JPH11328627A - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents
Sputtering apparatus and sputtering methodInfo
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- JPH11328627A JPH11328627A JP10133539A JP13353998A JPH11328627A JP H11328627 A JPH11328627 A JP H11328627A JP 10133539 A JP10133539 A JP 10133539A JP 13353998 A JP13353998 A JP 13353998A JP H11328627 A JPH11328627 A JP H11328627A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング装
置及びスパッタリング方法に関する。[0001] The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、感磁素子
として、磁気抵抗効果素子を用いた再生専用の磁気ヘッ
ドであり、ハードディスクドライブ等において実用化さ
れている。近年、このような磁気抵抗効果型磁気ヘッド
に使用される磁気抵抗効果素子として、スピンバルブ膜
を用いた巨大磁気抵抗効果素子が採用されるようになっ
てきている。2. Description of the Related Art A magnetoresistive head is a read-only magnetic head using a magnetoresistive element as a magnetosensitive element, and has been put to practical use in hard disk drives and the like. In recent years, a giant magnetoresistance effect element using a spin valve film has been adopted as a magnetoresistance effect element used in such a magnetoresistance effect type magnetic head.
【０００３】スピンバルブ膜は、基本的には、第１の軟
磁性膜と、非磁性膜と、第２の軟磁性膜と、反強磁性膜
とがこの順に積層された４膜構造をとる。第１の軟磁性
膜と第２の軟磁性膜とを非磁性膜で分離し、第２の軟磁
性膜上に反強磁性膜を設けることで、反強磁性膜と接し
た第２の磁性膜はある一定方向に磁化された状態にな
る。一方、非磁性膜で分離された第１の軟磁性膜は決ま
った磁化方向をとらない。すなわち、反強磁性膜は、こ
れと接する第２の軟磁性膜の磁化方向を所定の方向に固
定化している。The spin valve film basically has a four-layer structure in which a first soft magnetic film, a non-magnetic film, a second soft magnetic film, and an antiferromagnetic film are laminated in this order. . The first soft magnetic film and the second soft magnetic film are separated by a non-magnetic film, and an antiferromagnetic film is provided on the second soft magnetic film, so that the second magnetic film in contact with the antiferromagnetic film is formed. The film is magnetized in a certain direction. On the other hand, the first soft magnetic film separated by the non-magnetic film does not have a fixed magnetization direction. That is, the antiferromagnetic film fixes the magnetization direction of the second soft magnetic film in contact with the antiferromagnetic film in a predetermined direction.
【０００４】このような反強磁性膜の材料としては、例
えば、Ｍｎ−Ｘで表される材料が用いられる。Ｘとして
は、例えば、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｈ等が挙げられる。そし
て、このような材料をターゲットとして、スパッタリン
グを行うことにより反強磁性膜が形成されている。As a material for such an antiferromagnetic film, for example, a material represented by Mn-X is used. X includes, for example, Ir, Pt, Rh and the like. An antiferromagnetic film is formed by performing sputtering using such a material as a target.
【０００５】反強磁性膜の耐食性や、当該反強磁性膜に
積層した軟磁性膜の固定化の強度等の特性は、ＭｎとＸ
との組成比により変化することが知られている。特に、
スピンバルブ膜において反強磁性膜を形成する目的は、
軟磁性膜の磁化方向を固定することである。そのため、
反強磁性膜の特性の中でも、軟磁性膜の固定化の強度は
使用上重要である。軟磁性膜の固定化の強度は、反強磁
性膜の組成によりあるピークをもつことが知られてい
る。従って、反強磁性膜を形成する際に、通常は、この
ピーク付近の組成とされた材料を用いる。The properties such as the corrosion resistance of the antiferromagnetic film and the fixing strength of the soft magnetic film laminated on the antiferromagnetic film are represented by Mn and X
It is known that the ratio varies depending on the composition ratio. Especially,
The purpose of forming an antiferromagnetic film in a spin valve film is as follows.
This means fixing the magnetization direction of the soft magnetic film. for that reason,
Among the characteristics of the antiferromagnetic film, the strength of immobilization of the soft magnetic film is important in use. It is known that the immobilization strength of the soft magnetic film has a certain peak depending on the composition of the antiferromagnetic film. Therefore, when forming an antiferromagnetic film, usually, a material having a composition near this peak is used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うなＭｎ−Ｘ系材料では、このピークを示す組成の範囲
は非常に狭い。また、スパッタリング法では、Ｍｎ−Ｘ
をターゲットとして用いても、ＭｎとＸとでスパッタ率
が異なるため、ターゲットのＭｎ−Ｘの組成と、形成さ
れた薄膜のＭｎ−Ｘの組成とは必ずしも一致しない。However, in the Mn-X-based material as described above, the range of the composition showing this peak is very narrow. In the sputtering method, Mn-X
Even if is used as a target, the composition of Mn-X of the target does not always match the composition of Mn-X of the formed thin film because the sputtering rates of Mn and X are different.
【０００７】従って、スパッタリングにより形成される
薄膜の組成を制御する方法として、ターゲットの組成を
変えるという方法が採られてきた。しかし、この方法で
は、所望の組成の薄膜を得るために、何度かターゲット
の組成を変えて試験的な成膜を行う必要があり、ターゲ
ットの組成を決定するまでに多大な時間を要した。ま
た、得られた薄膜の組成は、成膜を終えた後でしかわか
らなかった。Therefore, as a method of controlling the composition of a thin film formed by sputtering, a method of changing the composition of a target has been adopted. However, in this method, in order to obtain a thin film having a desired composition, it is necessary to perform test film formation by changing the composition of the target several times, and it takes a long time to determine the composition of the target. . Further, the composition of the obtained thin film could be known only after the film formation was completed.
