JP3254782B2

JP3254782B2 - 両面スパッタ成膜方法及びその装置並びにスパッタ成膜システム

Info

Publication number: JP3254782B2
Application number: JP01841493A
Authority: JP
Inventors: 裕斉藤; 新治佐々木; 恒雄小川; 勝男阿部; 眞一金子; 和浩宇良; 和敬岩上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH05295538A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板の両面に薄膜を形成
するスパッタ成膜方法及びその装置並びに成膜システム
に関し、特にターゲットの利用効率の向上、ターゲット
印加電力当りの基板へのスパッタ粒子の付着確立を向上
するとともに薄膜の膜厚を均一に形成する方法及び装置
並びにこの装置を複数用いた成膜システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に薄膜を形成するスパッタ方法は、
シィン・フィルム・プロセシィーズ（１９７８）第１３
１頁から第１７３頁（THIN FILM PROCESSES（１９８
７）ｐｐ１３１−１７３）に記載されているプレーナマ
グネトロンスパッタ方法が膜の形成速度が速く、また膜
厚均一性も優れるため主に使用されている。前記スパッ
タ方法を用いた両面成膜装置は特開昭６０−１０６９６
２に記載されているがターゲットの利用効率の向上や基
板へのスパッタ粒子の付着確立の向上、膜厚の均一化、
形成する薄膜の結晶軸を制御することについては考慮さ
れていない。更に、このプレーナマグネトロンスパッタ
方式の成膜装置において、ターゲットの利用効率を向上
させる方法が特開昭５８−３９７５に記載されている
が、基板へのスパッタ粒子の付着確立を向上させること
や、ターゲットの中心部から最外周部までエロージョン
域を拡大するような利用率向上の方法については考慮さ
れていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記で述べた枚葉式の
静止対向形プレーナマグネトロンスパッタ方法では、一
般に基板とターゲットの距離は基板直径の半分に設定
し、またターゲットのエロージョンの中心の径（エロー
ジョンが最も深く侵食する部分が形成する円の径）が基
板直径とほぼ同くなるドーナツ状のエロージョンを形成
するような磁気回路を用いていた。この方法ではターゲ
ットから放出されたスパッタ粒子の基板への付着確率は
基板の寸法が大きくなるほど小さくなり、直径１５０ｍ
ｍの基板では２５％程度であった。

【０００４】このようにスパッタ粒子の基板への付着確
率が低いために、投入電力の無駄も多く、またエロージ
ョンが比較的狭い場所に限られるため、ターゲットの利
用効率も低かった。このターゲットの利用効率の向上方
法として発明された上記従来技術（特開昭５８−３９７
５）にしても、エロージョン幅の中心が基板直径となる
ドーナツ状のエロージョンを形成するときにエロージョ
ンの幅を広げる工夫をしたものであるが、基板とターゲ
ットの距離は基板直径の半分を標準としているので、タ
ーゲットから放出されたスパッタ粒子の基板への付着確
率を向上させることについては考慮されていなかった。

【０００５】又、一般にマグネトロンスパッタ方法で
は、エロージョン位置をターゲット中心部に持ってくる
（エロージョンの径を小さくする）ためには磁気回路を
制御して磁力線を中心部に集中させなければならない
が、この時、同時に磁力線の弧の部分がヘアピンのよう
に基板側へ伸びることによってプラズマが不安定となっ
てしまう。また、エロージョン位置をターゲットの外周
部付近まで振るためにはプラズマ中の電子がターゲット
外周部のアノードに流入してプラズマが消滅してしま
う。

【０００６】上記した従来の技術には、上述したような
プラズマが不安定となってしまうこと及びプラズマが消
滅してしまうことに対して解決する方法及び手段につい
て触れられていない。即ち、上記従来の技術では、ター
ゲットの中心部から外周部に至るまで広範囲に渡りエロ
ージョンを発生させてターゲットから放出されたスパッ
タ粒子を効率良く基板に付着させ、かつ高い利用効率で
ターゲットを使用することについて考慮されていなかっ
た。

【０００７】本発明の目的は、プレーナマグネトロンス
パッタにおいて、ターゲットから放出されたスパッタ粒
子を効率良く基板に付着させ、かつ、膜厚が均一で、結
晶軸が基板の全面に渡ってほぼ垂直に成長するように薄
膜を形成する両面スパッタ成膜方法およびその装置、及
び上記両面スパッタ方法で製作した基板を備えた磁気デ
ィスク装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板の両側
に設置する一対のターゲットの間隔を基板の径よりも狭
く設定し、かつ、基板の両側に複数個の電磁石により構
成され基板に対して対称な磁場を形成する磁場発生手段
を設け、磁場中に閉じ込めたプラズマの位置を磁場で制
御してターゲットの中心部から外周部に至るまで広範囲
に渡りエロージョンを発生させることにより達成され
る。

【０００９】

【作用】基板とターゲットとの間隔を狭く設定すること
により、ターゲット上のスパッタされる位置から基板を
見込む立体角が増加するので、ターゲットから余弦則に
基づいて放出されるスパッタ粒子の基板付着確立を大き
くすることができる。

