JP2004346406A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタガスと反応性ガスを真空室内に導入して反応性スパッタリングによる成膜を行うとき、ターゲットの表面に沿って流れる反応性ガスの濃度を均一にして、反応性ガスとターゲットの反応の均一化を高め、膜厚、膜質、膜特性を均一化できるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１つのターゲット２２を備えたカソード２１を基板１２に対向させ、反応性スパッタリングに基づいてターゲットをスパッタして基板に膜を堆積させるスパッタリング装置であり、反応性ガス供給装置２３から供給される反応性ガスをカソードユニット１４の中央部からターゲット２２の表面に沿って外方へ流す中央ガス導入機構を設けるように構成される。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタリング装置に関し、特に、反応性ガスを利用して基板に反応性スパッタリングに基づく成膜を行うスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング装置では、カソードに取り付けられたターゲットの材料をイオンでたたき出し、それによって生じたターゲット材粒子（スパッタ粒子）を、ターゲットに対向するように配置された基板に当ててターゲット材の薄膜を形成する。そのため、スパッタリング装置では、真空容器で、スパッタリングを行わせるためのガス（スパッタガスまたはプラズマ生成ガス）を真空室内に導入し、ターゲットに高周波電力を供給するかまたは直流電圧を印加してエネルギを与えてプラズマを発生し、スパッタ粒子を作るためのイオンを生じさせる。基板の表面に当ったスパッタ粒子に基づきターゲット材が基板の表面に堆積される。
【０００３】
上記のスパッタリング装置では反応性スパッタリング装置が知られている。反応性スパッタリング装置（以下「スパッタリング装置」と略す）では、真空室内に、スパッタリングを行わせるためのアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス（スパッタガス）と併せて、酸素や窒素などの反応性ガスが導入される。このようなスパッタリング装置では、生成されたプラズマ中のアルゴンイオンがターゲット材に衝突することによってターゲット材粒子がたたき出され、そのターゲット材粒子が、上記反応性ガスと反応し、その結果、反応物質による膜が基板の表面上に堆積することになる。また反応性ガスの濃度が高いと、ターゲット材の表面が反応性ガスにより化合物層が形成され、これらがスパッタされることにより基板上に所望の組成の反応性物質が堆積する。
【０００４】
ところで、例えば基板上に磁気記録媒体を形成するためには、基板上に、種々の金属膜や、金属膜の酸化膜または窒化膜を順次積層させた多層膜構造を形成することが必要である。この種の磁気記録媒体では、膜厚や膜質の均一性や磁気特性等の均一性が求められ、特にハードディスクなどでは、基板の円周方向および径方向の磁気特性の均一性（面内記録媒体の場合）、あるいは基板の垂直方向の磁気特性の均一性（垂直記録媒体の場合）が強く求められる。
【０００５】
反応性ガス等を利用した上記スパッタリング装置によって基板上に多層膜を形成して上記の磁気記録媒体を作るとき、要求される膜厚、膜質や磁気特性の均一性を達成することが困難である。次に図１６と図１７を参照して従来のスパッタリング装置の基本的な構成を説明し、その問題点を説明する。
【０００６】
図１６は縦型のスパッタリング装置を示す。スパッタリング装置の真空容器１０１の壁には例えば１枚のターゲット１０２，１０３を備えた少なくともカソード１０４，１０５が同軸状態で対向して配設され、ターゲット１０２，１０３の各表面から等距離になる位置に基板１０６が縦置きで配置されている。基板１０６は基板支持プレート１０７で保持されている。基板１０６は、静止状態や回転状態であっても、あるいは移動状態であってもよい。
【０００７】
スパッタ用プラズマを生じさせるためのガスとして、特に反応性スパッタリングを行う場合には、アルゴンガス（Ａｒ）と反応性ガスとの混合ガス１０８を真空容器１０１の上壁のガス導入部１０９から導入する。導入された混合ガスは矢印１１０に示されるごとく移動して下壁の排出部１１１から排出される。このようなガス導入方法では、主にガスの上流領域において反応性ガスが消費されるため、ターゲット１０２，１０３の全面に渡って充分に反応性ガスが行き渡らず、ターゲット面上での反応性ガスの濃度分布に偏りが生じ、基板１０６上に堆積された反応性膜の特性が不均一となったり、損なわれるという問題がある。
【０００８】
図１７は横型のスパッタリング装置である。このスパッタリング装置では、真空容器１０１の下壁に横置き状態で１枚のターゲット１２１を備えたカソード１２２が配設され、ターゲット１２１の表面から所定距離になる位置に基板１２３が横置きで置かれている。スパッタ用プラズマを生じさせるためのガスとしては、上記混合ガスが真空容器１０１の図中左壁のガス導入部１２４から導入される。導入された混合ガスは矢印１２５に示されるごとく移動して右壁の排出部１２６から排出される。このスパッタリング装置の場合でも、ガスの上流領域において反応性ガスが消費されるため、ターゲット１２１の全面に渡って充分に反応性ガスが行き渡らず、ターゲット面上での反応性ガスの濃度分布に偏りが生じ、基板１２３上に堆積された反応性膜の特性が不均一となったり、損なわれるという問題がある。
【０００９】
以上のごとく、反応性ガスを真空室内に導入し真空室内で反応性ガスを流しながらスパッタ成膜を行うスパッタリング装置では、反応ガスの流れの上流において当該反応性ガスが消費され、ターゲットの全面に渡って充分に反応性ガスが行き渡らず、ターゲット面上での反応性ガスの濃度分布に偏りが生じるので、基板上に堆積された反応性膜の特性が不均一となる。