【０００８】また、一度、ターゲットの組成を決定して
も、そのターゲットを用いてスパッタリングを行ってい
くうちに、ターゲットを構成する材料のスパッタ率の違
いから、ターゲット表面の組成が変化してしまい、１つ
のターゲットを使用できる期間は非常に短かった。Further, even if the composition of the target is once determined, the composition of the target surface changes during sputtering using the target due to the difference in the sputtering rate of the material constituting the target. The period during which one target could be used was very short.
【０００９】さらに、反強磁性膜に用いられるＩｒ，Ｒ
ｈ，Ｐｔ等の貴金属は非常に高価であるため、試験的な
成膜を繰り返すことで、製造コストが増大してしまう。
また、コストを下げるためには、ターゲット中の、上述
したような貴金属の割合を少なくすることが好ましい。
従来は、薄膜の組成が、材料のスパッタ率や装置構成に
よって決定されていたため、所望の組成の薄膜を得るこ
とは困難であった。Further, Ir, R used for the antiferromagnetic film
Since noble metals such as h and Pt are very expensive, the production cost is increased by repeating the test film formation.
In order to reduce the cost, it is preferable to reduce the ratio of the above-mentioned noble metal in the target.
Heretofore, it has been difficult to obtain a thin film having a desired composition because the composition of the thin film is determined by the sputtering rate of the material and the apparatus configuration.
【００１０】本発明は上述したような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、薄膜の組成を所望の値に調整
することのできるスパッタリング装置及びスパッタリン
グ方法を提供することを目的とする。The present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and has as its object to provide a sputtering apparatus and a sputtering method capable of adjusting the composition of a thin film to a desired value.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、スパッタリングにより基板上に薄膜を形成する
スパッタリング装置であって、基板上に形成された薄膜
の組成を分析する組成分析手段と、上記組成分析手段に
よって分析された上記薄膜の組成に応じてスパッタガス
のガス圧を制御するガス圧制御手段とを備え、上記組成
分析手段は、スパッタリングが継続して行われている状
態で、基板上に形成された薄膜の組成を分析し、上記ガ
ス圧制御手段は、上記組成分析手段で分析された薄膜の
組成に応じて、スパッタガスのガス圧を制御することを
特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A sputtering apparatus according to the present invention is a sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate by sputtering, comprising: a composition analyzing means for analyzing a composition of a thin film formed on a substrate; Gas pressure control means for controlling the gas pressure of the sputtering gas according to the composition of the thin film analyzed by the analysis means, wherein the composition analysis means, on the substrate while sputtering is continuously performed The composition of the formed thin film is analyzed, and the gas pressure control means controls the gas pressure of the sputtering gas according to the composition of the thin film analyzed by the composition analysis means.
【００１２】上述したような本発明に係るスパッタリン
グ装置では、上記組成分析手段で、上記基板上に形成さ
れた上記薄膜の組成を分析しているので、成膜を行いな
がら薄膜の組成が確認される。また、このスパッタリン
グ装置では、上記ガス圧制御手段で、薄膜の組成に応じ
てガス圧を制御しているので、所定組成の薄膜が形成さ
れる。In the sputtering apparatus according to the present invention as described above, since the composition of the thin film formed on the substrate is analyzed by the composition analysis means, the composition of the thin film is confirmed while forming the film. You. Further, in this sputtering apparatus, since the gas pressure is controlled by the gas pressure control means according to the composition of the thin film, a thin film having a predetermined composition is formed.
【００１３】また、本発明のスパッタリング方法は、ス
パッタリングにより基板上に薄膜を形成する成膜工程
と、上記成膜工程で上記基板上に形成された上記薄膜の
組成を分析する組成分析工程と、上記組成分析工程で分
析された上記薄膜の組成に応じてスパッタガスのガス圧
を制御するガス圧制御工程を備え、上記組成分析工程及
び上記ガス圧制御処理工程を、上記成膜工程が継続して
行われている状態で行うことを特徴とする。[0013] Further, the sputtering method of the present invention comprises a film forming step of forming a thin film on a substrate by sputtering, a composition analyzing step of analyzing a composition of the thin film formed on the substrate in the film forming step, A gas pressure control step of controlling a gas pressure of a sputtering gas according to the composition of the thin film analyzed in the composition analysis step is provided.The composition analysis step and the gas pressure control processing step are performed, and the film formation step is continued. It is characterized in that it is performed in a state where it is performed.