【００１０】また、前記した磁場発生手段で基板に対し
て対称な磁場を基板の両側に発生させることにより、一
般にカスプ磁場と呼ばれる互いの磁力線が反撥しあう磁
場が基板を挾んで形成され、エロージョン位置が中央部
に来るような磁場を構成しても基板の両側から延びる磁
力線が基板を挾んで互いに反撥しあうので、前述したよ
うな磁力線の弧の部分がヘアピンのように基板側へ伸び
ることによって生ずるプラズマの不安定という問題は解
決される。従って、プラズマを従来よりもターゲットの
中心部付近に安定に発生させられるので、エロージョン
位置をターゲットの中心側に持ってくることができるよ
うになる。

【００１１】更に、プラズマは前記したカスプ磁場中に
閉じ込められるので、プラズマをターゲットの外周部付
近に発生させても、プラズマ中の電子はカスプ磁場にト
ラップされており、ターゲット外周部のアノードに流入
するのが防止されるので、ターゲットの外周部付近でも
プラズマを安定に維持でき、これによりエロージョン位
置をターゲットの外周部まで振ることができるようにな
る。

【００１２】以上のように、ターゲットと基板との間隔
を狭くし、かつ、エロージョンをターゲットの中心側か
ら外周部まで振ることにより、基板上には膜厚の分布が
より均一な薄膜を形成することができる。また、基板の
全面に渡って入射するスパッタ粒子は垂直に入射する成
分が増加するので、基板上に形成される薄膜は、結晶軸
が基板の全面に渡ってほぼ垂直に成長する。更に、ター
ゲットの広い領域に渡ってエロージョンが形成されるの
で、高い利用効率でターゲットを使用することができ
る。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１は本発明の適した構成の実施例を示したものである。

【００１４】真空排気装置２とガス導入機構３を設置し
た真空容器１の内部の略中心部に基板４を載置した基板
ホルダ５が具備される。該基板４に対向して両側に絶縁
物６を介してカソード７，７´が設置され、それぞれア
ノード８，８´が設置されている。該カソード７，７´
は、ヨーク９，９´とコイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及
び１１ａ´，１１ｂ´，１１ｃ´、電源１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ及び１２ａ´，１２ｂ´，１２ｃ´とで構成
される電磁石群１０，１０´を具備し、基板４の側にタ
ーゲット１３，１３´を備えたバッキングプレート１
４，１４´が設置され、さらに該カソード７，７´には
スパッタ電源１５，１５´が設置され、上記コイル１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ及び１１ａ´，１１ｂ´，１１ｃ´
の電源１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ａ´，１２ｂ
´，１２ｃ´とスパッタ電源１５，１５´が設置され
る。ここで、バッキングプレート１４，１４´へのター
ゲット１３，１３´の取付けは一般に用いられている金
属によるボンディング又は図示されてないが機械的な締
結を用いた固定でも良くこの場合バッキングプレート１
４，１４´とターゲット１３，１３´の間にインジウム
（Ｉｎ）等の軟らかい金属を挿入することはターゲット
１３，１３´の冷却の点から有効である。

【００１５】以上の構成において、真空排気装置２によ
り真空容器１を所定の圧力に排気した後、ガス導入機構
３より不活性ガス（一般にＡｒガスを用いる）を真空容
器１内に導入し所定の圧力（一般に１０~²から１Ｐａ台
の圧力）に保持しする。ここで、コイル１１ａ，１１ｂ
に電源１２ａ，１２ｂにより電流を与えるることにより
ターゲット上に弧状の磁力線を発生させ、スパッタ電源
１５，１５´により電力を印加してプラズマを発生させ
るとともにスパッタ電源１５，１５´により生ずるター
ゲットの負の電位によりプラズマ中の不活性ガスイオン
をターゲット１３，１３´に衝突させスパッタ成膜を行
う。この時、ターゲット１３，１３´から放出されたス
パッタ粒子は、余弦則に従う事が知られており、ターゲ
ット１３，１３´と基板４の距離が近いほどスパッタ粒
子が基板に付着する量が多いいことが知られている。

【００１６】従って、カソード７，７´に印加するスパ
ッタ電源１５，１５´の印加電力当りの成膜速度又は量
は、ターゲット１３，１３´と基板４の距離により決ま
る。しかし、基板に付着する薄膜の膜厚均一性はターゲ
ット１３，１３´と基板４の距離が近いほど困難であ
り、ターゲット１３，１３´の中心部から周辺部までの
広い面積でエロージョンを発生させる必要が有る。これ
を実現する物として特開昭５８−３９７５に記載される
方法が提案されている。しかし、前記方法のスパッタ装
置は図４、図５に示すように、コイルは１１１ａ，１１
１ｂの２個の組合せより構成され、コイル１１ａに与え
る電流と反対の電流をコイル１１ｂ加えることで、ター
ゲット１３上の弧状の磁力線２１がターゲット１３中心
部で発生するが、この磁力線はヘアピン状となり、基板
４とターゲットとの距離が近いと磁力線が基板４を貫通
するため、プラズマ中の電子は基板に流入しプラズマ発
生が不安定となりターゲット中心部でのスパッタ成膜が
できなかった。

