JP3942218B2

JP3942218B2 - Apparatus for simultaneously forming both sides of magnetic thin film and method for manufacturing magnetic thin film

Info

Publication number: JP3942218B2
Application number: JP32478796A
Authority: JP
Inventors: 行樹栗田; 直樹渡辺; 直樹山田
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH09202970A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、ハードディスク等の磁気記録媒体を製作する際に必要な磁性薄膜の成膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用の記録媒体として多用されているハードディスク等の磁気記録媒体は、円盤状の基板の両面に磁性薄膜を含む多層膜を作成することにより製作される。具体的には、アルミニウム等の非磁性材料よりなる基板に対して、まずリン化ニッケル（ＮｉＰ）メッキ等の表面硬化、表面研磨、テクスチャー形成等の表面処理を順次を行い、その上に下地膜としてＣｒ膜又はＣｒ合金膜を作成する。その後、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＴａ又はＣｏＣｒＰｔＴａＮｉ等の磁性薄膜を作成し、その上に磁気ヘッドの摩擦のための潤滑膜を作成する等の工程を経て、最終的に磁気記録媒体が製作される。
【０００３】
上記工程のうち、下地としてのＣｒ膜又はＣｒ合金膜やＣｏＮｉＣｒ等の磁性薄膜の成膜は、スパッタリングによって行われるのが一般的である。スパッタリングの方式としては、磁気記録特性の向上のため、基板がカソードの前を通過しながら成膜が行われる通過成膜方式から、基板とカソードとが静止対向したまま成膜が行われる静止対向成膜方式に変わってきている。
【０００４】
図８は、このような磁性薄膜の成膜に用いられる従来の両面同時成膜装置及び方法の説明図である。
まず、スパッタリングはマグネトロンスパッタによって行われるのが一般的であり、マグネトロン陰極を使用する。図８に示す両面同時成膜装置は、不図示の真空容器内にマグネトロン陰極であるカソード１を配設する。この場合、両面同時成膜が達成されるよう、カソード１は、図８に示すように、成膜する基板２を挟んで一対のものが対向して配設される。
【０００５】
マグネトロン陰極であるカソード１は、成膜すべき材料よりなるターゲット１１と、ターゲット１１を通して基板２に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネット１２とを具備している。マグネット１２は、円柱状の中心磁石１２１と、中心磁石１２１を所定の間隙をもって取り囲むようにして配設されたリング状の周辺磁石１２２と、中心磁石１２１と周辺磁石１２２とを繋ぐようにして背後に設けられた円板状のヨーク１２３とから主に構成されている。中心磁石１２１と周辺磁石１２２とは、その前面の磁極が異なるよう構成されており、カソード１の前方に弧状の磁力線を設定するようになっている。
【０００６】
そして、カソード１にはスパッタ電源３が接続されており、所定の負の高電圧等のスパッタリングに必要な電圧をカソード１に印加するようになっている。
また、各々のマグネット１２の前側には、バッキングプレート１３を介在させてターゲット１１が配設されている。ターゲット１１は、成膜する薄膜の材料に応じて選定された材料の板状の部材である。またバッキングプレート１３はターゲット１１を所定の位置に配設するためのものである。
【０００７】
また、図８の装置は、基板２と各カソード１の間の空間に所定の放電用ガスを導入する不図示のガス導入手段を備えている。放電用ガスとしては、アルゴン等のスパッタ率の高い不活性ガスが用いられる。
【０００８】
図８に示す装置の動作を説明しながら、従来の両面同時成膜方法について説明する。図８に示すように、成膜する基板２は、不図示の基板搬送系によって、対向するカソード１の間の位置に配置される。この状態でガス導入系が動作して所定の流量で放電用ガスが基板２とカソード１の間の空間に導入される。
そして、スパッタ電源３が動作して各カソード１に所定の電圧が印加され、導入された放電用ガスがこの電圧による電界によってイオン化し、イオンがターゲット１１をたたくことによってスパッタ放電が生じる。放電の過程でスパッタされたターゲット１１の材料は、基板２に向けて飛行し、基板２の表面に付着して堆積することで成膜が行われる。
例えばＣｏＮｉＣｒよりなる磁性薄膜を作成する場合、ＣｏＮｉＣｒよりなるターゲット１１を使用してスパッタリングを行う。
【０００９】