【００１４】上述したような本発明に係るスパッタリン
グ方法では、上記組成分析工程で、上記成膜工程で上記
基板上に成膜された上記薄膜の組成を分析しているの
で、成膜を行いながら薄膜の組成が確認される。また、
このスパッタリング方法では、上記ガス圧制御工程で、
上記組成分析工程で分析された薄膜の組成に応じてスパ
ッタガスのガス圧を制御しているので、所定組成の薄膜
が形成される。さらに、このスパッタリング方法では、
上記組成分析工程及び上記ガス圧制御処理工程を、上記
成膜工程が継続して行われている状態で行うので、成膜
される薄膜の組成が所定組成において一定に保たれる。In the sputtering method according to the present invention as described above, the composition of the thin film formed on the substrate in the film forming step is analyzed in the composition analysis step. The composition of the thin film is confirmed. Also,
In this sputtering method, in the gas pressure control step,
Since the gas pressure of the sputtering gas is controlled according to the composition of the thin film analyzed in the composition analysis step, a thin film having a predetermined composition is formed. Furthermore, in this sputtering method,
Since the composition analysis step and the gas pressure control processing step are performed in a state where the film formation step is continuously performed, the composition of a thin film to be formed is kept constant at a predetermined composition.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１６】図１は、本発明に係るスパッタリング装置
の一構成例を概念的に示した図である。このスパッタリ
ング装置１は、内部が高真空状態とされる真空チャンバ
２内に、バッキングプレート３と、磁石部４と、ホルダ
５とを備える。さらに、このスパッタリング装置１は、
真空排気装置６と、スパッタガス導入装置７と、組成分
析装置８と、制御処理装置９とを備える。FIG. 1 is a diagram conceptually showing an example of the configuration of a sputtering apparatus according to the present invention. The sputtering apparatus 1 includes a backing plate 3, a magnet unit 4, and a holder 5 in a vacuum chamber 2 in which the inside is in a high vacuum state. Further, this sputtering apparatus 1
The apparatus includes a vacuum exhaust device 6, a sputtering gas introducing device 7, a composition analyzing device 8, and a control processing device 9.
【００１７】そして、バッキングプレート３上には、タ
ーゲット１０が支持されている。また、ホルダ５上には
基板１１が配されている。The target 10 is supported on the backing plate 3. A substrate 11 is provided on the holder 5.
【００１８】ターゲット１０は、目的とする薄膜に合わ
せて選択された金属材料や無機物材料等から構成され、
基板１１の大きさに合わせた平板状に形成されている。The target 10 is made of a metal material, an inorganic material, or the like selected according to a target thin film.
It is formed in a flat plate shape corresponding to the size of the substrate 11.
【００１９】バッキングプレート３は、ターゲット１０
よりも大面積を有する平板形状をしており、熱導伝性に
優れたＣｕ等の金属材料からなる。また、このバッキン
グプレート３は、ターゲット１０を支持するとともに、
図示しない電源に接続され、カソード電極を構成してい
る。さらに、このバッキングプレート３には、図示しな
い冷却機構が取り付けられており、バッキングプレート
３に支持されるターゲット１０の温度上昇を抑制するよ
うになされている。The backing plate 3 includes a target 10
It has a flat plate shape with a larger area than that, and is made of a metal material such as Cu having excellent thermal conductivity. The backing plate 3 supports the target 10 and
It is connected to a power supply (not shown) and forms a cathode electrode. Further, a cooling mechanism (not shown) is attached to the backing plate 3 so as to suppress a temperature rise of the target 10 supported by the backing plate 3.
【００２０】磁石部４は、バッキングプレート３のター
ゲット１０が支持される側と反対側に配設されている。
この磁石は、カソード電極とアノード電極との間に生じ
る電場と直交する方向、すなわち、ターゲット１０表面
に対して略平行な方向に磁場を形成する。この磁石部４
は、例えば、中央に配された円柱状の第１の磁石４ａ
と、第１の磁石４ａの外側に所定の距離をもって配され
た円環状の第２の磁石４ｂとからなる。The magnet section 4 is disposed on the backing plate 3 on the side opposite to the side on which the target 10 is supported.
The magnet forms a magnetic field in a direction orthogonal to an electric field generated between the cathode electrode and the anode electrode, that is, a direction substantially parallel to the surface of the target 10. This magnet part 4
Is, for example, a columnar first magnet 4a arranged in the center.
And an annular second magnet 4b arranged outside the first magnet 4a at a predetermined distance.
【００２１】ホルダ５は、ターゲット１０と対向して配
設され、薄膜が形成される被処理体である基板１１を支
持する。また、このホルダ５は、図示しない電源に接続
されており、アノード電極を構成している。さらに、こ
のホルダ５には、図示しない冷却機構が取り付けられて
おり、スパッタリングの際の基板１１の温度上昇を抑制
するようになされている。The holder 5 is provided to face the target 10 and supports a substrate 11 on which a thin film is to be formed. The holder 5 is connected to a power source (not shown) and forms an anode electrode. Further, a cooling mechanism (not shown) is attached to the holder 5 to suppress a rise in the temperature of the substrate 11 during sputtering.
【００２２】そして、このスパッタリング装置１の側壁
部には、排気口１２とスパッタガス導入口１３とが設け
られている。排気口１２には、真空排気装置６が接続さ
れており、また、スパッタガス導入口１３にはスパッタ
ガス導入装置７が接続されている。そして、スパッタガ
ス導入装置７がスパッタガス導入口１３からスパッタガ
スを真空チャンバ２内に導入するとともに、真空排気装
置６が排気口１２から真空チャンバ２内のガスを排気す
ることにより、真空チャンバ２の内部は、所定の高真空
状態に保たれる。なお、スパッタガスとしては、例えば
Ａｒ等が用いられる。An exhaust port 12 and a sputter gas inlet 13 are provided on the side wall of the sputtering apparatus 1. The evacuation port 12 is connected to the vacuum evacuation device 6, and the sputter gas introduction port 13 is connected to the sputter gas introduction device 7. Then, the sputtering gas introduction device 7 introduces the sputtering gas into the vacuum chamber 2 from the sputtering gas introduction port 13, and the vacuum exhaust device 6 exhausts the gas in the vacuum chamber 2 from the exhaust port 12. Is maintained in a predetermined high vacuum state. Note that, for example, Ar or the like is used as the sputtering gas.
