロンス
パッタリング装置の構成にさらにＦｅＭｎターゲット
（第３の磁性ターゲット）を有する第４のカソードを加
えた多元マグネトロンスパッタリング装置を用いて連続
的に多層堆積し、スピンバルブＧＭＲ積層膜を形成した
場合の、模式的な断面図を示す。このスピンバルブＧＭ
Ｒ積層膜は、第１の実施の形態と同様に基板ターゲット
間距離１６０ｍｍ、スパッタリング時のＡｒ圧力０．２
７Ｐａの条件で連続的に堆積する。すなわち、図７に示
すように、基板３１上に厚さ５ｎｍのＴａ膜７１，厚さ
３ｎｍのＣｏＦｅ膜７２，厚さ１ｎｍのＣｕ膜７３，厚
さ３ｎｍのＣｏＦｅ膜７４，厚さ２．５ｎｍのＣｕ膜７
５，厚さ３．４ｎｍのＮｉＦｅ膜７６，厚さ８ｎｍのＦ
ｅＭｎ膜７７、および厚さ５ｎｍのＴａ膜７８が積層さ
れている。このＧＭＲ積層膜の基板（ウェハ）内の抵抗
変化率ΔＧＭＲは、７．０−７．４％であった。同一の
構造を従来の多元マグネトロンスパッタリング装置で積
層した場合の抵抗変化率ΔＧＭＲは４．２−７．４％で
あり、本発明の第２の実施の形態に比し、ばらつきが大
きい。したがって本発明の第２の実施の形態に係る多元
マグネトロンスパッタリング装置によれば抵抗変化率Δ
ＧＭＲが大きく、かつ同一ウェハ面上での特性のそろっ
たＧＭＲ積層膜を堆積することができる。

【００３３】図８（ａ）には本発明の第２の実施の形態
に係る多元マグネトロンスパッタリング装置のカソード
のターゲット半径方向の漏れ磁界強度（Ｈ//）分布を示
す。ここで測定した漏れ磁界強度（Ｈ//）は、図８
（ｃ）に示すように、ターゲット面より５ｍｍ離れた位
置で、ターゲット面と平行方向（水平）の漏れ磁界強度
である。そして比較のために図８（ｂ）に、従来技術に
おける多元マグネトロンスパッタリング装置のカソード
における同様なターゲット半径方向の漏れ磁界強度（Ｈ
//）分布を示す。ただし、図８（ｂ）に示す従来の非磁
性ターゲットカソードについての測定結果は、マグネッ
ト３とターゲット１との間の距離ｄを磁性ターゲットカ
ソードの場合より大きくして、最大強度を磁性ターゲッ
トカソードの最大強度と一致させるようにして測定した
結果である。本発明の構成の優秀性は図８（ａ）および
図８（ｂ）の比較により明らかであろう。すなわち、磁
性，非磁性ターゲットを問わず、多元マグネトロンスパ
ッタリング装置のチャンバー内に配置された種々の複数
のターゲット上の漏れ磁界強度およびその分布を、それ
ぞれ実質的に同じ強度および分布に出来ることが判る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、一定の口径のウェハ上
で膜厚が一様な、磁性／非磁性混在積層膜の成膜を可能
とする多元マグネトロンスパッタリング装置を提供する
ことが出来る。

【００３５】また、本発明によれば、ＡＭＲ効果やＳＶ
−ＧＭＲ効果等の特性に優れた磁性／非磁性混在積層膜
の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装
置を提供することが出来る。

【００３６】さらに、本発明によれば、ＡＭＲ効果やＳ
Ｖ−ＧＭＲ効果等の特性の分布が均質な磁性／非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置を提供することが出来る。

【００３７】さらに、本発明によれば、一定の口径のウ
ェハ上で膜厚が一様な、磁性／非磁性混在積層膜の成膜
を可能とする多元マグネトロンスパッタリング装置に用
いるカソードを提供することが出来る。

