JPS6333565A

JPS6333565A - 金属多層膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6333565A
Application number: JP17449486A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kamishino; 上篠　敦; Junichi Fujita; 淳一藤田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-13

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、光磁気記録あるいは垂直磁気記録用の金属多
層膜の製造方法に関するものである。

（従来の技術）光磁気記録あるいは垂直磁気記録用の薄膜形成は、従来
合金インゴットの蒸着法または合金を構成する純金属の
共蒸着法あるいは、合金ターゲットを用いたスパッタリ
ング法により行なわれていた。

最近、光磁気記録あるいは垂直磁気記録の性能を高める
ために従来の合金薄膜に対し、合金を構成する単体金属
を交互に積層した多層膜が検討されている。この場合、
光磁気記録あるいは垂直磁気記録の性能向上のためには
、積層するそれぞれの単体金属一層あたりの厚さを数オ
ンダストロームから数１０オングストローム程度に制御
しながら積層しなければならない。

従来、多層膜を形成する方法として例えばフィジカル・
レビュ（Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、）Ｂ　３２巻、１９８５年
４６６７〜４６７５ページにあるような基板回転スパッ
タリング法が知られている。基板回転スパッタリング装
置の概略図を第４図に示すが、基本的な構成としては２
つのスパッタソース１８および１８′が互いのプラズマ
が混じらないようじゃへい板１９で仕切られるとともに
２つのプラズマ中を回転するターンテーブル２０の上に
固定された基板２１がターンテーブルの回転とともに２
つのプラズマの間を交互に通過するようになっている。

スパッタソースとしてはマグネトロンあるいは直流スパ
ッタなどいずれであってもよい。

（発明が解決しようとする問題点）基板回転スパッタ法は装置構成が簡単ではあるが、基板
がターンテーブルの回転とともに移動するため、基板に
とんでくるスパッタ原子の運動方向、エネルギー分布は
基板とスパッタソースの相対位置によって著しく変化し
、多層膜の一層毎の膜質を任意にコントロールすること
は不可能である。また、基板はスパッタソースのプラズ
マにさらされることにより基板温度は数１００°Ｃにも
なり界面での原子の拡散が著しく進行するため界面にお
ける組成の急峻な多層薄膜を形成しづらい。以上のよう
な問題点のために基板回転スパッタリング法では一層毎
の膜質を制御し界面において組成変化の急峻な多層薄膜
を形成するのが困難で、光磁気記録や垂直磁気記録多層
膜の性能を下げる要因の一つとなっている。

本発明の目的は、各金属層の結晶性が良好でかつ界面に
おいて組成変化の急峻な金属多層薄膜の製造方法を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明はイオンビーム源から引き出されたイオンビーム
を用い、２つ以上の金属ターゲットを順次イオンビーム
照射位置に移動させながら各ターゲットをスパッタし、
基板上に２種類以上の金属薄膜を積層する金属多層膜の
製造方法である。とくにイオンビーム密度が３ｍＡ／ｃ
ｍ２から２０ｍＡ／ｃｍ２、加速電圧が１０００Ｖから
１５００Ｖの範囲内のイオンビームにより、ターゲット
に対するイオンビーム照射位置がターゲットの法線とイ
オンビームの中心線のなす角が１５度から６０度の範囲
内であるようにしてスパッタを行なうと、多層膜を構成
する各金属層の結晶性が良好でかつ、界面における組成
変化が急峻な金属多層膜を形成でき、光磁気記録あるい
は垂直磁気記録用多層膜の性能を高めることが可能であ
る。

（作用）基板回転スパッタリング法では基板が２つ以上のスパッ
タソースの上を順々に移動しながら多層膜を形成するよ
うになっているが、基板は一定速度で回転するターンテ
ーブル上に固定されているので基板に到達するスパッタ
原子の運動方向、エネルギー分布は基板とスパッタソー
スとの相対位置によって著しく異なり、多層膜を構成す
る一層毎の膜質をコントロールすることは困難であるば
かりでなく、基板は、スパッタソースのプラズマに常に
さらされるため基板温度は数１００°Ｃにもなり、界面
における原子の拡散が進行し、界面における組成の急峻
な多層膜が形成しづらい。これに対し本発明の金属多層
膜の製造方法は、イオンビーム源から引き出されたイオ
ンビームをターゲットに照射しスパッタを行なうイオン
ビームスパッタ法において多層膜を構成する金属の各タ
ーゲットに対し、イオンビームの密度、加速電圧ならび
にターゲットへのイオンビームの入射角を各層の膜質を
最大ならしめる値に設定してスパッタリングが行なえる
ために各金属層の結晶性を良好にできる。またイオンビ
ームスパッタリング法はそもそもプラズマと基板が分離
されているために従来の基板回転スパッタリング法で問
題となっていた基板がプラズマにさらされることによる
基板温度の上昇がなく、したがって界面における原子の
相互拡散が抑制され、界面おける組成の急峻な金属多層
膜の形成が可能となる。