上述した従来の装置及び方法において、特定の目的でマグネット１２を回転させながらスパッタリングを行う場合がある。この場合、図８に示すようにマグネット１２に回転駆動機構４を付設して回転させるが、各回転駆動機構４は、同じ向きにマグネット１２を回転させる。つまり、図８に示すように、各々のマグネット１２の回転は、基板２に垂直な一方の向きから見た場合、互いに逆向きとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決しようとする課題は、磁性薄膜の成膜において、保磁力等の磁気特性の面内分布を向上させることにある。即ち、例えば前述したハードディスク等の磁気記録媒体では、記録面上の円周方向等において均一な磁気特性分布を持つことが要求される。この場合、例えば円周方向の保磁力分布が不均一になると、円周方向の出力分布を意味するモジュレーション特性（エンベローブともいう）が悪化することが知られている。モジュレーション特性の悪化は、磁気記録媒体に書き込んだ情報を消去する際、消去後に残留磁気が不均一に分布し、消去後の記録面からの出力が円周方向で分布をもってしまう問題を招く。さらには、モジュレーション特性の悪化は、磁気記録媒体に情報を書き込んだり磁気記録媒体から情報を読み出したりするときのエラー率の上昇にもつながる。
本願発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、磁気特性の面内分布が改善される磁性薄膜の両面同時成膜装置及び方法を提供して、磁気記録媒体等の性能改善に寄与することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、成膜する基板を挟んで対向して配設された一対又は複数対のカソードを備えた磁性薄膜の両面同時成膜装置であって、各カソードは、成膜すべき磁性材料よりなるターゲットと、ターゲットを通して基板に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットとを具備し、各カソードに具備されたマグネットは、基板に垂直な回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであるとともにこの回転軸の周りに各マグネットを回転させる回転駆動機構が付設されており、さらに、この回転駆動機構は、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させるものであり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置しているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記各マグネットの回転速度を検出する検出機構を備え、この検出機構の検出結果に従って各マグネットの回転速度をフィードバック制御する制御部が設けられているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、成膜すべき磁性材料からなるターゲットを前面に備えるとともにターゲットから前方の空間に磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットを具備したカソードを、成膜する基板を挟んで対向して配設し、カソードに所定の電圧を与えてスパッタリングにより基板の両面に同時に磁性薄膜を作成する磁性薄膜の製造方法において、
前記マグネットは基板に垂直な方向の回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであり、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させながら前記スパッタリングにより成膜を行う方法であり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置しているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記各マグネットの回転速度を検出し、その検出結果に従って回転速度をフィードバック制御しながら成膜を行うという構成を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る磁性薄膜の両面同時成膜装置の主要部の概略構成を示すとともに実施形態に係る両面同時成膜方法について説明する図である。
【００１３】
図１に示す磁性薄膜の両面同時成膜装置は、不図示の真空容器内に成膜する基板２を挟んで対向して配設された一対のカソード１と、各々のカソード１にスパッタ放電のための電圧を印加するスパッタ電源３と、各カソード１と基板２との間の空間に放電用ガスを導入する不図示のガス導入系と、各カソード１に具備されたマグネット１２を後述のような方式で回転させる回転駆動機構４と、各マグネット１２の回転速度もしくは回転角度のずれ又はその両方を検出する検出機構５と、検出機構５の検出結果に従って所定のフィードバック制御を行う制御部６とから主に構成されている。
【００１４】