【００２３】組成分析装置８は、基板１１上に形成され
た薄膜の組成を分析する。このスパッタリング装置１の
ように、装置内に組成分析装置８を組み込むことで、ス
パッタ成膜を行いながら、その薄膜の組成を知ることが
できる。The composition analyzer 8 analyzes the composition of the thin film formed on the substrate 11. By incorporating the composition analyzer 8 in the apparatus like the sputtering apparatus 1, it is possible to know the composition of the thin film while performing sputter deposition.
【００２４】組成分析装置８としては、例えばＸ線光電
子分光装置等が用いられる。Ｘ線光電子分光法（ＸＰ
Ｓ：X-ray photoelectron spectroscopy）は、エネルギ
ー既知のＸ線を試料に照射し、それによって電離された
電子の運動エネルギーを測定して、電子の束縛エネルギ
ーを知る方法である。ＸＰＳの特徴としては、その結合
エネルギーから元素の種類がわかるだけではなく、試料
中における元素の化学状態に関する情報も得られる点が
挙げられる。As the composition analyzer 8, for example, an X-ray photoelectron spectrometer or the like is used. X-ray photoelectron spectroscopy (XP
S: X-ray photoelectron spectroscopy) is a method of irradiating a sample with X-rays of known energy, measuring the kinetic energy of the electrons ionized thereby, and knowing the binding energy of the electrons. A feature of XPS is that not only can the type of element be known from its binding energy, but also information about the chemical state of the element in the sample can be obtained.
【００２５】図２は、Ｘ線光電子分光装置の構成を概念
的に示した図である。Ｘ線光電子分光装置２０は、大き
く分けて、試料２１に向けてＸ線を照射するＸ線出射部
２２と、Ｘ線によって電離された試料中の電子のエネル
ギーを測定する計測部２３とからなる。FIG. 2 is a diagram conceptually showing the configuration of the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus. The X-ray photoelectron spectroscopy device 20 is roughly divided into an X-ray emission unit 22 that irradiates the sample 21 with X-rays, and a measurement unit 23 that measures the energy of electrons in the sample ionized by the X-rays. .
【００２６】Ｘ線出射部２２は、Ｘ線管２４を備える。
Ｘ線としては、例えば、ＭｇのＫα線（１２５４ｅＶ）
や、ＡｌのＫα線（１４８７ｅＶ）等が用いられる。ま
た、計測部２３は、電子エネルギー分析器２５と、検出
器２６とを備える。電子エネルギー分析器２５には、例
えば、電場偏向方式の同心球面電極型エネルギー分析器
等が用いられる。また、検出器２６としては、例えば、
電子増倍管等が用いられる。The X-ray emitting section 22 has an X-ray tube 24.
As the X-ray, for example, Mg Kα ray (1254 eV)
Alternatively, Al Kα ray (1487 eV) or the like is used. The measuring unit 23 includes an electron energy analyzer 25 and a detector 26. As the electron energy analyzer 25, for example, an electric field deflection type concentric spherical electrode type energy analyzer or the like is used. As the detector 26, for example,
An electron multiplier or the like is used.
【００２７】組成分析装置８としてＸ線光電子分光装置
を用いる場合、図３に示すように、スパッタリング装置
１には、基板１１上の薄膜に対してＸ線を照射するＸ線
出射部２２と、試料からの電子のエネルギーを測定する
計測部２３とが配されている。When an X-ray photoelectron spectrometer is used as the composition analyzer 8, as shown in FIG. 3, the sputtering device 1 includes an X-ray emission part 22 for irradiating a thin film on the substrate 11 with X-rays, A measuring unit 23 for measuring the energy of electrons from the sample is provided.
【００２８】制御処理装置９には、所望とする薄膜の組
成が予め入力、設定されている。制御処理装置９は、上
記組成分析装置８によって検出された薄膜の組成と、予
め入力された設定組成とを比較して、薄膜の組成を所望
の値とするための条件を算出するとともに、条件を最適
化するための制御を行う。薄膜の組成を所望の値とする
ための条件制御としては、例えば、スパッタガス圧の制
御が挙げられる。The desired thin film composition is previously input and set in the control processor 9. The control processing device 9 compares the composition of the thin film detected by the composition analysis device 8 with a preset composition, and calculates a condition for setting the composition of the thin film to a desired value. Control for optimizing. As a condition control for setting the composition of the thin film to a desired value, for example, control of a sputtering gas pressure can be mentioned.
【００２９】そして、このようなスパッタリング装置１
では、ターゲット１０と基板１１との間の距離ｔを、従
来のスパッタリング装置においてターゲットと基板との
間の距離とされている５ｃｍ〜１０ｃｍよりも長く、具
体的には、２０ｃｍ程度以上とすることが好ましい。Then, such a sputtering apparatus 1
Then, the distance t between the target 10 and the substrate 11 is longer than 5 cm to 10 cm, which is the distance between the target and the substrate in a conventional sputtering apparatus, and specifically, is set to about 20 cm or more. Is preferred.