（実施例）以下本発明の一実施例としてモリブデン（Ｍｏ）とニッ
ケル（Ｎｉ）の金属多層膜について図面を用いて説明す
る。第１図は、本発明を実施するためのイオンビームス
パッタリング装置の概略図である。真空槽１はゲートバ
ルブ２を通し、クライオポンプあるいはターボ分子ポン
プのような真空排気ポンプ３により排気される。イオン
ビーム径２．５ｃｍのカウフマン型のイオンビーム源４
はボンベ５から減圧弁６、マス７０−コントローラ７、
電磁弁８を経て導かれたアルゴンなどの不活性ガスでプ
ラズマをイオンビーム源４の内部に形成し、これよりイ
オンビーム９が引き出される。イオンビーム９のビーム
電流密度、加速電圧はそれぞれイオンビーム源４内のプ
ラズマ密度および引き出し電圧により電気的に可変でき
る。ビーム開始・停止は導入ガス電磁パルプ８の開閉あ
るいはプラズマの発生・停止により行なえる。ターゲッ
ト保持機構１０は水冷されたブロックの表と裏にターゲ
ラ）１１および１１’が固定され、図面に垂直で水冷ブ
ロックの中心軸１２のまわりに真空槽１の外の図示して
ないパルスモータ−および回転導入器により回転できる
ようになっている。パルスモータ−の回転によりターゲ
ット１１あるいは１１′をイオンビームの照射位置に移
動するとともにターゲットに対するビームの入射角をそ
れぞれのターゲットで任意の角度に設定できるようにな
っている。ターゲット１１あるいは１１′からスパッタ
された原子１３は、基板保持機構１４に固定された基板
１５および基板保持機構１４の近傍に設置された水晶振
動子を用いた膜厚計１６に蒸着される。基板保持機構１
４は基板１５に垂直でかつ基板１５の中心を通る軸エフ
のまわりに真空槽１外の図示してないインダクションモ
ーターおよび回転導入器により回転できるようになって
いる。イオンビーム源４、ターゲット保持機構１０、膜
厚計１６は図示してないコンピュータにより制御されて
いる。

次に上述した金属多層膜製造用イオンビームスパッタリ
ング装置を用いたモリブデンｌニッケル多層膜の製造方
法について説明する。作製したモリブデンｌニッケル多
層膜は、モリブデンおよびニッケルの一層あたりの膜厚
を共に４０人とし、モリブデン、ニッケル、モリブデン
、ニッケルの順序で交互に積層し、モリブデンｌニッケ
ルの人工周期を４０周期とした多層膜である。基板とし
てはガラスを用いた。基板温度は室温とした。

まず真空槽内が１Ｏ−７Ｔｏｒｒ台の真空度になるまで
真空排気ポンプにより排気した後アルゴンガスを導入し
、真空槽内の真空度がｌＸｌ０−’Ｔｏｎ−になるよう
マスフローコントローラ７を調整する。イオンビーム源
内にプラズマを生じさせ加速電圧を設定し、イオンビー
ム９を引き出す。ビーム電流密度および加速電圧は、そ
れぞれ０．１ｍＡ／ｃｍ２〜３０ｍＡ／ｃｍ２および５
００ｖから２０００Ｖの範囲内となるよう設定した。

ターゲットの法線とイオンビーム中心軸とのなす角をイ
オンビーム゛の入射角とすると、モリブデンターゲット
に対しては０度から８０度、ニッケルターゲットに対し
ても０度から８０度の範囲内で設定した。

以上のような条件で一方のターゲット例えばモリブデン
ターゲットからスパッタされたモリブデン原子は、基板
１５と膜厚計１６に堆積する。モリブデンが４０人堆積
すると膜厚計１６の信号を受けたコンピュータは、イオ
ンビーム源４に信号を送信し、イオンビーム９の照射が
停止される。同時にコンピュータはターゲット保持機構
１０にも信号を送信し、ターゲット保持機構ｌＯを回転
させ別のターゲットすなわちニッケルターゲットをイオ
ンビーム照射側にもってくるとともにイオンビーム入射
角の設定を行なう。この後、コンピュータの信号により
ビーム電流密度、加速電圧を設定しビーム照射を再開す
る。ニッケルが４０人堆積するとコンピュータは、イオ
ンビームの停止、ターゲットの交換・角度設定、ビーム
密度・加速電圧の設定、ビーム照射が順次行ない、以下
一連の動作を繰返し、設定された人工周期数４０に達す
るとビーム照射は停止され、電磁弁８を閉じアルゴンの
流入を停止する。