【００１７】また、図５に示すように、コイル１１ａ，
１１ｂに同一極性となる電流を加えることで、ターゲッ
ト１３上の弧状の磁力線２３がターゲット１３の外周部
で発生するが、この磁力線２３はアノード８を貫通する
ためプラズマ中の電子がアノード８に流入しプラズマが
消滅してしまい、ターゲット１３外周部のアノード８近
辺でのスパッタ成膜ができず、基板４とターゲット１３
との距離は従来のプレーナマグネトロンスパッタ(THIN
FILM PROCESSES（１９８７）ｐｐ１３１−１７３）と同
様の、基板直径の１／２程度であった。

【００１８】本発明では、図６に示すように、基板４の
両側にカソード７，７´を設置し、カスプ磁場を形成す
るように基板４とターゲット１３，１３´との距離を近
付け、かつカソード７，７´同志の磁極を同一とするこ
とで、ヘアピン状の磁力線２１ａ，２１ａ´は互いに反
発して扁平化され基板を貫通することなく弧状の磁力線
を形成する。これにより、ターゲットの中心部でも安定
にプラズマが発生出来、ターゲットの直径２０ｍｍの中
心部まで、エロージョンが起こることを確認した。ま
た、直径１６５ｍｍの基板を用いてスパッタ成膜した結
果、基板４とターゲット１３との距離が３０ｍｍまで
は、基板４にプラズマが接することなく安定なスパッタ
成膜が実現できた。

【００１９】更に、図７に示すように、コイル１１ａ，
１１ｂ及び１１ａ´，１１ｂ´に同一極性となる電流を
加えるとき、コイル１１ｃ，１１ｃ´に逆の極性となる
電流を加えることで磁力線はターゲット外周部へ移動
し、ターゲット１３，１３´の中心部に有ったプラズマ
がターゲット外周部へ移動して、外周部でのスパッタ成
膜が出来る。この時、ターゲット外周部の磁力線２３
ａ，２３ａ´はコイル１１ｃ，１１ｃ´により形成され
る磁力線２４，２４´により内側に押され、磁力線がア
ノード８，８´を貫通しなくなり、ターゲット直径２３
０ｍｍに対し２２０ｍｍと外周部のアノード８，８´近
辺でも安定なスパッタ成膜が実現できた。

【００２０】この成膜実験の結果を図８、９に示す。上
記実験にはターゲット直径２３０ｍｍ、基板直径１６５
ｍｍ、基板４とターゲット１３，１３´との距離（Ｔ／
Ｓ距離）を４０ｍｍとし、電磁石のコイル電流とスパッ
タ電力は図１０に示すようにターゲット中心部から外周
部への２位置を移動するスパッタ成膜とした。この結
果、膜厚の均一性は±１．７％が得られ、ターゲットの
エロージョン領域としてはターゲットの直径２０ｍｍの
中心部からターゲット直径２２０ｍｍの外周部までの広
い面積であった。

【００２１】このように、本発明によれば、ターゲット
の内周部から外周部に至る広い面積でエロージョンの発
生を可能とし、かつコイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及び
１１ａ´，１１ｂ´，１１ｃ´に加える電流の大きさ及
び極性を制御することでターゲットの任意の位置に任意
の大きさのエロージョンの発生を可能とするため、基板
上に形成するの薄膜の膜厚均一性の向上がはかれる。

【００２２】そこで、基板４とターゲット１３，１３´
との距離（Ｔ／Ｓ距離）と膜厚が±３％の均一性が得ら
れるエロージョン形状の関係を基板直径１６５ｍｍ、タ
ーゲット直径２３０ｍｍとして計算機でシミュレーショ
ンした結果を図１１に示す。また、図１２に基板４とタ
ーゲット１３，１３´との距離（Ｔ／Ｓ距離）と膜厚が
±３％の均一性が得られる条件でのターゲットの利用率
を示す。ここで、ターゲットの利用率はターゲットエロ
ージョンの最大深さに対する基板に付着した膜厚の割合
で示した。この結果、Ｔ／Ｓ距離８２．５ｍｍでターゲ
ット利用率２０％のものがＴ／Ｓ距離４０ｍｍにすると
ターゲット利用率５８％と２．９倍に向上する。

【００２３】また、本発明を磁気記録媒体の製造に適用
する場合には、図１の装置の電磁石群１０，１０´に電
流を印加するコイル電源群１２，１２´の出力電流値と
極性を制御することで膜厚均一性と膜質の両方向上出来
る。膜厚の均一性は、図１１に示したシミュレーション
の結果と同じになるようにプラズマの位置とその位置で
のスパッタ量を制御すれば良く、図１０に示したような
ターゲット内周部から外周部への２位置移動の成膜をす
るか、より好ましい方法としては図１３に示すように、
例えば内周部からスパッタ成膜を開始し順次ステップ状
に外周側に向かって成膜すれば良く、更に滑らかに成膜
するには図１４のように正弦波状に制御すれば良い。