【００３０】ターゲット１０と基板１１との距離を長く
することで、放電空間が長くなり、カソードのマグネト
ロン磁場の影響や、カソード近傍に発生する不均一プラ
ズマの影響が少なくなる。そのため、磁石部４の強度を
従来の場合より下げることができる。また、ターゲット
１０と基板１１との距離を長くした場合には、スパッタ
粒子の散乱を防止するために、スパッタガス圧を従来よ
りも低くすることができる。従来は、スパッタガス圧を
１ｍＴｏｒｒ程度までしか下げることができなかった
が、ターゲット１０と基板１１との距離を長くすること
で、ガス圧を１ｍＴｏｒｒより下げることができ、使用
できるガス圧の範囲が広くなる。具体的には、このスパ
ッタリング装置では、０．３ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒ
ｒの範囲のガス圧で成膜を行うことができる。By increasing the distance between the target 10 and the substrate 11, the discharge space becomes longer, and the influence of the magnetron magnetic field of the cathode and the influence of non-uniform plasma generated near the cathode are reduced. Therefore, the strength of the magnet part 4 can be reduced as compared with the conventional case. In addition, when the distance between the target 10 and the substrate 11 is increased, the sputtering gas pressure can be made lower than before in order to prevent scattering of sputter particles. Conventionally, the sputtering gas pressure could only be reduced to about 1 mTorr, but by increasing the distance between the target 10 and the substrate 11, the gas pressure can be reduced to less than 1 mTorr, and the range of usable gas pressure is limited. Become wider. Specifically, in this sputtering apparatus, 0.3 mTorr to 20 mTorr
Film formation can be performed at a gas pressure in the range of r.
【００３１】また、ターゲット１０と基板１１との間の
距離を長くすることで、ターゲット１０がスパッタされ
てターゲット１０からたたき出されたスパッタ粒子が、
基板１１に対して垂直入射するようになるため、基板１
１の全面にわたってスパッタ粒子の入射角がほぼ一定と
なる。さらに、ターゲット１０と基板１１との間の距離
を長くした場合には、基板１１の全面に亘って均一にス
パッタ粒子が入射するため、膜厚のばらつきが非常に小
さくなる。Further, by increasing the distance between the target 10 and the substrate 11, sputtered particles spattered from the target 10 and spattered from the target 10 are generated.
Since the light is perpendicularly incident on the substrate 11, the substrate 1
1, the incident angle of the sputtered particles becomes substantially constant. Further, when the distance between the target 10 and the substrate 11 is increased, the sputtered particles uniformly enter the entire surface of the substrate 11, so that the variation in the film thickness is very small.
【００３２】そして、このようなスパッタリング装置１
により薄膜を形成する際は、先ず、真空チャンバ２の内
部を真空排気装置６にて排気することにより真空チャン
バ２内を所定の圧力まで減圧した後、排気速度を落とす
とともに、スパッタガス導入口１３からスパッタガスと
して例えばＡｒガスを導入して、真空チャンバ２内を所
定のガス圧のＡｒ雰囲気とする。Then, such a sputtering apparatus 1
When a thin film is formed, first, the inside of the vacuum chamber 2 is evacuated to a predetermined pressure by evacuating the inside of the vacuum chamber 2 with a vacuum exhaust device 6, then the evacuation speed is reduced and the sputtering gas inlet 13 For example, an Ar gas is introduced as a sputtering gas from above, and the inside of the vacuum chamber 2 is set to an Ar atmosphere having a predetermined gas pressure.
【００３３】そして、スパッタガス導入口１３からＡｒ
ガスを導入しつつ、ホルダ５をアノード、バッキングプ
レート３をカソードとして電圧を印加する。すると、ア
ノードを構成するホルダ５と、カソードを構成するバッ
キングプレート３との間にグロー放電が生じる。Then, Ar gas is introduced from the sputter gas inlet 13.
While introducing gas, a voltage is applied using the holder 5 as an anode and the backing plate 3 as a cathode. Then, a glow discharge is generated between the holder 5 constituting the anode and the backing plate 3 constituting the cathode.
【００３４】そして、スパッタガス導入口１３から導入
されたＡｒガスが、このグロー放電によりプラズマ化
し、電離状態のイオンとなる、電離されたＡｒイオンが
ターゲット１０に衝突することにより、ターゲット１０
の原子がはじき出される。このとき、バッキングプレー
ト３の裏側には磁石部４が配設されており、ターゲット
１０の近傍に磁場が形成されるので、電離されたイオン
はターゲット１０の近傍に集中することになる。The Ar gas introduced from the sputter gas inlet 13 is turned into plasma by the glow discharge, and ionized Ar ions, which are ionized, collide with the target 10.
Atoms are ejected. At this time, the magnet part 4 is provided on the back side of the backing plate 3, and a magnetic field is formed near the target 10, so that the ionized ions are concentrated near the target 10.
【００３５】そして、このターゲット１０からはじき出
された原子は、ターゲット１０と対向して設けられた基
板１１上に付着、堆積して、薄膜が形成される。The atoms repelled from the target 10 adhere and deposit on a substrate 11 provided to face the target 10 to form a thin film.
【００３６】そして、薄膜形成と並行して、組成分析装
置８は、基板１１上に形成された薄膜の組成を分析す
る。組成分析装置８として、Ｘ線光電子分光装置を用い
る場合には、図３に示すように、まず、Ｘ線出射部２２
から基板１１上の薄膜に対してＸ線２７を照射する。そ
して、このＸ線２７により電離された薄膜中の電子２８
の運動エネルギーを、計測部２３によって測定、分析す
ることにより、薄膜の組成を知ることができる。Then, in parallel with the formation of the thin film, the composition analyzer 8 analyzes the composition of the thin film formed on the substrate 11. When an X-ray photoelectron spectrometer is used as the composition analyzer 8, first, as shown in FIG.
Irradiates the thin film on the substrate 11 with X-rays 27. The electrons 28 in the thin film ionized by the X-rays 27
The kinetic energy of the thin film is measured and analyzed by the measuring unit 23, whereby the composition of the thin film can be known.