作製したモリブデンｌニッケルの多層膜の各層の膜質な
らびに界面における組成の急峻性の評価はＸ線回折によ
って評価した。得られる回折線の位置と強度は、モリブ
デンおよびニッケルのそれぞれの配向性に対応するピー
クと人工周期８０人に対応するピークの積で決まる。具
体的には、Ｘ線回折線の強度と回折線の数から各層の結
晶性の良否ならびに界面における組成の急峻性が判断で
きる。すなわち回折線は、回折角を２６とすると、１°
≦２０≦１０’の低角域と３０°≦２０≦５０’の中角
域に現われるが、各層の結晶性は、中角域の回折線の強
度が高いほど良好であり、また界面における組成の急峻
性は、低角域、あるいは中角域の回折線の数が多いほど
急峻であると言える。第２図は、モリブデン／ニッケル
の各層の結晶性が良好な場合のＸ線回折チャートでそれ
ぞれ（１，１０）および（１１１）面で積層されている
。

（ａ）は低角域（ｂ）は中角域のチャートである。一方
策３図は、モリブデンは（１１０）、ニッケルは（１１
１）に配向してはいるものの各層の結晶性、および界面
における組成の急峻性は悪い。やはり（ａ）は低角域（
ｂ）は中角域のチャートである。

ターゲットの法線とイオンビーム中心軸のなす角、すな
わちイオンビーム入射角を、モリブデン、ニッケルター
ゲット共に４５°、またビーム電流密度を１２ｍＡ／ｃ
ｒｎ２に設定し、イオンビームの加速電圧を、５００，
９００，１０００，１３００，１５００，１８００，２
００ＯＶ　＆：段設定てそれぞれの場合についてモリブ
デンｌニッケル多層膜を作製したところ第２図の各層の
結晶性が良好で界面における組成の急峻な膜は、さくに
加速電圧が１０００〜１５００Ｖ範囲内の場合に得られ
た。

次にイオンビーム入射角を同じくモリブデン、ニッケル
ターゲット共に４５°、ビームの加速電圧を１２００Ｖ
に設定し、イオンビームの電流密度を０．１，１゜３．
５，１０，１５，２０，２５．３０ｍＡ／ｃｍ２に設定
しそれぞれの場合についてモリブデン／ニッケル多層膜
を作製したところ第２図の各層の結晶性が良好で界面に
おける組成の急峻な膜はとくにビーム電流密度が３〜２
０ｒｎＡ／ａｍ２の範囲内の場合に得られた。

次に、イオンビーム電流密度を１０ｍＡ／ａｍ２、加速
電圧を１１００ｖに設定し、イオンビーム入射角をモリ
ブデン、ニッケルターゲットのそれぞれにっきＱｏ。

１５°、３０°、４５°、６０°、７０°、８０°に設
定しそれぞれの場合についてモリブデン／ニッケル多層
膜を作製したところ第２図の各層の結晶性が良好で界面
における組成の急峻な膜は、とくにイオンビームの入射
角が、モリブデン、ニッケル共に１５°から６０°の範
囲内の場合に得られた。

以上述べたように、とくに各層の結晶性が良好でかつ界
面における組成の急峻性にすぐれたモリブデンｌニッケ
ル多層膜は、各ターゲットに対するイオンビームの入射
角が１５〜６０°、イオンビーム電流密度が３〜２０ｍ
Ａ／ｃｍ２、加速電圧が１０００〜１５００Ｖの範囲内
にあるときに得られた。

上記の実施例はモリブデン（４０Ａ）／ニッケル（４０
Ａ）の４０周期多層膜についての例であったが、他の膜
厚・比率・周期数であっても同様である。さらにコバル
トｌクロム多層膜あるいは鉄ｌ銅多層膜についても同様
であった。