【００１０】
そこで、スパッリング装置の上記問題を解消するため、従来では、さらにいくつかの提案がなされている（特許文献１〜５）。
【００１１】
特許文献１に係るスパッタリング装置によれば、第１の発明ではターゲット材に複数の小孔を形成しかつこれにガス導入管を接続する構造とし、さらに第２の発明では、ターゲット部材を分割する介挿部材を設け、この介挿部材に複数の小孔を形成すると共に各小孔にガス導入管を接続する構造としている。この構造によって、ターゲットに対向している基板に向かって反応性ガスを含むスパッタガスを導入している。特許文献２に係るターゲット構造では、ターゲット材に複数の小孔を形成し、ターゲットに対向している基板に向かって反応性ガスを含むスパッタガスを導入している。また特許文献３に係るスパッタリング装置では、基板の内周部を覆う内周マスクにガス導入路およびガス吹出し開口を形成し、このガス導入路等を利用して基板の表面上に反応性ガスを導入している。さらに特許文献４に係るスパッタリング装置では、ターゲットに対して外周部に位置するガス配管と内側に位置するガス配管でアルゴンガスと反応性ガスを導入している。
特許文献５に係るスパッタリング装置では、ターゲットの周囲に配置されたガス吹出し通路部分からプラズマを生成するためのガスを導入している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−３２０８９１号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３７４３７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２６９８５８号公報
【特許文献４】
特開平５−１４８６３４号公報
【特許文献５】
特開平１０−２８０１３９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１，２，４，５については、いずれの場合でも、排気状態に依存して反応性ガスの十分な均一性を得ることはできないことがある。上記の特許文献３については、ターゲットに対向した基板ホルダに関係する構造部分にガス導入部が設けられているため、基板ホルダを移動することが困難という問題を提起する。また基板の脱着ごとに上記内周マスクを移動させるため、発塵の原因となり、メンテナンスサイクルが短くなるという問題がある。
【００１４】
上記のごとく基板面内に均一な特質の膜を堆積させるために、従来では上記のように様々な工夫がなされているが、完全に問題は解消されておらず、不十分であり、反応性膜の特質を均一なものにさせることが非常に困難となっている。特に、磁気記録媒体においては、その多層膜の構成層である窒化膜のような反応膜の組成変化による膜特性の面内分布の悪化を引き起こし、さらには媒体の磁気特性に大きく影響を与える。
【００１５】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、スパッタガスと反応性ガスを真空室内に導入して反応性スパッタリングによる成膜を行うとき、ターゲットの表面に沿って流れる反応性ガスの濃度を均一にして、反応性ガスとターゲットの反応の均一化を高め、膜厚、膜質、膜特性を均一化できるスパッタリング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスパッタリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１７】
本発明に係る第１のスパッタリング装置（請求項１に対応）は、ターゲットを備えたカソードを基板に対向させ、反応性スパッタリングでターゲットをスパッタして基板に膜を堆積させるスパッタリング装置であり、少なくとも反応性ガスをカソードユニットの中央部からターゲット表面に沿って外方へ流すガス導入機構（中央ガス導入機構）を設けるように構成される。
【００１８】
上記の構成では、ガスの流れを真空容器の内部全体に分散させず、ターゲットの表面近傍に流れる流路を形成すると共に、ターゲット表面で少なくとも反応性ガスの濃度を均一にすることが可能となる。
【００１９】
本発明に係る第２のスパッタリング装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、カソードユニットは、１つのカソードに１つのターゲットを同軸関係で取り付けた構造を有し、反応性ガスはターゲット中央部からターゲット外周部に向かってターゲット表面に沿って流される。
【００２０】
本発明に係る第３のスパッタリング装置（請求項３に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、カソードユニットは、カソードとターゲットから成るカソードセットが複数設けられた構造を有し、複数のカソードセットはカソードユニットの中心部の周りにオフアクシスで配置される。
【００２１】
本発明に係る第４のスパッタリング装置（請求項４に対応）は、ターゲットを備えたカソードを基板に対向させ、反応性スパッタリングでターゲットをスパッタして基板に膜を堆積させるスパッタリング装置であり、カソードとターゲットから成るカソードセットが複数設けられた構造を有するカソードユニットを備え、複数のカソードセットはカソードユニットの中心部の周りにオフアクシスで配置され、少なくとも反応性ガスを各カソードセットの中央部からその周縁部に向けてターゲット表面に沿って流すガス導入機構を設けるように構成される。
【００２２】
本発明に係る第５のスパッタリング装置（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、ガス導入機構は、反応性ガスを導入する導入孔と、導入された反応性ガスを分散させるガス分散部材とを含むように構成される。
【００２３】
