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JPH0774441B2 - イオンビ−ムスパツタ装置 - Google Patents
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JPH0774441B2 - イオンビ−ムスパツタ装置 - Google Patents

イオンビ−ムスパツタ装置

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JPH0774441B2
JPH0774441B2 JP62139790A JP13979087A JPH0774441B2 JP H0774441 B2 JPH0774441 B2 JP H0774441B2 JP 62139790 A JP62139790 A JP 62139790A JP 13979087 A JP13979087 A JP 13979087A JP H0774441 B2 JPH0774441 B2 JP H0774441B2
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JP
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ion beam
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ion
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康則 大野
由岐夫 中川
好美 袴田
健一 夏井
忠 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンビームスパッタ装置に係り、特に、磁気
異方性をもつ膜の成膜に好適なイオンビームスパツタ装
置に関する。
〔従来の技術〕
近年、磁気ヘツド用の磁性膜が、半導体のプロセス等と
類似の方法で生成されるようになつている。維持異方性
を有する薄膜を成膜するための装置としては、例えば特
開昭58−25475号公報に記載されているように、平行平
板型の高周波スパツタ装置がひろく用いられている。ま
た、特開昭58−25475号公報では、生成される薄膜に磁
気異方性を与える手段として、放射状の磁界を基板側の
電極に発生させるため永久磁石を用いている。この公知
例の他にマグネトロンスパツタ装置を用いる方法、薄膜
に磁気異方性を与える手段として、電磁石(ヘルムホル
ツコイル)を用いる方法が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、薄膜に磁気異方性を与えるための磁界
が、ターゲツト電極と基板電極間の高周波グロー放電に
与える影響についての配慮が十分でなく、グロー放電が
不安定になり、放電の結果発生したプラズマの密度が空
間的に不均一になる現象が起こり、その結果、生成され
た薄膜の膜厚,膜質が不均一で、十分な磁気異方性が得
られるという問題があつた。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、イオン源での放電が不安定になることはな
いことは勿論、膜厚,組成が均一で良好な磁気異方性を
有する磁性膜を成膜できるイオンビームスパツタ装置を
提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、イオン,電子,ガス分子から成るプラズマ
を発生させるための放電領域と、基板に印加する磁界の
及ぶ領域を分離することにより達成される。すなわち、
プラズマを発生させ、そこからイオンを引き出すための
イオン源と、それに気密を保つて隣接する成膜室(真空
容器)から装置を構成し、成膜室中には、ターゲツトと
それに対向する基板およびその基板に磁界を印加するた
めの永久磁石を逆極性が向かい合うように該基板を挾ん
で設けると共に、前記永久磁石と前記基板の相対的位置
を変えることなく、両者を回転運動させる機構を備えて
いることにより達成される。
〔作用〕
イオン源および成膜室を真空に排気し、イオン源にアル
ゴンなどの動作ガスを供給しながら放電を行なわせる
と、イオン,電子,中性ガスからなるプラグマが生成さ
れる。プラズマ中のイオンを、イオンビーム引き出し電
極によつて成膜室側に引き出し、それを磁性体のターゲ
ツトに照射する。ターゲツトからスパツタされた粒子
は、ターゲツトに対向する基板に付着するが、基板は永
久磁石により磁界が印加されているため、生成された膜
は磁気異方性を有する。基板がプラズマを生成するイオ
ン源中の放電部とは離れているため、基板に印加される
磁界は、イオン源中の放電にはほとんど影響を及ぼさな
い。従つて、放電が不安定になつたり、生成された膜
が、膜厚,膜質に不均一になることはない。
〔実施例〕
以下、図面の実施例に基づいて、本発明を詳細に説明す
る。
第1図に本発明のイオンビームスパツタ装置の一実施例
を示す。該図に示す如く、イオンビームを発生するイオ
ン源1は、気密を保つて、成膜室6に装着され、その成
膜室6に排気装置(図示していない)が接続されてい
る。このイオン源1は、陽極電極を兼ねる容器壁12,熱
電子を出すためのフイラメント3,放電により生ずるプラ
ズマの容器壁への拡散を抑えるための磁界をつくるN