また、２つの金属よりなる多層膜について説明したが、
多層膜を構成する金属の数はいくつであってもよい。

（発明の効果）以上のように本発明によればイオンビームの電流密度、
加速電圧およびイオンビームのターゲットに対する入射
角を、金属多層膜の各層の結晶性および界面における組
成の急峻性を高める値に設定して行なえるために、光磁
気記録や垂直磁気記録用の金属多層膜の性能向上がはが
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に対応する金属多層膜作製のためのイ
オンビームスパッタリング装置の概略図、第２図（ａ）
、（ｂ）は、金属多層膜を構成する各層の結晶性および
界面での組成の急峻性の高い多層膜の代表的なＸ線回折
図、第３図（ａ）、（ｂ）は、金属多層膜を構成する各
層の結晶性および界面での組成の急峻性の低い多層膜の
代表的なＸ線回折図、第４図は、従来の基板回転スパッ
タリング装置の概略図である。１・・・真空槽、　　　　　　　２・・・ゲートパルプ
、３・・・真空排気ポンプ、　　　４・・・イオンビー
ム源、５・・・ガスボンベ、　　　　　６・・・減圧弁
７・・・マス７０−コントローラ、８・・・電磁弁、　　　　　　　　９・・・イオンビー
ム、１０−１．ターゲット保持機構、１１，１１’・・
・ターゲット、１２・・・回転中心軸、　　１３・・・
スパッタされた原子、１４・・・基板保持機構、　　　
　１５・・・基板、１６・・・膜厚計、　　　　　１７
・・・基板回転中心軸、１８．１８’・・・スパッタソ
ース、１９・・・しやへい板、第１図湖　（社）謳　郵第４図手続補正書（自発）６２．１０．−５昭和　　年　　月　　日２、発明の名称金属多層膜の製造方法３、補正をする者事件との関係　　　　　　　　出願人東京都港区芝五丁目３３番１号（４２３）　　日本電気株式会社代表者　関本忠弘４、代理人５、補正の対象（１）明細書の特許請求の範囲の欄（２）明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容（１）特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。（２）明細書第５頁第１行目に１３ｍＡ／ｃｍ２がら２
０ｍ＋Ｖｃｒｎ２　Ｊとあるのを１３ｍＡ／ｃｍ２から
４０ｍＡ／ｃｍ２　Ｊと補正する。（３）明細書第５頁第２行目にｒ　１０００Ｖから１５
００Ｖ　Ｊとあるのをｒ　６００Ｖ〜１５００Ｖ　Ｊと
補正する。（４）明　細　書　第９　頁　第１１　　行　目　にｒ
Ｏ，１ｍＡ／ｃｍ２〜３０ｍＡ／ｃｍ２　Ｊとあるのを
ｒ　Ｏ，１ｍＡ／ｃｍ２〜５０ｍＡ／ｃｍ２　Ｊと補正
する。（５）明細書第１２頁第３行目にｒ　５００．９００．
１０００．１３００゜１５００、１８００．２０００Ｖ
　Ｊとあるのをｒ　５００．６００．７００゜８００、
９００．１０００．１２００．１３００．１５００．１
８００．２０００Ｖ　Ｊと補正する。（６）明細書第１２頁第７行目にｒ　１０００〜１５０
０Ｖ　Ｊとあるのをｒ　６００〜１５００Ｖ　Ｊと補正
する。（７）明　細　書　第１２　　頁　第１１　　行　目　
に　、ｒ　３，５，１０，１５，２０，２５，３０ｍＡ
／ｃｍ２　Ｊ、とあるのをｒ　３，５，１０，１５，２
０，２５，３０，３５，４０，４５．５０ｍＡ／ｅｍ２
　Ｊと補正する。（８）明細書第１２頁第１５行目に１３〜２０ｍＡ／ｃ
ｍ２　Ｊとあるのをｒ　３〜４０ｍＡ／ｃｎｎ２　Ｊと
補正する。（９）明細書第１３頁第９行目に「密度３〜２０ｍＡ／
ｃｍ２、加速電圧が１０００〜１５００Ｖ　Ｊとあるの
を「密度３〜４０ｍＡ／ｃｍ２、加速電圧が６００〜１
５００Ｖ　Ｊと補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）イオンビーム源から引き出されたイオンビームに
よりターゲットをスパッタし基板上に薄膜を形成するイ
オンビームスパッタリング法において、２つ以上の金属
ターゲットを順次イオンビーム照射位置に移動させるこ
とによって基板上に２種類以上の金属薄膜を積層するこ
とを特徴とする金属多層膜の製造方法。
（２）イオンビーム源は、カウフマン型イオンソースを
用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金
属多層膜の製造方法。
（３）イオンビーム源から引き出されたイオンビームは
、イオンビーム密度が３ｍＡ／ｃｍ＾２から２０ｍＡ／
ｃｍ＾２、加速電圧が１０００Ｖから１５００Ｖの範囲
内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ならび
に第２項記載の金属多層膜の製造方法。
（４）イオンビーム照射位置は、ターゲットの法線とイ
オンビームの中心線のなす角が１５度から６０度の範囲
内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
３項まで記載の金属多層膜の製造方法。