まず、一対のカソード１は、マグネトロン陰極という意味では従来と同様であり、成膜すべき磁性材料よりなるターゲット１１と、ターゲット１１を通して基板２に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネット１２とを具備している。しかしながら、本実施形態のマグネット１２は、基板２に垂直な回転軸４１に対して非対称状の分布の磁場を設定するという点で従来のものとは大きく異なっている。
【００１５】
即ち、本実施形態におけるマグネット１２は、従来のものと同様に中心磁石１２１とこれを取り囲む異極性の周辺磁石１２２とを有するが、中心磁石１２１は、径の異なる半円柱状の部材を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石１２２は、径の異なる半円筒状の部材を図１に示すように同心状に向かい合わせて配設した構成である。これら中心磁石１２１及び周辺磁石１２２は、板状のヨーク１２３の表面に固定されており、ヨーク１２３は、これらの磁石の形状に合わせて、半周部分の外径が少し小さくなったほぼ円板状の部材になっている。
【００１６】
図２は、図１のカソード１に採用されたマグネット１２の効果についての説明図である。まず、図２（ａ）は、図１に示すマグネット１２の径の大きな部分の中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によって形成される磁力線及びターゲット１１のエロージョン形状を示し、図２（ｂ）は径の小さな部分の中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によって形成される磁力線及びターゲット１１のエロージョン形状を示している。そして、図２（ｃ）は、マグネット１２を回転させた際に実際に得られるターゲット１１のエロージョン形状を示している。
【００１７】
マグネトロンスパッタは、前方に弧状に漏出させた磁力線によってプラズマを閉じ込め、高効率でスパッタ放電を生じさせる。この場合、スパッタによって生じるターゲット１１のエロージョン形状は、磁力線のパターンに依存する。つまり、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、径の大きな中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によっては径の大きな位置に強いエロージョンを生じ、径の小さな中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によっては、径の小さな位置に強いエロージョンを生じる。
そして、カソード１を回転させると図２（ｃ）に示すように二つのエロージョンが合成され、径方向において広範な領域により均一なエロージョンが生じる。尚、エロージョン領域が拡大することは、ターゲット１１の利用効率の向上に寄与し、均一なエロージョンは膜厚分布等の成膜の均一性に寄与する。
【００１８】
次に、図１に戻り、本実施形態の装置及び方法の大きな特徴点を成す回転駆動機構４、検出機構５及び制御部６の構成について説明する。
本実施形態における回転駆動機構４は、上述の通り、エロージョン領域の拡大とエロージョンの均一化のため、基板２に垂直な方向の回転軸４１の周りにカソード１を回転させるようになっている。この際、本実施形態の装置及び方法では、基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きに且つ同じ回転速度で回転させている。
【００１９】
具体的には、本実施形態における回転駆動機構４は、カソード１の背面に接続された回転軸４１と、この回転軸４１に連結されたモータ４２とから主に構成されている。
回転軸４１は、上記半円柱状の部材からなる中心磁石１２１及び半円筒状の部材からなる周辺磁石１２２の中心軸と同軸上に配設されている。そして、回転軸４１を介してマグネット１２を回転させるモータ４２には、本実施形態ではステッピングモータ（パルス制御モータ，パルスモータともいう）が使用され、回転の向きが任意に選択できるとともに、２〜２００ＲＰＭ程度の範囲で回転速度を調整できるものが好適に使用できる。このようなステッピングモータは、例えばオリエンタル社等から市販されている。尚、回転されるのはマグネット１２のみであり、ターゲット１１は回転されず静止した状態を保つ。
【００２０】
一方、検出機構５としては、本実施形態では反射型のフォトセンサが使用されている。フォトセンサは、各々のマグネット１２に対して設けられており、マグネット１２の裏側からヨーク１２３の周端部分に光をあてる発光素子５１と、ヨーク１２３に反射した光を受光する受光素子５２とから構成されている。
図１から分かるように、ヨーク１２３は、その半周部分は径が小さくなって半円環状の切り欠きが設けられたようになっている。従って、マグネット１２の回転のうちの半周期では発光素子５１からの光は反射されず、他の半周期においてヨーク１２３に反射されて受光素子５２で受光されるようになっている。
【００２１】