本発明に係る第６のスパッタリング装置（請求項６に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、ターゲットの周りを囲みかつ基板に対して開口した部分を有する覆い部材を備えることで特徴づけられる。
【００２４】
本発明に係る第７のスパッタリング装置（請求項７に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、ターゲットから基板へ移動するターゲット材粒子を選択的に通過させる通過選択部（羽根状部材）を備える。
【００２５】
本発明に係る第８のスパッタリング装置（請求項８に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、通過選択部は、ターゲットと基板の間で、基板と同軸関係で回転可能に設けられていることで特徴づけられる。
【００２６】
本発明に係る第９のスパッタリング装置（請求項９に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、反応性ガスをターゲット表面に沿って外方へ流す中央ガス導入機構と共に、カソード外周部からターゲット表面に沿って反応性ガスを内方へ流す他の外周ガス導入機構を設けたことを特徴とする。この構成によれば、排気口の配置位置に拘らず、より効果的にターゲット表面における反応性ガスの濃度を均一にすることができる。
【００２７】
なお、本発明に係るスパッタリング装置は、カソードに対してカソード中心の周りに複数のターゲットを取り付け、かつこれらのターゲットの中心がカソード中心と同軸の円周を軌跡として回転するように構成することもできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する
【００２９】
図１と図２に基づいて本発明に係るスパッタリング装置の真空容器の代表的な構造を概略的に説明する。このスパッタリング装置は、縦型の反応性スパッタリング装置である。図１はスパッタリング装置の真空容器の水平断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。なお各図で、真空容器の壁部等は簡略して線図で示している。
【００３０】
このスパッタリング装置１０では、真空容器１１の内部で、成膜対象である基板１２は縦置き状態で配置されている。基板１２は、その両面は好ましくは垂直となるように配置されている。基板１２は、例えば環状形状であり、全体として薄い円板形状であってその中心部に孔が形成されている。縦置き状態で配置された基板１２は、図２に示されるように、垂直に立てて配置された基板支持プレート（基板ホルダ）１３によって垂直姿勢で配置されている。基板支持プレート１３あるいは基板１２は静止状態または回転状態であってもよいし、あるいは下部をレール搬送機構で搬送しながら移動可能な状態であってもよい。
【００３１】
図２に示すごとく、基板１２の両側に位置する左右の側壁１１ａ，１１ｂに縦置き状態にてカソードユニット１４が設けられている。図１および図２でカソードユニット１４は斜線ブロックで示されている。図１で、基板１２に両面に成膜を行う時には、真空容器１１の内部空間（真空室）は、例えばその底壁部から排気を行う真空排気装置１５で所要の真空状態にされており、また成膜対象である基板１２は基板支持プレート１３によって図１および図２に示された位置に保持される。
【００３２】
ここで「カソードユニット」の実際の構造を説明する。「カソードユニット」は、１つまたは２以上のカソードを含み、当該カソードの真空室側表面にターゲットを取り付け、原則的に、１つのカソードには１つのターゲットが取り付けられる構造を有する。１つのカソードと１つのターゲットから成るセット（組）をこの明細書では「カソードセット」と呼ぶ。カソードセットでは、ターゲットとカソードは同軸的位置関係にあり、ターゲット中央部とカソード中央部とは一致している。
【００３３】
上記のカソードユニット１４で、１つのカソードを含むとき、当該カソードが同軸位置関係にある１つのターゲットを備え、１組のカソードセットを含むように構成される。この構成例では、ターゲット中央部とカソード中央部とカソードユニットの中央部とは一致している。
【００３４】
また上記のカソードユニット１４で、例えば３つのカソードを含むとき、３つのカソードのそれぞれが同軸位置関係にある１つのターゲットを備え、３組のカソードセットを含み、かつ、これらの３組のカソードセットは例えば円板状取付部材の上に１２０度の角度で位置をずらせて配置されるように構成される。この構成例では、各カソードセットでのターゲット中央部とカソード中央部とは一致しているが、カソードユニットの中央部との間の位置関係においては位置がずれている。
【００３５】
なおカソードユニット１４は、全体の形状として円板形状またはリング形状を有するものであり、軸心部を有している。
【００３６】
上記の反応性スパッタリング装置１０の真空容器１１の内部には、ターゲットをスパッタするプラズマを生成するため、スパッタリングを行うためのアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス（スパッタガスまたはプラズマ生成ガス）と、酸素や窒素等の反応性ガスとが導入される。不活性ガスと反応性ガスの導入は、混合ガスとして一緒に導入されてもよいし、独立して別個に導入されてもよい。導入の仕方に応じてガス導入機構の構成は適宜に選択される。図１と図２の図示内容ではガス導入機構の図示は省略されている。さらに各カソードユニット１４には、ターゲットに対してスパッタリングが行われるようにカソードに所要電圧を印加する電源１６が接続されている。通常、電源１６は、ターゲットごと、すなわちカソードごとに設けられている。
【００３７】