【００２４】しかし、磁気記録媒体の成膜に上記した図
１０または図１３，図１４に示すようなプラズマの位置
を制御する成膜方法を採用すると、図１７に示すような
従来のスパッタ成膜システムを用いた場合の欠点、すな
わち真空容器１に相対して設置されたカソード７の中央
を基板４が移動しながら成膜するので、下地処理３１を
施した基板４に薄膜３２をスパッタ成膜すると、図１８
に示すように、膜の結晶軸３３が始めは進行方向に成長
し、次に逆の方向に曲がって成長してしまい、磁気特性
が悪いものとなっていたのと同様に、成膜中にプラズマ
をターゲット上の中心側と外周側との間を１回しか移動
させないので、基板中央部の膜を見ると、成膜初期は外
側からスパッタ粒子が飛んできて次に垂直方向となり最
後に内周側からの成膜となり結晶軸は３３曲がってしま
う。

【００２５】そこで、本発明による成膜方法を磁気記録
媒体の成膜に適用する場合には、図１５，１６に示すよ
うに、基板を静止させた状態で電磁石のコイル電流及び
スパッタ電力を制御して、プラズマの位置を外周側から
内周側へまた内周側から外周側へと何往復も移動させな
がら成膜することにより、外周部から中央部に渡る基板
の全面において、ほぼ垂直に飛来するスパッタ粒子が大
半を占めるようになる。その結果、図１９に示すよう
に、薄膜（例えばＣｒ膜）３２の結晶軸は基板の全面に
渡って垂直に成長し、更にその上に成膜される薄膜（例
えばＣｏ系の合金膜）３４の結晶軸も基板全面に渡って
垂直に成長するので、基板状に形成された薄膜の磁気特
性が大幅に向上する。ここで、薄膜３５は保護、潤滑の
機能を有する膜である（例えばＣ膜）。

【００２６】上記した説明では、内コイル１１ａ，１１
ａ´のコイル電流を一定としたが、膜質がスパッタ電圧
の影響を受ける場合には、スパッタ時のインピーダンス
を一定とするためにこれらのコイル電流を変更してもよ
い。これにより基板の中央部から外周部まで基板全面に
渡って均質な膜の形成が可能となり、例えばＣｒ膜等で
はスパッタ電圧が高いと膜応力が高くなることが知られ
ているが、本発明によれば基板の全面に渡って均一な応
力の膜が形成でき、高品質で均質な磁気記録媒体が実現
できる。

【００２７】また、磁気記録装置では磁気記録媒体の内
周側で記録時の周速が遅く記録密度の律則になっている
が、本発明では、スパッタ成膜時にプラズマ位置をター
ゲットの中央部から外周部まで移動させるため、中央部
での成膜時間を長くするか又は成膜速度を速くすること
で磁気記録媒体の内周側の膜厚を外周側より厚くするこ
とが可能であり、内周側の磁気記録特性を大幅に改善で
きる。更に、磁気記録膜の膜厚を外周側から内周側に所
定の勾配で厚くすることで、高記録密度の磁気記録媒体
及び磁気記録装置が可能となる。

【００２８】更に、対抗する一方のターゲットから放出
された粒子は、基板中央の穴を通過して他方のターゲッ
トに付着するが、従来の磁気記録媒体のスパッタ成膜で
は、ターゲット中央部付近のプラズマが立たない部分に
付着した膜は再スパッタされずに膜として成長してい
く。このターゲット中央部付近のプラズマが立たない部
分に成長した膜が、スパッタ時のガス圧や放電インピー
ダンス等の変動によりプラズマが変動することによって
スパッタされると、塊として放出されて、基板上に異物
として付着してしまう。この付着した異物により、磁気
記録媒体の特性が劣化することが知られているが、本発
明のスパッタ装置では、成膜時にプラズマ位置をターゲ
ットの中央部から外周部まで移動させるため、上述した
ような、対向する一方のターゲットから飛来してターゲ
ット中央部付近に付着した粒子は、ターゲット中央部付
近まで移動するプラズマによりスパッタされるので膜と
して成長せず、上記従来の成膜方法に比べて異物の少な
い特性の優れた磁気記録媒体が実現できる。

【００２９】また、図１に示したように、基板４に電源
１６を接続し、スパッタ成膜中に基板４に電力を印加し
てプラズマ中の荷電粒子を基板に入射させるバイアスス
パッタを行った場合、本発明では基板４とプラズマ発生
場所であるターゲットが接近しているため基板４に入射
する荷電粒子の量（電流）が多く取れ、薄膜の結晶性の
向上がはかれる。

【００３０】次に、図２２及び図２３に、本発明の成膜
装置を複数個具備した積層膜の連続スパッタ成膜システ
ムを示す。図２２は該システムの平面図であり、真空に
排気された搬送室５０上に、複数の真空容器が等ピッチ
で設置される。まず、基板を大気から１枚づつ基板ホル
ダ（図示せず）に載置したのち真空排気系２ａにより真
空状態に排気する取り入れ室５１、次に大気中に於いて
基板４表面に付着した不純物ガスや基板の表面に吸着さ
れている水分を除去するとともに基板温度をスパッタ成
膜に適した所定の温度に加熱する加熱室５２が設置さ
れ、該加熱室５２には加熱源５４と真空排気系２ａが設
置されている。次に、スパッタ成膜を行う処理室となる
真空容器１が３個設置され、それぞれスパッタ装置Ａ，
スパッタ装置Ｂ，スパッタ装置Ｃを構成している。