【００３７】そして、組成分析装置８によって検出され
た薄膜の組成についての情報は、制御処理装置９に入力
される。この制御処理装置９には、所望とする薄膜の組
成が予め入力、設定されている。そして、制御処理装置
９は、検出された薄膜の組成と、薄膜の設定組成とを比
較して、薄膜の組成を所望の組成とするためのスパッタ
ガス圧を算出する。そして、制御処理装置９は、スパッ
タガス圧を算出された値とするために、真空排気装置６
又はスパッタガス導入装置７の動作を制御する。Then, information on the composition of the thin film detected by the composition analyzer 8 is input to the control processor 9. The desired thin film composition is previously input and set in the control processing device 9. Then, the control processing device 9 compares the detected composition of the thin film with the set composition of the thin film, and calculates a sputtering gas pressure for setting the composition of the thin film to a desired composition. Then, the control processing device 9 sets the evacuation device 6 in order to set the sputtering gas pressure to the calculated value.
Alternatively, the operation of the sputtering gas introduction device 7 is controlled.
【００３８】真空排気装置６又はスパッタガス導入装置
７は、上記制御処理装置９からの制御指令に従って動作
し、スパッタガス圧を所望の値に調節する。具体的に
は、例えば、スパッタガス圧を上げようとする場合に
は、真空排気装置６からの排気速度を一定としたまま、
スパッタガス導入装置７からのスパッタガス導入量を上
げることにより、スパッタガス圧を所望の値に調節する
ことができる。また、スパッタガス圧を下げようとする
場合には、真空排気装置６からの排気速度を一定とした
まま、スパッタガス導入装置７からのスパッタガス導入
量を下げるげることにより、スパッタガス圧を所望の値
に調節することができる。The vacuum exhaust device 6 or the sputter gas introducing device 7 operates according to the control command from the control processing device 9 to adjust the sputter gas pressure to a desired value. Specifically, for example, when the sputtering gas pressure is to be increased, while the exhaust speed from the vacuum exhaust device 6 is kept constant,
By increasing the amount of sputter gas introduced from the sputter gas introduction device 7, the sputter gas pressure can be adjusted to a desired value. When the sputtering gas pressure is to be reduced, the sputtering gas pressure is reduced by reducing the amount of the sputtering gas introduced from the sputtering gas introduction device 7 while keeping the exhaust speed from the vacuum exhaust device 6 constant. It can be adjusted to a desired value.
【００３９】また、スパッタガス導入装置からのスパッ
タガス導入量を一定としたまま、真空排気装置６からの
排気速度を変化させることにより、スパッタガス圧を所
望の値に調節してもよい。The sputtering gas pressure may be adjusted to a desired value by changing the exhaust speed from the vacuum exhaust device 6 while keeping the sputtering gas introduction amount from the sputtering gas introduction device constant.
【００４０】上述したような、薄膜組成分析−制御処理
−スパッタガス圧調整の一連の動作を、薄膜成膜と並行
して逐次行うことにより、薄膜の組成を所望の値とする
とともに、薄膜の組成を一定に保つことができる。The above-described series of operations of thin film composition analysis, control processing, and sputtering gas pressure adjustment are sequentially performed in parallel with the formation of the thin film, so that the composition of the thin film becomes a desired value and the thin film is formed. The composition can be kept constant.
【００４１】このスパッタリング装置１では、成膜を行
いながら、成膜された薄膜の組成を分析しているので、
薄膜の組成を確認しながら成膜を行うことができる。さ
らに、このスパッタリング装置１では、ターゲットと基
板との間隔を広くすることにより、使用できるスパッタ
ガス圧の範囲が広くなる。そして、このスパッタリング
装置では、後述する実験に示すように、薄膜の組成がス
パッタガス圧の変化に従ってほぼ直線的に変化している
ので、スパッタガス圧を制御することにより、薄膜の組
成を所望の値にすることができる。In the sputtering apparatus 1, the composition of the formed thin film is analyzed while forming the film.
Film formation can be performed while checking the composition of the thin film. Furthermore, in the sputtering apparatus 1, the range of the usable sputtering gas pressure is widened by increasing the distance between the target and the substrate. In this sputtering apparatus, as shown in an experiment described later, the composition of the thin film changes almost linearly according to the change in the sputter gas pressure. Can be a value.
【００４２】以下、スパッタガス圧と、薄膜組成との関
係を調べた実験について説明する。An experiment for examining the relationship between the sputtering gas pressure and the composition of the thin film will be described below.
【００４３】本発明者は、ターゲットと基板間の距離が
４０ｃｍとされたスパッタリング装置を用いて薄膜を形
成した。このとき、スパッタリング時のスパッタガス圧
を変化させ、スパッタガス圧と薄膜の組成との関係を調
べた。なお、この実験においては、形成される薄膜を所
定の組成とするための制御は行っていない。The inventor formed a thin film using a sputtering apparatus in which the distance between the target and the substrate was 40 cm. At this time, the relationship between the sputtering gas pressure and the composition of the thin film was examined by changing the sputtering gas pressure during sputtering. In this experiment, no control was performed to make the formed thin film a predetermined composition.