図１によれば、真空容器１１内には例えば２枚の基板１２が配置され、２枚の基板のそれぞれに対して左右位置にカソードユニット１４を設けることにより、容器全体として４つのカソードユニット１４が設けられている。各基板１２は左右のカソードユニット１４からほぼ等距離に配置されている。各基板１２と左右のカソードユニット１４の各々の間には、カソードユニット１４のターゲットを覆いかつ基板１２の表面に対向する部分に開口１７ａを有する覆い部材１７が設けられている。覆い部材は線図で描かれているが、例えば底の浅い鍋または皿に似た環状の部材である。
【００３８】
スパッタリング装置１０の真空容器１１の内部には、前述した通り、スパッタリングを行うためのＡｒ等と反応性ガスとが導入される。本発明では、真空容器１１内でのターゲットの関係において、反応性ガスの導入の仕方が重要であるので、この実施形態では、以下において、反応性ガスに関するガス導入機構と反応性ガスの導入の仕方（真空室内での反応性ガスの流し方または吹出し方）が詳述される。本実施形態では、反応性ガスとスパッタガスは混合して導入される構成と仮定している。従って、真空容器１１内での反応性ガスの流れとスパッタガスの流れとは同じである。以下の説明では反応性ガスの導入および流れを中心にして説明する。なお、別のガス導入機構を設け、反応性ガスをスパッタガスと別々に流すことも可能である。
【００３９】
真空容器１１内を所要の真空状態にするため、または真空容器１１内に導入されたガスを真空容器外に排気するために、図２に示すごとく、真空容器１１の下側に真空排気装置１５が付設されている。真空排気装置１５は、真空容器１１の底壁に設けられたバルブ１８を通して真空室内の排気またはガス排出を行う。このスパッタリング装置１０の真空容器１１では、下方にガスを引出す構造になっている。さらに図２に示すごとく、覆い部材１７の上部には水平な内壁部１９を設けて、真空室内に導入されたガスが逃げるスペース２０が形成されている。この図示例では、覆い部材１７は内壁部１９に固定されている。
【００４０】
次に上記構造を有したスパッタリング装置１０の真空容器１１において、図３と図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図３は、図２と同様な上記Ａ−Ａ線断面図であり、具体的装置に即したより詳細な構造を示している。図３では、カソードユニット１４の部分の詳細構造と反応性ガスの導入および流れ方が示される。図４は、図３におけるＢ方向矢視図であり、カソードユニット１４の部分、すなわちカソードとターゲットの正面形状を示す図である。図３において、上記の図１と図２で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付している。
【００４１】
図３において、カソードユニット１４のカソード２１の真空室側の表面にターゲット２２が取り付けられている。図４に示すごとく、カソード２１とターゲット２２は、ほぼ同形であって例えば環状（リング状）の形状を有しており、それぞれ中央部（中心部）に孔が形成されている。ターゲット２２は、カソード２１に同軸的な位置関係で固定されている。上記カソード２１には、図２等で説明した通りで所要の電圧が印加されている。またこの実施形態では、カソード２１とターゲット２２は真空容器１１の側壁部に固定されている。
【００４２】
カソード２１の中央孔およびターゲット２２の中央孔の部分には、図示しないガス管を介して反応性ガス供給装置２３（アルゴンガス等のスパッタガスとの混合ガスを導入する。以下「反応性ガス供給装置」という）が接続されている。図３中、矢印２４は反応性ガス供給装置２３から真空容器１１の内部へ供給される反応性ガスの流れを示している。
【００４３】
真空容器１１において、反応性ガスの導入部（吹出し部）である反応性ガス導入機構はターゲット２２の中央部に設けられる。この反応性ガス導入機構は、同軸であるカソード２１とターゲット２２の各中央孔（ガス導入孔）と、ターゲット２２の中心軸位置に配置されるガス分散部材２５と、このガス分散部材２５とターゲット２２の中央孔内面との間に形成されるガス導入口とから構成されている。
【００４４】
ガス分散部材２５は、ターゲット２２との間において、放電を起さない程度の距離、例えば２〜３ｍｍ程度の間隔をあけて配置される。図３において、ガス分散部材２５は、例えば、図示しない固定部材によって固定されて配置される。しかしながら、ガス分散部材２５の配置は固定に限定されない。ガス分散部材２５は、径の小さい軸部と径の大きい分散部（拡径部）とを備える。ガス分散部材２５の分散部は、ターゲット２２の中央孔の内側開口部の広い部分を塞ぐような位置関係で設けられている。ガス分散部材２５とターゲット２２の中央孔内面等との間の間隔部分が反応性ガスの流れの通路を形成する。ガス分散部材２５の周囲の上記ガス導入口から導入されたガスは、ガス分散部材２５の上記分散部に衝突し方向を変えて側方に吹出し、矢印２６に示すごとくターゲット２２の表面に沿って中央部から外周部（周縁部）へ均等に流れる。
【００４５】
上記のようにターゲット２２の表面に沿って均等に反応性ガスを吹き出させた状態において、不図示の高周波または直流電圧をカソード２１に印加してプラズマを発生させ、これによりターゲット２２からスパッタされたスパッタ粒子（ターゲット材粒子）が反応性ガスと反応し、基板１２上に所望の反応性膜が堆積される。
【００４６】
アルゴンガス等のスパッタガスと反応性ガスを別々に導入する場合、反応性ガスは前述のようにカソードあるいはターゲット中央部の反応性ガス供給装置２３から導入するが、スパッタガスについては真空容器のどの部分から導入してもよい。例えば、真空容器の上部またはカソードもしくはターゲット外周部から導入してもよい。また後述するようにカソードまたはターゲットの外周部から導入するガスを反応性ガスとの混合ガスとしてもよい。
【００４７】