【００３１】該スパッタ装置の数は、本実施例では３個
の場合を示したが、これに限定すること無く、必要な数
だけ設置してもよい。前記スパッタ装置Ａ，Ｂ及びＣ
は、それぞれ本発明によるカソード７を載置しており、
それぞれのカソード７は、前記した実施例で説明した磁
性膜材料から成るターゲット１３および１３´を装着し
ている。

【００３２】更に、本発明による連続スパッタ成膜シス
テムは、各スパッタ装置に装着するターゲットを同一の
種類に限定するものではなく、例えば、スパッタ装置Ａ
には下地膜形成用のターゲット、スパッタ装置Ｂには磁
性膜用のターゲット、スパッタ装置Ｃには保護膜用のタ
ーゲットを用いることにより、図１９に示したような３
層構造の薄膜を、真空を破ること無く連続して形成する
ことができる。更にこの時、加熱室５２をスパッタ装置
Ａとスパッタ装置Ｂとの間、及び／またはスパッタ装置
Ｂとスパッタ装置Ｃとの間にも設けることにより、それ
ぞれの層の膜の形成に適した基板温度に設定することが
できる。

【００３３】図２３は上記システムの縦断面図を示した
もので、搬送室５０は、内部に基板４を載置する基板ホ
ルダ５を備え、かつ搬送室５０の真空容器１を取付けた
部分の穴６０をふさぎ真空雰囲気を隔離する機能を有す
るバルブ５６が、インデックス回転と上下運動の機能を
有する搬送装置５５に設置されている。該搬送装置５５
は搬送室５０の下部で真空を保ち、回転運動可能な導入
機構５７を介して取付けられ、装置ベース５９に取付け
られた駆動源５８に接続される。

【００３４】以上の構成により、基板４が大気中から取
り入れ室５１に導入され、取り入れ室５１が真空排気さ
れた後、搬送装置５５が下降し、次に所定の角度回転し
て上昇する。これにより、基板４は加熱室５２に導入さ
れ、加熱源５４で加熱されて所定の温度に昇温後、前記
と同様の動作で搬送装置５５によりスパッタ成膜を行う
真空容器１に導入されて成膜される。この成膜を必要な
層の数だけ行った後、基板は取出し室５３に搬送され、
取出し室５３を大気開放後、大気中に取出される。この
ように、本成膜システムでは、基板４は真空中で連続的
に形成されるので、高品質の磁気記録媒体を高い生産性
で製造することが可能となる。

【００３５】上記積層膜の連続スパッタ成膜システムに
おいては、基板４の取り入れ室５１への供給及び取出し
室５３からの取出しは１枚づつ行なっていたが、カセッ
ト（図示せず）を用いて、複数の基板を同時に供給及び
取出しを行なってもよい。この場合、カセットで供給さ
れた基板は、取り入れ室５１の内部で１枚づつ基板ホル
ダ５に移し換えられ、処理された基板は、取出し室５３
で１枚ずつ基板ホルダからカセットに移し換えられる。

【００３６】図２に、本発明の第２の実施例を示す。前
記した第１の実施例ではコイル１１ａと１１ｂ及び１１
ａ´と１１ｂ´との間にヨークがあったが、本第２の実
施例では、複数のコイル１１ａと１１ｂ及び１１ａ´と
１１ｂ´は、それぞれ互いに接して設置される。本発明
の方法でもターゲット１３および１３´上のエロージョ
ン位置の制御は可能であり、特にエロージョンを中心部
から周辺部に渡り連続的に形成する場合に適する。

【００３７】図３に、本発明の第３の実施例を示す。前
記した第１の実施例では、コイルは１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ及び１１ａ´、１１ｂ´、１１ｃ´と、それぞれ３
個づつの組合せであったが、本第３の実施例では、コイ
ルは１１ａ、１１ｂ及び１１ａ´、１１ｂ´とそれぞれ
２個づつの組合せで構成される。本実施例によれば、タ
ーゲットの最外周での成膜は出来なくなるが、中心部で
は成膜することができ、従来の方法と比べてターゲット
の利用効率は向上する。

【００３８】図２０に、本発明の第４の実施例を示す。
前記した第２の実施例において、ターゲット１３，１３
´をバッキングプレート１４，１４´に固定する方法
は、ボンディングするか、またはターゲット外周部だけ
を押さえ付ける機械的な固定方法であったが、本第４の
実施例では、ターゲット１３，１３´の中心部に取付け
用の貫通穴を設け、ターゲット１３，１３´の中心部を
磁性材料より成るポールピース１８，１８´で、外周部
を磁性材料のターゲット押さえより成るポールピース１
９，１９´でそれぞれターゲットに押さえ付ける機械的
な固定方法を採用した。上記ポールピース１３，１３´
及び１９，１９´を用いることにより、磁界発生手段
（電磁石群１０，１０´）で発生した磁界は強化され、
ターゲット１３と１３´との間に形成されるカスプ磁界
は、その磁力線２１と２１´とが互いに反発して大きく
扁平化されてターゲット１３，１３´の上ではぼターゲ
ットと並行に成り、ターゲットのはぼ全面にスパッタ領
域が形成される。