【００４４】まず、ターゲットとしてＭｎ−Ｉｒ（組成
比Ｍｎ：Ｉｒ＝８２：１８）を用いて薄膜を形成した。
このときの、スパッタガス圧（ｍＴｏｒｒ）と、薄膜の
Ｉｒの濃度（原子％）との関係を図４に示す。図４から
明らかなように、スパッタガス圧が低くなる程、薄膜の
Ｉｒの濃度は減少している。そして、薄膜のＩｒの濃度
は、スパッタガス圧の変化に従ってほぼ直線的に変化し
ていることがわかる。また、ターゲットとしてＭｎ−Ｒ
ｈ（組成比Ｍｎ：Ｒｈ＝８０：２０）を用いて同様に薄
膜を形成した。このときの、スパッタガス圧（ｍＴｏｒ
ｒ）と、薄膜のＲｈの濃度（原子％）との関係を図５に
示す。図５から明らかなように、スパッタガス圧が低く
なる程、薄膜のＲｈの濃度は減少している。そして、薄
膜のＲｈの濃度は、スパッタガス圧の変化に従ってほぼ
直線的に変化していることがわかる。First, a thin film was formed using Mn-Ir (composition ratio Mn: Ir = 82: 18) as a target.
FIG. 4 shows the relationship between the sputtering gas pressure (mTorr) and the Ir concentration (atomic%) of the thin film at this time. As is clear from FIG. 4, the lower the sputtering gas pressure, the lower the Ir concentration in the thin film. It can be seen that the concentration of Ir in the thin film changes almost linearly with the change in the sputtering gas pressure. In addition, Mn-R as a target
h (composition ratio Mn: Rh = 80: 20), a thin film was similarly formed. At this time, the sputtering gas pressure (mTorr)
FIG. 5 shows the relationship between r) and the Rh concentration (atomic%) of the thin film. As is clear from FIG. 5, the Rh concentration of the thin film decreases as the sputtering gas pressure decreases. It can be seen that the Rh concentration of the thin film changes almost linearly with the change of the sputtering gas pressure.
【００４５】このように、ターゲットと基板との距離を
大きくすることで、スパッタリングにより得られる薄膜
の組成が、スパッタガス圧の変化に対してほぼ直線的に
変化することがわかった。従って、スパッタガス圧を変
えることにより、薄膜の組成を所望の値とすることがで
きることがわかった。As described above, it was found that by increasing the distance between the target and the substrate, the composition of the thin film obtained by sputtering changes almost linearly with the change in the sputtering gas pressure. Therefore, it was found that the composition of the thin film could be set to a desired value by changing the sputtering gas pressure.
【００４６】従って、このスパッタリング装置１では、
成膜を行いながら、成膜された薄膜の組成を分析し、そ
の結果に応じてスパッタガス圧を制御することにより、
薄膜の組成を所望の値に保つことができる。Therefore, in this sputtering apparatus 1,
By analyzing the composition of the formed thin film while forming the film, and controlling the sputtering gas pressure according to the result,
The composition of the thin film can be kept at a desired value.
【００４７】そして、このスパッタリング装置１によっ
てスピンバルブ膜を成膜した場合、反強磁性膜の組成を
所望の値に調整することが可能となるので、反強磁性膜
の組成を、軟磁性膜の磁化の固定化の強度にピークを有
する組成とすることができる。また、このスパッタリン
グ装置によってスピンバルブ膜を成膜する場合、ターゲ
ット中の貴金属の割合を少なくすることができ、スピン
バルブ膜のコストを下げることができる。When a spin valve film is formed by the sputtering apparatus 1, the composition of the antiferromagnetic film can be adjusted to a desired value. Can be a composition having a peak in the intensity of the magnetization fixed. Further, when a spin valve film is formed by this sputtering apparatus, the ratio of the noble metal in the target can be reduced, and the cost of the spin valve film can be reduced.
【００４８】本発明のスパッタリング装置及びスパッタ
リング方法は、反強磁性膜の組成が、その特性に大きく
依存するスピンバルブ膜の成膜に適用したときに特に好
適である。しかし、本発明のスパッタリング装置及びス
パッタリング方法は、これに限定されるものではなく、
複数の材料からなる薄膜をスパッタリングにより成膜す
る際に広く適用可能である。The sputtering apparatus and the sputtering method of the present invention are particularly suitable when applied to the formation of a spin valve film in which the composition of the antiferromagnetic film largely depends on its characteristics. However, the sputtering apparatus and the sputtering method of the present invention are not limited to this,
It is widely applicable when a thin film made of a plurality of materials is formed by sputtering.
【００４９】[0049]
【発明の効果】本発明では、スパッタリング成膜を行い
ながら、成膜された薄膜の組成を分析しているので、薄
膜の組成を確認しながら成膜を行うことができる。さら
に、本発明では、薄膜の組成分析結果に応じて、ガス圧
を制御することにより、薄膜の組成を所望の値にするこ
とができる。According to the present invention, since the composition of the formed thin film is analyzed while performing the sputtering film formation, the film can be formed while confirming the composition of the thin film. Further, in the present invention, the composition of the thin film can be adjusted to a desired value by controlling the gas pressure according to the result of the composition analysis of the thin film.
【００５０】さらに、本発明では、ガス圧を制御するこ
とで薄膜の組成を制御することができるので、薄膜を形
成する際の試験的成膜を少なくすることができるととも
に、１つのターゲットを長期間使用できるようになり、
コストを下げることができる。Further, according to the present invention, since the composition of the thin film can be controlled by controlling the gas pressure, it is possible to reduce the number of test depositions when forming the thin film and to increase the length of one target. Can be used for a period,
Costs can be reduced.
【００５１】従って、本発明では、所望の組成を有する
薄膜を、均一な組成で、安価に形成することができる。Therefore, according to the present invention, a thin film having a desired composition can be formed at a low cost with a uniform composition.
【図１】本発明のスパッタリング装置の一構成例を模式
的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a sputtering apparatus of the present invention.