上記において、基板１２と対向したターゲット２２の表面の近傍に主たるガスの流れ（２６）が形成され、かつ基板１２側には分散しないように、ガス分散部材２５の頂部（分散部）がターゲット２２の表面を含む平面よりも真空室内側に突出していることが好ましく、さらに当該頭部がその径を大きくし前述のごとく拡径部として形成されていることが好ましい。
【００４８】
またターゲット２２の周りは覆い部材１７で囲まれている。覆い部材１７の大きさ、覆い部材１７とターゲット２２および基板１２との距離は、主にターゲット２２の表面近傍でのガスの流れ、および当該表面近傍からのガスの流れが効果的に形成されかつ排気が行われるように、適宜に設定される。図３において反応性ガス導入機構を通して当該導入機構から真空室内へ導入された反応性ガスは、矢印２６に示すごとく、上方においてはスペース２０の方へ流れ、下方においてバルブ１８に対応する孔部分を経由して矢印２７のように真空容器外へ排出される。
【００４９】
覆い部材１７を用いた上記構成では、スパッタ粒子が真空室内の他の箇所に飛行するのを阻止することができるが、相乗的に反応性ガスの流れを効果的にターゲット表面近傍に形成することができる。
【００５０】
なおガス分散部材２５の頂部は、必ずしも、ターゲット２２の表面を含む平面から突出していなくてもよい。
【００５１】
上記の第１実施形態によれば、上記の反応性ガス導入機構によって矢印２６に示すごとくターゲット２２の表面に沿って中心部から外周部へ反応性ガスを均等に流すことができるので、ターゲット表面に沿って流れる反応性ガスの濃度を均一にでき、反応性ガスとターゲットの反応の均一化を高め、基板１２に堆積される膜の膜厚、膜質、膜特性を均一化することができる。
【００５２】
さらに本発明の第２実施形態に係るスパッタリング装置を図５〜図７に示す。図７で示すような等間隔で放射状に延びる複数（例えば９枚）の羽根３１ａを有する羽根状板材３１を、反応性ガス導入機構の円筒状のガス分散部材２５に対して、同軸的にかつ回転自在に取り付け、当該羽根状部材３１を回転させると、より効果的にターゲット表面上の反応性ガス濃度を均一にすることができ、基板上に均一な反応性膜を形成することができる。図５は羽根状板材３１を取り付けたスパッタリング装置の図３と同様な図、図６は羽根状板材３１を取り付けたスパッタリング装置の図４と同様な図である。図５と図６において、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
上記において、図３に示したガス分散部材２５は、例えば中実部材で形成され、かつ前述の通り固定して設けられていた。これに対して、図５に示したガス分散部材２５は、好ましくは、羽根状部材３１の軸部を挿通させることのできるように、円筒状軸部を有する中空部材で形成されかつ固定されている。またガス分散部材２５を不図示の回転駆動機構によって回転自在になるように設け、当該ガス分散部材２５の頂部に、突出状態で上記羽根状部材３１を溶接等で接合して固定するように設けることもできる。この構成では両者一体になって回転自在に設けられる。なお、この場合において、ガス分散部材２５の頂部に対して羽根状部材３１を取付け・取外し自在に設けることも可能である。羽根状部材３１を取外す場合には、ガス分散部材２５は回転させない状態に保持されて用いられることが好ましい。
【００５４】
上記羽根状部材３１は、真空容器１１の外部に配置した回転ギア機構に連結されて回転駆動される。また羽根状部材３１は、反応性ガス導入機構とは独立してまたは一体化して、自在に回転することができる。当該羽根状部材３１は、ターゲットから基板へ移動するターゲット材粒子を選択的に通過させる手段であり、複数の羽根により、当該羽根の間に形成されるスペースに基づき軸対称の複数の開口領域が形成されている。羽根状部材３１の詳細な構成については、本発明と同じ出願人により出願された例えば特願２００１−２６２１０８号（特開２００３−７３８２５号）に開示されている。
【００５５】
前述の第１または第２の実施形態の構成を有するスパッタリング装置を利用して、例えば、ガラス基板上に（ＣｒＮｂ合金の窒化膜）／（Ｃｒ合金）／（Ｃｏ系膜）／（保護膜）を堆積させて面内方向磁気記録媒体を作製すると、この面内方向磁気記録媒体で磁気的特性の１つであるＨｃは±２．５％であった。これに対し図１２の従来装置を利用して同じ膜構成で磁気記録媒体を作製すると、そのＨｃは±４５．７％であり、本発明により大幅な改善が見られた。これは、ＣｒＮｂターゲット表面上の窒素ガス濃度が均一になったため、多層膜構成のうちのＣｒＮｂの窒化膜の膜質が均一化し、デバイスとしての磁気的特性が向上したものと考えられる。
【００５６】
本実施形態に係るスパッタリング装置によれば、羽根状部材３１の有無により、「面内方向」と「垂直方向」のいずれの磁気記録媒体にも適応することができる。なお磁気記録媒体の作製に限らず、通常の反応性スパッタ膜の作製にも適用できることは勿論である。
【００５７】
次に、図８および図９に基づいて本発明に係るスパッタリング装置の第３実施形態を説明する。図８は上記の図３に対応し、図９はカソードユニットの部分に関して上記の図４に対応している。なお図８のカソードユニットの部分の断面は、図９におけるＣ−Ｃ線断面で描いている。なお図８および図９において、前述の第１または第２の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付している。
【００５８】
第３実施形態では、軸部（中心部）４０に対して複数のターゲット４１がオフアクシスの関係で配置されている。例えば図９に示すように、円板形状を有する３つのターゲット４１が取り付けられている。３つのターゲット４１のそれぞれの背面側には、ターゲット４１とほぼ同径のカソード４２が設けられている。ターゲット４１とカソード４２から成るカソードセット４３は、好ましくは円板状の取付け部材４４に固定される。円板状取付け部材４４において、図９に示されるように、３つのカソードセット４３は、取付け部材４４の中心部４０の周囲に例えば１２０度の角度間隔で配置されている。図９では、円板状取付け部材４４におけるターゲット４１の配置のみが示される。３つのターゲット４１の各々はその中心部が取付け部材４４の中心部４０からずれた状態、すなわちオフアクシス状態で取り付けられている。