【００３９】本実施例に依れば、コイル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ及び１１ａ´，１１ｂ´，１１ｃ´のそれぞ
れのコイル電流を最適化することで、スパッタ成膜はタ
ーゲット全域で生ずるため基板の外周部、中央部、内周
部共常にほぼ垂直に飛来するスパッタ粒子が大半を占
め、図１９に示す様に薄膜（例えばＣｒ膜）３２は結晶
軸が垂直に成長し、その上に成膜される薄膜（例えばＣ
ｏ系の合金膜）３４の結晶軸も垂直に成長するので、磁
気特性が大幅に向上する。本実施例は、特に基板寸法が
小さい小型の磁気記録媒体の成膜方法に適している。

【００４０】図２１に、本発明の第５の実施例を示す。
上記した第４の実施例では、コイルは１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ及び１１ａ´，１１ｂ´，１１ｃ´とそれぞれ３
個づつの組合せであったが、本実施例では、コイルは１
１ａと１１ｂ及び１１ａ´と１１ｂ´のそれぞれ２個づ
つの組合せで構成されている。本実施例においても、上
記した第４の実施例と同様にポールピース１８，１８´
及び１９，１９´を用いることにより、磁界発生手段
（電磁石群１０，１０´）で発生した磁界が強化され、
ターゲット１３と１３´との間に形成されるカスプ磁界
は、その磁力線２１と２１´とが互いに反発して大きく
扁平化されて、ターゲット１３，１３´の上ではぼター
ゲットと並行に成る。更に、コイル１１ａ，１１ｂ及び
１１ａ´，１１ｂ´のそれぞれのコイル電流を最適化す
ることで、磁力線２１，２１´が、外周部でアノード
８，８´を貫通することなくポールピース１９，１９´
へ達するようにすることができるため、ターゲットのほ
ぼ全面にスパッタ領域が形成される。

【００４１】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、各実施例を
組み合わせても同様の効果が得られる。即ち、本発明の
１実施例である連続スパッタ成膜システムの説明におい
ては、第２の実施例のスパッタ電極構造を用いて説明し
たが、第１の実施例及び第３，４，５の実施例において
説明したスパッタ電極を用いても同様の効果が得られ
る。

【００４２】更に、コイルとヨークとの組合せについて
も、対向する一対のターゲットの間に形成するカスプ磁
界をより扁平に形成するものであればよく、上記した実
施例に限定されるものではなく、種々の組合せが可能で
ある。

【００４３】又、本発明の第４及び第５の実施例におい
ては、ターゲット１３及び１３´の中央部と周辺部とに
ポールピース１８，１８´及び１９，１９´が設置され
ていればよく、ターゲット１３および１３´のカソード
１４及び１４´への取付けは、ボンディングやその他の
方法であってもよい。

【００４４】以上、本発明のスパッタ成膜装置を真空排
気機能を有する基板の搬送装置に複数個接続し、基板上
に積層膜を大気に触れさすことなく形成することで、高
品質の薄膜を効率良く形成可能となる。本発明によれ
ば、ターゲットの有効活用がはかれ、膜厚均一性に優れ
た成膜を行なうことができ、かつ真空中で積層膜を形成
するため、特に、磁気記録媒体の形成に適し、高品質の
磁気記録媒体の形成が可能となる。更に、上記磁気記録
媒体を用いて製作したディスク装置は記録密度の向上が
はかれる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ーゲットと基板の距離を接近可能としかつターゲットの
エロージョンをターゲット中心部から周辺部に至るまで
広範囲に拡大でき、またターゲットのエロージョンの位
置と量とを任意に制御可能のため、ターゲットから放出
されるスパッタ粒子の基板への付着確率が向上でき、薄
膜の形成速度の向上及び薄膜形成に必要な電力量の低減
が図れ、製造コストの低減が実現できる。また、ターゲ
ットのエロージョンがターゲット中心部から周辺部に至
るまで広範囲に拡大できるため、ターゲットの利用効率
が大幅に向上できターゲット１個当りの基板処理枚数が
増大するので、基板への薄膜形成に占めるターゲットの
原価割合の低減が図れる。

【００４６】また、基板に形成する薄膜の膜厚均一性が
向上し、薄膜の高品質化が図れる。特に磁気記録媒体で
は、薄膜の結晶軸が基板の全面に渡って垂直方向に揃っ
て形成され、かつ膜厚を磁気記録に適した分布に形成で
きるので、記録密度の向上が実現可能となるとともに製
造コストの大幅低減が可能となる。また、本磁気記録媒
体を使用して製造したディスク装置は小型高記録密度化
と低価格化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のスパッタ成膜装置の縦
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例のスパッタ成膜装置の縦
断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例のスパッタ成膜装置の縦
断面図である。