【００３８】さらに、本発明によれば、ＡＭＲ効果やＳ
Ｖ−ＧＭＲ効果等の特性に優れた磁性／非磁性混在積層
膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタリング
装置に用いるカソードを提供することが出来る。

【００３９】さらに、本発明によれば、ＡＭＲ効果やＳ
Ｖ−ＧＭＲ効果等の特性の分布が均質な磁性／非磁性混
在積層膜の成膜を可能とする多元マグネトロンスパッタ
リング装置に用いるカソードを提供することが出来る。

【００４０】さらに、本発明によれば、種々の非磁性薄
膜および種々の磁性薄膜が多層に堆積される場合におい
て、それらの膜厚分布，特性分布を揃え、かつＧＭＲ効
果，ＡＭＲ効果等の特性を改善することができる。

【００４１】さらに、本発明によれば、非磁性薄膜と磁
性薄膜が混在した多層構造の磁気変換素子や磁性薄膜装
置の膜厚分布，特性分布を改善し所望の特性を得ること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置の概略を示す模式図である。

【図２】図１の第１及び第２のカソードのそれぞれの構
造の詳細を示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置により積層した膜の特性を示す
図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置のカソードの変形例を示す断面
図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置の概略を示す模式図である。

【図６】図５に示したカソードの構造の詳細を示す断面
図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る多元
マグネトロンスパッタリング装置を用いて堆積したＧＭ
Ｒ積層膜を示す模式的な断面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る多元マグネト
ロンスパッタリング装置のターゲット表面における漏れ
磁界強度の分布を示す図である。

【符号の説明】

１ ターゲット ２ バッキングプレート ３ マグネット ４ 軟磁性ヨーク １１，２１ 第１の磁性ターゲット １２，２２ 非磁性ターゲット ２３ 第２の磁性ターゲット ２７ 油回転ポンプ ２８ 可変流量バルブ ２９ 高圧用排気管 ３０ 低圧用排気管 ３１ 基板 ３２ 基板ホルダ ３３ チャンバー ３４，３９ ゲートバルブ ３５ クライオポンプ ３６ ガス導入管 ３７ シャットオフバルブ ３８ ニードルバルブ ４１，４２ 第２のカソード（非磁性ターゲット用） ４３ 第１のカソード（磁性ターゲット用） ４４ 第３のカソード（磁性ターゲット用） ５１ 第１の磁性体 ５２ 第２の磁性体 ６１，７１，７８ Ｔａ膜 ６２，７３，７５ Ｃｕ膜 ６３，７６ ＮｉＦｅ膜 ７２，７４ ＣｏＦｅ膜 ７７ ＦｅＭｎ膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空排気可能なチャンバーと、 第１の磁性ターゲットと第１のマグネットとを少なくと
   も有し、前記チャンバー内に配置された第１のカソード
   と、 非磁性ターゲットと、第２のマグネットと、該非磁性タ
   ーゲットと第２のマグネットとの間に挿入された第１の
   磁性体とを少なくとも有し、前記チャンバー内に配置さ
   れた第２のカソードとを少なくとも具備することを特徴
   とする多元マグネトロンスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 第２の磁性ターゲットと、第３のマグネ
   ットと、該第２の磁性ターゲットと第３のマグネットと
   の間に挿入された第２の磁性体とを少なくとも有した第
   ３のカソードを、前記チャンバー内にさらに配置し、 前記第１の磁性ターゲット、第２の磁性ターゲットおよ
   び非磁性ターゲット面上の所定の位置における磁界分布
   を実質的に同じであるように調整した多元マグネトロン
   スパッタリング装置。
3. 【請求項３】 ターゲットとマグネットとの間に磁性体
   を挿入し、 前記ターゲット表面での漏れ磁界の強度を、前記磁性体
   によって調整出来るように構成された多元マグネトロン
   スパッタリング装置に用いるカソード。