極,S極が容器の周方向に交互に配置された永久磁石2,発
生したプラズマからイオンのみを引き出すための多数の
穴の開いたイオン引き出し電極5、並びに高電位となる
容器壁12と接地電位である成膜室6の電気的絶縁をとる
ための絶縁物4とから成つている。更に、成膜室6中の
イオン源1の下流側には、ターゲツト7が配置されてお
り、これと対向した位置に基板20が基板ホールダ8に取
り付けられている。そして、本実施例では、基板ホール
ダ8上に基板20に磁界を印加するための永久磁石22を設
けており、更に、それ自身は回転せず傾斜のみ変えられ
るホールダ支持体21に対して基板ホールダ8が回転運動
するようになっており、それにより、永久磁石22と基板
20の相対的位置を変えることなく、両者が回転運動す
る。尚、基板ホールダ8は、モータ9によって回転力が
与えられる。
第2図に基板20、及びホールダ部を示す。該図の如く、
2本の棒状の永久磁石22を、逆極性が向かい合うように
基板ホールダ8に固定し、2本の永久磁石22の間に基板
20をセットする。図示はしていないが、永久磁石22は非
磁性のケースに密封して、基板ホールダ8に取り付けら
れている。永久磁石22としては、フェライト磁石を用
い、基板20上でほぼ均一な印加磁界が得られた。
次に、本実施例における動作を説明する。まず、排気装
置によりイオン源1、及び成膜室6を1×10-6Torr程度
まで排気する。その後、イオン源1にアルゴンガスを供
給し、成膜室6側で1×10-4Torr程度にする。フィラメ
ント3に通電して熱電子を出しながら、フィラメント3
(陰極)と容器壁12の間に、50Vの直流電流を印加する
と放電が起こり、プラズマが生成される。イオン引き出
し電極5は、多数の小孔があけられたモリブデンの板
で、プラズマ側の板には正の電圧を、他の板には負の電
圧を与えることにより、イオンビーム32を引き出す。こ
のイオンビーム32を、鉄、ニッケルを主成分とするパー
マロイのターゲット7に照射すると、そこから弾き出さ
れるスパッタ粒子は、基板20に堆積する。その際、第2
図に示すごとく、永久磁石22により磁界33が生じ、基板
20には、磁界33がかかる。
本実施例では、基板20に9ミリテスラ程度の磁界を印加
して、磁気異方性を有するパーマロイ膜を得た。また、
基板ホールダ8を自転させることにより、飛来するスパ
ツタ粒子の量を平均化して、均一な膜厚分布を得られ
た。3インチ基板上での、膜厚分布の均一性は±5%程
度である。膜厚に関しては、良好な一軸異方性が得られ
た。
本実施例によれば、基板に印加した磁界は永久磁界の付
近に限られ、イオン源にまで影響が及ぶことはない。従
つて、イオン源での放電が不安定になることはない。イ
オンビームの強度分布が均一で、基板印加磁界も均一で
あるため、膜厚,膜質が均一で良好な磁気異方性を有す
る磁性膜が得られるという効果がある。尚、本実施例で
は、イオン中でのプラズマ生成のために直流放電を用い
たが、高周波放電やマイクロ波放電を用いたイオン源を
使っても同様な効果が得られる。
第3図に、本発明の第2の実施例を示す。該図に示す如
く、容器壁12,永久磁石2,フイラメント3,イオン引き出
し電極5からなるイオン源1が、絶縁物4を介して、成
膜室6に装着されており、その中にターゲツト7,基板2
0,基板ホールダ8,ホールダ支持体21,基板に磁界を印加
するための永久磁石22が配置されているのは、第11図の
実施例と同じである。本実施例で異なつているのは、タ
ーゲツト7を照射用のイオン源1と同じ構造の別のイオ
ン源10が、基板20を照射できる位置に装着されている点
である。
本実施例の構成でアルゴンイオンビーム、あるいは窒素
イオンビームで、例えば、鉄のターゲツト7を照射し、
基板20上にスパツタ粒子を堆積させる動作は、第11図の
実施例と同様である。本実施例では、基板20を基板照射
用イオン源10で生成した窒素イオンを照射し、窒素鉄の
薄膜を成膜できる。又、基板照射用イオン源10をパルス
的に動作させることにより、鉄と窒化鉄の多層膜を生成
できる。
本実施例によれば、イオン源の放電の安定性や生成され
た膜の膜厚,膜質に関して、第3図の実施例と同様の効
果がある。
第4図に本発明の第3の実施例を示す。該図に示す如
く、本実施例ではターゲツト照射用のイオン源1は、容
器壁12,永久磁石2,フイラメント3,イオン引き出し電極
5から成り、絶縁物4を介して、成膜室6に装着されて
いる。ただし、容器壁12は、同心円筒の一方を封止した
構造で、イオン引き出し電極5には、円環状に多数の小
孔が開けられている。これによつて中空のイオンビーム
を引き出すことができる。成膜室6内には、6角錐台の
斜面をなすようターゲツト7を配置し、これと対向し、
基板20,基板ホールダ8,ホールダ支持体21が置かれてい
る。ホールダ支持体21も、6角錐台の斜面をなしてい
る。第5図に基板及びホールダ部を示す。該図の如く、
基板20に磁界を印加するために、永久磁石22が非磁性材
のケースに密封され、基板ホールダ8に固定されてい
る。基板ホールダ8は、基板20の中心のまわりに回転す
るとともに、基板支持体21が、第4図の矢印のように回
転する。成膜室6の下方には、容器壁12,永久磁石2,フ
イラメント3,円環状に小孔を多数開けたイオン引き出し
電極5から成るイオン源1が絶縁物4を介して装着され
ている。
本実施例の動作は、原理的には第3図の実施例と同じで