【００５９】
第３実施形態によるカソードユニット１４は、３つのカソードセット４３と、これらを上記の配置関係に基づいて固定される円板状取付け部材４４とで構成されることになる。
【００６０】
この実施形態では、反応性ガスは、矢印２４に示される通りカソードユニット１４の中央部に形成された孔を通して導入され、矢印２６に示される通りカソードユニット１４の中心部からカソードユニット１４の外周縁に向かって径方向に流れる。
【００６１】
この実施形態では、取付け部材４４すなわちカソードユニット全体を回転させる構造とすることにより、３つのターゲット４１を、中心部４０の周りに回転させる。図８では円板状取付け部材４４を回転させる機構の図示は省略されているが、その機構の一例としては、例えば本願出願人が先に出願した特願２０００−２７８９６２号に開示されている。
【００６２】
さらにこの実施形態でも、前述した羽根状部材３１が備えられている。この実施形態の場合には、羽根状部材３１はガス分散部材２５の頂部に突出して固定されている。ガス分散部材２５と羽根状部材３１は、図示しない回転駆動機構によって回転させられる。
【００６３】
円板状取付け部材４４すなわちカソードユニット１４の軸部４０に、前述した反応性ガスのガス導入機構が設けられる。ガス導入機構は、反応性ガスを導入する導入孔部分とガス分散部材２５とによって構成される。また上記覆い部材１７は省略され、代わりにスペース２０を形成する上部の内壁部４５が設けられてもよい。なお覆い部材１７を設けることもできる。その他の構成については前述した実施形態と同じである。第３実施形態でも前述した実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００６４】
上記の第３実施形態において、オフアクシスのターゲット４１の個数は３個に限定されない。少なくとも１個であればよい。またターゲット４１は円板状である必要はなく、中央に孔が空いた環状であってもよい。
【００６５】
またガス分散部材２５と羽根状部材３１から成る機構部分は固定して設けてもよい。この構成であっても、カソードユニット側を回転させる構造を採用しているので、羽根状部材３１と３つのターゲット４１との間では相対的に位置が変化するので、ターゲットから基板へ移動するターゲット材粒子を選択的に通過させることができる。
【００６６】
図１０〜図１２を参照して上記第３実施形態の変形例を説明する。各図において、（Ａ）はカソードユニット１４の正面を示す図９と同様な図であり、（Ｂ）は各図の（Ａ）においてその特徴部が示されるように切断面を設定した断面図である。
【００６７】
図１０による変形例では、取付け部材４４に固定された３つのターゲット４１の任意の２つの間に仕切り板４６が配置されている。例えば、ターゲットが３つの場合には、３つの仕切り板４６はそれぞれターゲットを囲むように、好ましくは１２０°の角度を隔てて等間隔で配置されている。その他の構成は第３実施形態であるので、実質的に同一の要素には同一の符合を付し、説明を省略する。図１０の（Ｂ）では、隣り合う２つのカソードセット４３の断面部と、隣り合う２つの仕切り板４６の側面が示されている。この変形例によれば、ターゲット等の配置がオフアクシスであってカソードユニット１４の中央部から反応性ガスを導入しながら、仕切り板４６によって他のターゲットからのスパッタ粒子が飛び込むのを防止することができる。その効果は、前述した第３実施形態の効果と同じである。仕切り板４６の取付けは、取付け部材４４の表面に直接固定されてよいし、浮いた状態で固定されてもよい。
【００６８】
図１１による変形例では、取付け部材４４に固定された３つのターゲット４７が円板状でなく、リング状である。取付け部４４では、前述の実施形態のように中央に反応性ガス導入機構（孔部およびガス分散部材）を備えていない。３つのカソードセット４３は全体としてリング形状を有し、かつその中央部にガス分散部材２５を有し、反応性ガス導入機構を備えている。図１１の（Ｂ）は（Ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。この変形例では、カソードユニット１４においてオフアクシスで配置されたリング形状の３つのターゲットセット４３で、各ターゲットセット４３の中央部に反応性ガス導入機構を備えている。これによって、３つのターゲット４７の各中央部から反応性ガスを導入させることができ、上記の実施形態と同様な効果が発揮される。
【００６９】
図１２による変形例では、図１１に示した構成において３つのカソードセット４３の各々でターゲット４７の周囲に円形の仕切り板４９を設けている。（Ｂ）は（Ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。その他の構成は、図１１の実施形態と同じであるので、図１２において同一要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この変形例では、カソードユニット１４においてオフアクシスで配置されたリング形状の３つのターゲットセット４３で、各ターゲットセット４３の中央部に反応性ガス導入機構を備え、かつターゲット４７の周囲に仕切り板４９を備えている。これによって、３つのターゲット４７の各中央部から反応性ガスを導入させることができ、上記の実施形態と同様な効果が発揮されると共に、隣り同士のターゲットの間でスパッタ粒子が互いに飛び込むのを防止することができる。仕切り板４９の取付けは、取付け部材４４の表面に直接固定されてよいし、浮いた状態で固定されてもよい。
【００７０】