【図２】Ｘ線光電子分光装置の構成例を模式的に示した
図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an X-ray photoelectron spectroscopy device.
【図３】本発明のスパッタリング装置の他の一構成例を
模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing another configuration example of the sputtering apparatus of the present invention.
【図４】ターゲットとしてＭｎ−Ｉｒを用いた場合の、
スパッタガス圧と薄膜の組成との関係を示した図であ
る。FIG. 4 shows a case where Mn-Ir is used as a target.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a sputtering gas pressure and a composition of a thin film.
【図５】ターゲットとしてＭｎ−Ｒｈを用いた場合の、
スパッタガス圧と薄膜の組成との関係を示した図であ
る。FIG. 5 shows a case where Mn-Rh is used as a target.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a sputtering gas pressure and a composition of a thin film.
１ スパッタリング装置、 ２ 真空チャンバ、 ３
ターゲット、 ４ バッキングプレート、 ５ 磁石
部、 ６ 基板、 ７ ホルダ、 ８ 真空排気装置、
９ スパッタガス導入装置、 １０ 組成分析装置、
１１ 制御処理装置1 sputtering equipment, 2 vacuum chamber, 3
Target, 4 backing plate, 5 magnet part, 6 substrate, 7 holder, 8 evacuation device,
9 sputtering gas introduction device, 10 composition analyzer,
11 Control processor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 43/12 43/12 (72)発明者 池田 智 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/203 H01L 21/203 S 43/12 43/12 (72) Inventor Satoshi Ikeda 2500 Hagizono, Higazono, Chigasaki City, Kanagawa Prefecture Japan Vacuum Engineering Inside the corporation
Claims (6)
成するスパッタリング装置において、 上記基板上に形成された薄膜の組成を分析する組成分析
手段と、 上記組成分析手段によって分析された薄膜の組成に応じ
てスパッタガスのガス圧を制御するガス圧制御手段とを
備え、 上記組成分析手段は、スパッタリングが継続して行われ
ている状態で、基板上に形成された薄膜の組成を分析
し、 上記ガス圧制御手段は、上記組成分析手段で分析された
薄膜の組成に応じて、スパッタガスのガス圧を制御する
ことを特徴とするスパッタリング装置。1. A sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate by sputtering, comprising: a composition analyzing means for analyzing the composition of the thin film formed on the substrate; and a method according to the composition of the thin film analyzed by the composition analyzing means. Gas pressure control means for controlling the gas pressure of the sputtering gas, wherein the composition analysis means analyzes the composition of the thin film formed on the substrate while sputtering is continuously performed, A sputtering apparatus, wherein the control means controls the gas pressure of the sputtering gas according to the composition of the thin film analyzed by the composition analysis means.
との間隔が２０ｃｍ以上とされ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。2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a distance between a target, which is a material of the thin film, and the substrate is 20 cm or more.
置であ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. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein said composition analyzing means is an X-ray photoelectron analyzer.
成する成膜工程と、 上記成膜工程で上記基板上に形成された上記薄膜の組成
を分析する組成分析工程と、 上記組成分析工程で分析された上記薄膜の組成に応じて
スパッタガスのガス圧を制御するガス圧制御工程を備
え、 上記組成分析工程及び上記ガス圧制御処理工程を、上記
成膜工程が継続して行われている状態で行うことを特徴
とするスパッタリング方法。4. A film forming step of forming a thin film on a substrate by sputtering; a composition analyzing step of analyzing a composition of the thin film formed on the substrate in the film forming step; A gas pressure control step of controlling the gas pressure of the sputtering gas according to the composition of the thin film, wherein the composition analysis step and the gas pressure control processing step are performed in a state where the film formation step is continuously performed. Performing a sputtering method.
るターゲットを、上記基板と対向して配するとともに、
上記基板と上記ターゲットとの間隔を２０ｃｍ以上とす
ることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング方
法。5. A target, which is a material of a thin film formed on the substrate, is disposed so as to face the substrate,
5. The sputtering method according to claim 4, wherein a distance between the substrate and the target is set to 20 cm or more.
に形成された薄膜の組成を、Ｘ線光電子分析法により分
析することを特徴とする請求項４記載のスパッタリング
方法。6. The sputtering method according to claim 4, wherein in the composition analysis step, the composition of the thin film formed on the substrate is analyzed by X-ray photoelectron analysis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10133539A JPH11328627A (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Sputtering apparatus and sputtering method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10133539A JPH11328627A (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Sputtering apparatus and sputtering method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11328627A true JPH11328627A (en) | 1999-11-30 |
Family
ID=15107186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10133539A Pending JPH11328627A (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Sputtering apparatus and sputtering method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11328627A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010113536A (en) * | 2000-06-19 | 2001-12-28 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Method for manufacturing a structure with curved surfaces |
| WO2007099780A1 (en) * | 2006-03-02 | 2007-09-07 | Shinmaywa Industries, Ltd. | Sputtering apparatus and film forming method thereof |
| JP2008270825A (en) * | 2001-03-27 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Sputtering device and film forming method |
-
1998
- 1998-05-15 JP JP10133539A patent/JPH11328627A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010113536A (en) * | 2000-06-19 | 2001-12-28 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | Method for manufacturing a structure with curved surfaces |
| JP2008270825A (en) * | 2001-03-27 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Sputtering device and film forming method |
| WO2007099780A1 (en) * | 2006-03-02 | 2007-09-07 | Shinmaywa Industries, Ltd. | Sputtering apparatus and film forming method thereof |
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