あるが、多数枚の基板を同時に処理できる利点がある。
第6図で本実施例の動作を説明する。まずイオン源1か
ら中空のアルゴンイオンビームまたは窒素イオンビーム
などを引き出して、鉄のターゲツトを照射すると、ター
ゲツト7からスパツタ粒子が基板20に堆積する。1つの
基板20には向い合つたターゲツト7ばかりでなく、隣り
合うターゲツト7からもスパツタ粒子が飛来するので、
1ターゲツト1基板の場合に比較して、成膜速度が50〜
70%程度上昇する効果がある。さらに、イオン源10で発
生した中空の窒素イオンビームを基板20に照射すること
により、窒化鉄を成膜できる。
本実施例によれば、イオン源の放電の安定性及び生成さ
れた膜の膜厚,膜質に関して、第11図の実施例と同様の
効果がある。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明のイオンビームスパツタ装置によれ
ば、ターゲツトを照射するためのイオンをイオン源での
放電でつくり、放電部と基板上への成膜を行なう部分を
分離し、基板に磁界を印加する永久磁石を逆極性が向か
い合うように該基板を挾んで設けると共に、前記永久磁
石と前記基板の相対的位置を変えることなく、両者を回
転運動させる機構を備えているので、基板印加磁界のイ
オン源への漏れは少なくなり、イオン源での放電が不安
定になることはないことは勿論、ターゲツトを強度が均
一で、エネルギーのそろつたイオンビームで照射できる
ため、膜厚,膜質が均一で、良好な磁気特性を有する磁
性膜が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のイオンビームスパツタ装置の一実施例
を示す断面斜視図、第2図は同実施例の基板、及びホー
ルダ部を示す説明図、第3図は本発明の第2の実施例を
示す断面斜視図、第4図は本発明の第3の実施例を示す
断面斜視図、第5図は同実施例の基板、及びホールダ部
を示す説明図、第6図は同実施例の動作を説明する縦断
面図である。 1……イオン源、2、22……永久磁石、3……フィラメ
ント、5……イオン引き出し電極、6……成膜室、7…
…ターゲット、8……基板ホールダ、10……基板照射用
イオン源、12……容器壁、20……基板、21……ホールダ
支持体、22……永久磁石、32……イオンビーム、33……
磁界。
フロントページの続き (72)発明者 夏井 健一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 忠 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−20311(JP,A) 特開 昭62−54907(JP,A) 特開 昭62−122208(JP,A) 特開 昭61−76665(JP,A) 特開 昭58−100411(JP,A) 特開 昭60−39157(JP,A) 特開 昭62−196810(JP,A) 実開 昭62−31857(JP,U)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つのイオン源と、該イオン源
    が気密を保ったまま装着される真空容器とを備え、該真
    空容器中には、イオン照射により粒子を放出するターゲ
    ット、および該ターゲットに対向する位置に基板ホール
    ダ上に支持された基板が配置され、該基板上に膜を生成
    するイオンビームスパッタ装置において、 前記基板ホールダ上に、前記基板に磁界を印加するため
    の永久磁石を逆極性が向かい合うように該基板を挾んで
    設けると共に、前記永久磁石と前記基板の相対的位置を
    変えることなく、両者を回転運動させる機構を備えてい
    ることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
  2. 【請求項2】前記ターゲットにイオンビームを照射し、
    飛散した粒子を基板に堆積させる前記イオン源とは別
    に、前記基板にイオンビームを照射する第2のイオン源
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    イオンビームスパッタ装置。
  3. 【請求項3】前記ターゲットを照射するためのイオン源
    として、中空のイオンビームを発生するイオン源を用い
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイオン
    ビームスパッタ装置。
  4. 【請求項4】前記ターゲット、及び基板の少なくとも一
    方を照射するためのイオン源として、中空のイオンビー
    ムを発生するイオン源を用いたことを特徴とする特許請
    求の範囲第2項記載のイオンビームスパッタ装置。
JP62139790A 1987-06-05 1987-06-05 イオンビ−ムスパツタ装置 Expired - Lifetime JPH0774441B2 (ja)

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JP2004269988A (ja) * 2003-03-10 2004-09-30 Canon Inc スパッタ装置

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