【図４】従来のスパッタ装置の中央部成膜時の磁力線を
現わした図である。

【図５】従来のスパッタ装置の外周部成膜時の磁力線を
現わした図である。

【図６】本発明のスパッタ装置の中央部成膜時の磁力線
を現わした図である。

【図７】本発明のスパッタ装置の外周部成膜時の磁力線
を現わした図である。

【図８】本発明のスパッタ装置のＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ膜の
成膜速度分布を現わした図である。

【図９】本発明のスパッタ装置のＣｏ−Ｃｒ−Ｔａター
ゲットの初期のエロージョン形状を現わした図である。

【図１０】本発明のスパッタ方法のコイル電流とスパッ
タ電圧の制御を現わした図である。

【図１１】シミュレーションより求めたターゲットと基
板間の距離とエロージョン形状の関係を現わした図であ
る。

【図１２】シミュレーションより求めたターゲットと基
板間の距離とターゲット利用率の関係を現わした図であ
る。

【図１３】本発明のスパッタ方法のコイル電流とスパッ
タ電圧のステップ状制御の例を現わした図である。

【図１４】本発明のスパッタ方法のコイル電流とスパッ
タ電圧の正弦波状制御の例を現わした図である。

【図１５】本発明のスパッタ方法のコイル電流とスパッ
タ電圧のステップ状往復制御の例を現わした図である。

【図１６】本発明のスパッタ方法のコイル電流とスパッ
タ電圧の正弦波状往復制御の例を現わした図である。

【図１７】従来のスパッタ成膜システムの断面図であ
る。

【図１８】従来のスパッタ成膜システムで形成した磁気
記録媒体の薄膜形成後の基板の断面図である。

【図１９】本発明のスパッタ成膜システムで形成した磁
気記録媒体の側面及び断面を現わした図とその薄膜形成
後の基板の拡大断面図である。

【図２０】本発明の第４の実施例のスパッタ成膜装置の
縦断面図である。

【図２１】本発明の第５の実施例のスパッタ成膜装置の
縦断面図である。

【図２２】本発明のスパッタ成膜システムの平面図であ
る

【図２３】本発明のスパッタ成膜システムの縦断面図で
ある

【符号の説明】

１…真空容器２…真空排気装置３…ガス供給機構４…基板５、５´…基板ホルダ７、７´…カソード８…アノード９、９´…ヨーク１０…電磁石群１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…コイル電源１３…ターゲット１５…スパッタ電源１６…電源１７…制御装置１８、１９…ポールピース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部勝男神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者金子眞一神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者宇良和浩神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者岩上和敬神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (56)参考文献特開昭61−3316（ＪＰ，Ａ) 特開平３−25718（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 G11B 5/62 - 5/858 H01F 10/00 - 10/32 H01F 41/14 - 41/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の両面に薄膜を形成するマグネトロン
スパッタ成膜方法であって、磁力線が前記基板の両面で
対称に分布して前記基板の両側で互いに反撥し合い、か
つ前記磁力線のうちの主たる磁力線が前記基板を横切ら
ないような磁場を形成し、ターゲット上に発生したプラ
ズマを前記磁場中に閉じ込めて前記ターゲットをスパッ
タすることを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】前記基板の両側に前記基板の径よりも小さ
い間隔で配置した一対のターゲットと前記基板との間に
形成された前記磁場中に前記プラズマを閉じ込めること
を特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】前記磁場中にプラズマを閉じ込めると同時
に、前記基板に電力を印加しながら前記基板の両面に薄
膜を形成することを特徴とする請求項１記載のスパッタ
成膜方法。
【請求項４】マグネトロンスパッタ成膜中に、前記磁場
を制御して前記一対のターゲットのそれぞれのエロージ
ョン位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の
スパッタ成膜方法。
【請求項５】前記ターゲットのエロージョン位置の変化
が、前記ターゲットの内周側と外周側との間の往復移動
であることを特徴とする請求項４記載のスパッタ成膜方
法。
【請求項６】前記ターゲットのエロージョン位置が往復
移動する移動速度、往復移動する回数及び内周側と外周
側とに滞在する時間とを制御することを特徴とする請求
項５記載のスパッタ成膜方法。
【請求項７】前記ターゲットのエロージョン位置に応じ
て前記ターゲットに印加する電力を制御することを特徴
とする請求項４記載のスパッタ成膜方法。
【請求項８】前記ターゲットのエロージョン位置の往復
移動を、離散的に行なうことを特徴とする請求項５記載
のスパッタ成膜方法。
【請求項９】前記ターゲットのエロージョン位置の往復
移動を、連続的に行なうことを特徴とする請求項５記載
のスパッタ成膜方法。
【請求項１０】前記磁場を、複数の電磁石により発生さ
せることを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方
法。
【請求項１１】静止している基板の両面に薄膜を形成す
るマグネトロンスパッタ成膜方法であって、磁力線が前