図１３は本発明に係るスパッタリング装置の第４実施形態を示す。このスパッタリング装置の横型のスパッタリング装置である。真空容器１１の底壁１１ｃに１つの環状のターゲット２２が配置されている。５１は例えば円板状の基板である。基板５１の支持機構の図示は省略されている。またカソードおよびこれに関連する部分、真空排気装置の図示は省略されている。図１３において、上記の各実施形態で説明された要素と実質的に同一の要素には同一の符合が付されている。このスパッタリング装置でも、ターゲット２２の中央部に反応性ガス導入機構が設けられている。この反応性ガス導入機構で導入された反応性ガスは、矢印５２に示すようにターゲット２２の表面に沿って中心部から外周部に向かって反応性ガスが均一に流れ、その濃度は均一化される。反応性ガス等は、ターゲット２２の周囲に設けられた排気口５３から矢印５４のごとく排気される。第４実施形態によるスパッタリング装置によっても、前述の実施形態と同じ効果を生じさせることができる。
【００７１】
図１４は本発明に係るスパッタリング装置の第５実施形態を示す。第５実施形態は第４実施形態の変形例である。第５実施形態において、第４実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付している。この実施形態では、真空容器の側壁部に他のガス導入部６１と、矢印６２に示すごときガス排気ポート６３を備えている。さらに、ターゲット２２の中央部における前述した反応性ガス導入機構に加えて、真空容器１１の底壁１１ｃにおけるターゲット２２の周囲の全周部分または任意のいくつかの箇所に反応性ガス導入機構６４を設けている。符合６５は、反応性ガス導入機構６４によって真空室内に導入され、かつ外周部から中心部に向かう反応性ガスの他の流れを示す。この場合、反応性ガス供給装置は、好ましくは、図３で示された装置２３が共用される。なお前述したターゲット２２の周囲に設けられた排気口５３は備えられず、不図示の排気機構に接続されたガス排気ポート６３を介して排気される。その他の構成は、第４実施形態の構成と同じである。
【００７２】
第５実施形態によれば、ターゲット２２の中央部またはカソードの中央部からの反応性ガスの流れと、その外周部からの反応性ガスの流れが形成されるので、より効果的にターゲット表面上の反応ガス濃度を均一にすることができる。なお、第５実施形態では、他のガス導入部６１から例えばアルゴンなどのスパッタガスを導入し、ターゲットまたはカソード中央部とその外周部から反応性ガスを導入しているが、他の実施形態のように少なくともターゲットまたはカソード中央部から、反応性ガスを含むガス（反応性ガスまたは混合ガス）を導入すれば、スパッタガスおよび補助的な反応性ガス（中心から導入する以外の反応性ガス）はいずれの導入部から導入してもよい。
【００７３】
なお第５実施形態の場合には、カソードは、好ましくは、同じ出願人による特開２００２−０８８４７１公報に公開された構造で回転させている。
【００７４】
上記の第４と第５の実施形態においても、前述の実施形態と同様に、図３に示すごとく覆い部材１７を設けたり、ターゲットを図９等に示したオフアクシス構造のターゲット構成にしたり、さらに図７に示した羽根状部材３１を回転自在に付設するようにすることもできる。また反対に、第１実施形態等の縦型のスパッタリング装置においても図１３や図１４に示した特徴的構成を付加することができる。
【００７５】
図１５に基づいて上記の反応性ガス導入機構における反応性ガスの流し方に係る構造の例を説明する。前述した各実施形態では、原則的に、（Ａ）に示されるように、カソードユニット１４に形成された孔１４ａに挿通されたガス分散部材２５の構造において、ガス分散部材２５と孔内面の間に形成される隙間を利用して反応性ガス７１を導入していた。これに対して、（Ｂ）に示されるように、ガス分散部材２５の筒状軸部２５ａをパイプ状（ガス配管として）に形成すると共に、拡径部２５ｂの根元部分に複数のガス吹出し口７２を作って反応性ガスを吹出すように構成することもできる。
【００７６】
上記の各実施形態の説明では、本発明を理解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に示しているので、本発明は図示例に限定されることがなく、両面スパッタリング装置あるいは片面スパッタリング装置のそれぞれに入れ替え可能である。また実施形態の両面スパッタ構成では、２組のカソードユニットを基板の両側に配置したが、カソードユニットの組数は基板数やプロセスにより変更可能である。またカソードユニットを回転させる構造も可能であり、この場合にはカソードユニットの軸心部を利用して水配管や電気配線が設けられる。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７８】
基板に成膜を行うためのスパッタリング、特に反応性スパッタリングでターゲットをスパッタして基板に膜を堆積させる装置において、少なくとも反応性ガスをカソードユニットの中央部からターゲット表面に沿って外方へ流すガス導入機構を設けたため、ターゲットの表面全面で反応性ガスの濃度が均一になり、基板上に堆積される膜の膜厚、膜質、膜特性を均一にすることができる。
【００７９】
また少なくとも反応性ガスの導入を、カソード中央部（カソードとターゲットとが同軸位置関係のときにはターゲット中央部）の位置に設けたガス導入機構から行い、ターゲット表面に沿うようにガスの流れを形成したため、ターゲットの表面全面において、反応性ガスの濃度が均一になり、この結果、基板上に堆積される膜の膜厚、膜質、膜特性を均一にすることができる。
【００８０】
また覆い部材を設けたため、ターゲット表面上での反応性ガスの流れを相乗的にターゲット表面近傍でターゲット表面に沿うように形成することができる。
【００８１】
また、ターゲットから基板へ移動するターゲット材粒子を選択的に通過させる通過選択部を設け、通過選択部を回転させるようにしたため、反応性ガスの流れをターゲット表面近傍でターゲット表面に沿うように形成し、ターゲット表面により均一な反応性ガス濃度を形成することができる。