記基板の両面で対称に分布して前記基板の両側で互いに
反撥し合い、かつ前記磁力線のうちの主たる磁力線が前
記基板を横切らないような磁場を形成し、前記静止して
いる基板の両側のターゲット上に発生したプラズマを前
記磁場により閉じ込めて前記ターゲットをスパッタする
ことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項１２】基板の両面に薄膜を形成するマグネトロ
ンスパッタ成膜方法であって、前記基板の両側に位置す
る一対のターゲットの間にカスプ磁場を形成し、前記一
対のターゲット上に発生したプラズマを前記カスプ磁場
により閉じ込めて前記ターゲットをスパッタすることに
より、カスプ磁場中に設置した前記基板の両面に同時に
薄膜を形成することを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項１３】前記基板を前記一対のターゲットの中央
に設置し、磁力線が前記基板の両側で対称に分布するよ
うに前記磁場を発生させることを特徴とする請求項１２
記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１４】前記カスプ磁場でプラズマを閉じ込める
と同時に、前記基板に電力を印加しながら前記基板の両
面に薄膜を形成することを特徴とする請求項１２記載の
スパッタ成膜方法。
【請求項１５】前記一対のターゲットを、前記基板の両
側に前記基板の径よりも小さい間隔で配置したことを特
徴とする請求項１２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１６】マグネトロンスパッタ成膜中に、前記カ
スプ磁場を制御して前記一対のターゲットのそれぞれの
エロージョン位置を変化させることを特徴とする請求項
１２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１７】前記ターゲットのエロージョン位置が前
記ターゲットの内周側と外周側との間を往復移動するよ
うに前記カスプ磁場を制御することを特徴とする請求項
１２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１８】前記ターゲットのエロージョン位置が往
復移動する移動速度、往復移動する回数及び内周側と外
周側とに滞在する時間とを制御することを特徴とする請
求項１２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項１９】前記ターゲットのエロージョン位置に応
じて前記ターゲットに印加する電力を制御することを特
徴とする請求項１２記載のスパッタ成膜方法。
【請求項２０】前記ターゲットのエロージョン位置の往
復移動を、離散的に行なうことを特徴とする請求項１２
記載のスパッタ成膜方法。
【請求項２１】前記ターゲットのエロージョン位置の往
復移動を、連続的に行なうことを特徴とする請求項１２
記載のスパッタ成膜方法。
【請求項２２】前記カスプ磁場を複数の電磁石により形
成することを特徴とする請求項１２記載のスパッタ成膜
方法。
【請求項２３】処理室内で基板を保持する保持手段と、
前記処理室内で前記基板の両面に対向して配置された一
対のターゲット手段と、該ターゲット手段と対をなして
磁場発生手段を備えた一対のスパッタカソード手段と、
前記一対のターゲット手段に印加する電力及び前記磁場
発生手段で発生する磁場を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段により前記磁場発生手段は磁力線が前記基
板の両面で互いに反撥し合うような磁場を発生させ、該
磁場でプラズマを閉じ込めることにより前記基板の両面
に同時に薄膜を形成することを特徴とするスパッタ成膜
装置。
【請求項２４】前記一対のターゲット手段を、該一対の
ターゲット手段の中間に設置する前記基板の径よりも小
さい間隔で配置したことを特徴とする請求項２３記載の
スパッタ成膜装置。
【請求項２５】前記制御手段は、前記磁場を制御するこ
とにより前記ターゲット上のエロージョン領域を制御す
ることを特徴とする請求項２３記載のスパッタ成膜装
置。
【請求項２６】前記磁場発生手段が、電磁石と該電磁石
に電力を供給する電力供給手段とを有することを特徴と
する請求項２３記載のスパッタ成膜装置。
【請求項２７】前記磁場発生手段は、それぞれ少なくと
も２重に配置された環状の電磁石と、該環状の電磁石の
それぞれに電力を供給する電力供給手段とを有し、前記
制御手段は、前記電力供給手段の極性を前記電磁石に応
じて切り換える極性切り換え手段を有することを特徴と
する請求項２３記載のスパッタ成膜装置。
【請求項２８】前記保持手段が、前記基板に電力を印加
する電力印加手段を有し、前記基板に電力を印加しなが
ら前記基板の両面に薄膜を形成することを特徴とする請
求項２３記載のスパッタ成膜装置。
【請求項２９】前記一対のターゲットは、中心部と外周
部とに磁性材料からなるポール・ピースを有することを
特徴とする請求項２３記載のスパッタ成膜装置。
【請求項３０】請求項２３記載のスパッタ成膜装置を複
数個具備し、該複数個のスパッタ成膜装置をそれぞれ真
空に排気された部屋で接続して、基板を大気に曝すこと
無く該基板上に薄膜を積層して形成することを特徴とす
るスパッタ成膜システム。
【請求項３１】前記スパッタ装置の処理室内で基板の両
面に対向して配置された一対のターゲット手段が請求項
２４記載の要件を備えたことを特徴とする請求項３０記
載のスパッタ成膜システム。
【請求項３２】前記スパッタ装置の一対のターゲット手
段と対をなす磁場発生手段と、該磁場発生手段で発生す
る磁場を制御する制御手段とが、請求項２７記載の要件
を備えたことを特徴とする請求項３０記載のスパッタ成
膜システム。
【請求項３３】前記スパッタ装置の処理室内で基板を保
持する保持手段が、請求項２８記載の要件を備えたこと
を特徴とする請求項３０記載のスパッタ成膜システム。