【００８２】
さらに外周ガス導入機構を設けてターゲット外周部等からも反応性ガスを導入するようにしたため、さらにターゲット表面の反応性ガス濃度を均一にすることができる。
【００８３】
上記によって、基板上に形成される反応性膜の特性はさらに均一になり、これを構成層として含む多層膜からなる磁気記録媒体の磁気的特性のばらつきや、さらには媒体の製造工程の歩留まりを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の概略的構成を示す真空容器の水平断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係るスパッタリング装置の第１実施形態の要部構成を示す図２と同様な図である。
【図４】図３におけるＢ方向矢視図である。
【図５】本発明に係るスパッタリング装置の第２実施形態の要部構成を示す図２と同様な図である。
【図６】図５におけるＢ方向矢視図である。
【図７】羽根状部材の斜視図である。
【図８】本発明に係るスパッタリング装置の第３実施形態の要部構成を示す図２と同様な図である。
【図９】第３実施形態の構成でカソードとターゲットと羽根状部材の関係を示す正面図である。
【図１０】上記第３実施形態の第１の変形例の要部構成を示し、（Ａ）はカソードユニットの正面図、（Ｂ）は特徴的構成を示す縦断面図である。
【図１１】上記第３実施形態の第２の変形例の要部構成を示し、（Ａ）はカソードユニットの正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】上記第３実施形態の第３の変形例の要部構成を示し、（Ａ）はカソードユニットの正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１３】本発明に係るスパッタリング装置の第４実施形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図１４】本発明に係るスパッタリング装置の第５実施形態の要部構成を示す縦断面図である。
【図１５】反応性ガス導入機構のガスの流し方の例（Ａ），（Ｂ）を説明する縦断面図である。
【図１６】従来のスパッタリング装置の横断面図である。
【図１７】従来の他のスパッタリング装置の縦断面図である。
【符合の説明】
１０ スパッタリング装置
１１ 真空容器
１２ 基板
１３ 基板支持プレート
１４ カソードユニット
１５ 真空排気装置
１６ 電源
１７ 覆い部材
２１ カソード
２２ ターゲット
２３ 反応性ガス供給装置
２４ 反応性ガスの流れ
２５ ガス分散部材
２６ 反応性ガスの流れ
３１ 羽根状部材
４１ ターゲット

Claims (9)

1. ターゲットを備えたカソードを基板に対向させ、反応性スパッタリングで前記ターゲットをスパッタして前記基板に膜を堆積させるスパッタリング装置において、
   反応性ガスをカソードユニットの中央部からターゲット表面に沿って外方へ流すガス導入機構を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記カソードユニットは１つの前記カソードに１つの前記ターゲットを同軸関係で取り付けた構造を有し、前記反応性ガスはターゲット中央部からターゲット外周部に向かってターゲット表面に沿って流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。
3. 前記カソードユニットは、前記カソードと前記ターゲットから成るカソードセットが複数設けられた構造を有し、複数の前記カソードセットは前記カソードユニットの中心部の周りにオフアクシスで配置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。
4. ターゲットを備えたカソードを基板に対向させ、反応性スパッタリングで前記ターゲットをスパッタして前記基板に膜を堆積させるスパッタリング装置において、
   前記カソードと前記ターゲットから成るカソードセットが複数設けられた構造を有するカソードユニットを備え、複数の前記カソードセットは前記カソードユニットの中心部の周りにオフアクシスで配置され、反応性ガスを各カソードセットの中央部からその周縁部に向けてターゲット表面に沿って流すガス導入機構を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
5. 前記ガス導入機構は、前記反応性ガスを導入する導入孔と、導入された前記反応性ガスを分散させるガス分散部材とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
6. 前記ターゲットの周りを囲みかつ前記基板に対して開口した部分を有する覆い部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
7. 前記ターゲットから前記基板へ移動するターゲット材粒子を選択的に通過させる通過選択手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
8. 前記通過選択手段は、前記ターゲットと前記基板の間で、前記基板と同軸関係で回転可能に設けられていることを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。
9. 前記反応性ガスをターゲット表面に沿って外方へ流す前記ガス導入機構と共に、カソード外周部からターゲット表面に沿って反応性ガスを内方へ流す他のガス導入機構を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。

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