この検出機構５は、各マグネット１２の回転速度及び回転角度を独立して検出できるようになっている。即ち、上述の通り受光素子５２の受光状態は周期的に変化するので、この周期から各々のマグネット１２の回転速度が検出できる。また、１８０度毎に受光と遮光とが交互に繰り返されるので、受光から遮光（又はその逆）へ切り替わった時点からの何パルス回転したかによって回転位置が検出できる。そして、二つの検出機構５の検出結果を比べることにより、二つのマグネット１２の回転角度のずれも検出することができる。
【００２２】
次に、上記検出機構５からの検出結果に従ってマグネット１２の回転を制御する制御部６について説明する。
図１に示す通り、制御部６は、各々のモータ４２にパルス駆動信号を送るパルス制御ドライバ６１と、パルス制御ドライバ６１に対し制御信号を送るドライバコントローラ６２と、回転の条件を設定してドライバコントローラ６２に送るプログラマブルコントローラ６３と、各々のパルス制御ドライバ６１に対しクロックパルスを供給するクロック発振器６４とから主に構成されている。
【００２３】
まず、プログラマブルコントローラ６３は、各モータ４２の回転の向き、回転速度、二つのマグネット１２の回転角度のずれ（以下、位相角）等の条件を設定するものであり、これらの条件を予め記憶したＲＯＭ又は入力パネル等の外部入力手段からの入力に従って条件を記憶するＲＡＭ等の記憶手段を有している。
【００２４】
ドライバコントローラ６２は、制御部６が行うフィードバック制御にとって主要な役割を果たす部分であり、上述した検出機構５からの検出結果とプログラマブルコントローラ６３から送られる回転の条件とに従って、パルス制御ドライバ６１に所定の制御信号を送るものである。また、装置全体の動作を制御する中央制御部からの制御信号もこのドライバコントローラ６２に送られる。
ドライバコントローラ６２は、プログラマブルコントローラ６３、検出機構５、不図示の中央制御部等からの信号の入力回路、パルス制御ドライバ６１への信号の出力回路、プログラマブルコントローラ６３から送られた回転条件のデータを一時的に記憶する記憶回路、検出機構５から送られた信号を処理して各マグネット１２の回転速度や回転角度を算出する演算回路、演算回路の演算結果結果に従い回転条件を判断する判断回路等を備えている。
【００２５】
パルス制御ドライバ６１は、ドライバコントローラ６２からの指令に従い、モータ４２に駆動パルス列を送って回転させるものであり、回転のためのパルス列を作成するパルス列作成回路と、作成されたパルス列を分配してステッピングモータの各励磁コイルに供給する分配回路等から構成されている。尚、各々のパルス制御ドライバ６１には、同一のクロック発振器６４からのクロックパルスが送られており、各パルス制御ドライバ６１は同期してパルス列を作成してモータ４２に供給するようになっている。
【００２６】
次に、上記制御部６の動作について説明する。
まず、図１に示す所定の位置に基板２が配置されると、これを確認した不図示のセンサの検出信号を受けて中央制御部がドライバコントローラ６２に駆動信号を送る。ドライバコントローラ６２には、各マグネット１２の回転の向き、回転速度、位相角等の条件が予めプログラマブルコントローラ６３から送られおり、中央制御部からの駆動信号を受けた際にこの回転条件に従ってパルス制御ドライバ６１に制御信号を送る。
【００２７】
パルス制御ドライバ６１は、まず二つのマグネット１２を原点復帰させる動作を行う。即ち、所定角度（例えば３６０度）回転させる駆動パルス列を送ってモータ４２を回転させ、反射型フォトセンサよりなる検出機構５の検出結果がどの時点でオンからオフ（又はその逆）に切り替わったかを検出する。これによって、各マグネット１２が回転前に位置していた角度が分かり、送った駆動パルス列に従い回転後にどの回転角度に位置しているかも分かる。そして、プログラマブルコントローラ６３で設定され、ドライバコントローラ６２を介して送られて予め記憶されている原点位置まで、各マグネット１２を回転させる駆動パルス列を算出してモータ４２に送り、各マグネット１２を原点位置に位置させる。
【００２８】
例えば、位相角を１８０度として原点復帰を行う場合、図１に示す一対のマグネット１２のうち、左側のマグネット１２では径の大きな半周部分の周辺磁石１２２の丁度真ん中の周縁部分が最高点に位置する回転角度が原点とされ、右側のマグネット１２では左側のマグネット１２の原点位置を基準としたとき丁度１８０度回転角度がずれている状態即ち径の小さな周辺磁石１２２の丁度真ん中の周縁部分が最高点に位置する状態が原点位置とされる。
【００２９】
原点復帰が完了した後、パルス制御ドライバ６１は、クロック発振器６４から送られるクロックパルスによって同期を取りながら、ドライバコントローラ６２からの制御信号に従い、所定の駆動パルス列をモータ４２に送る。これによって、モータ４２が所定の向きに所定の回転速度で回転を始める。即ち、各励磁コイルへの駆動パルス列の配分に従って回転の向きが決まり、駆動パルス列の周期に従って所定の回転速度で回転が維持される。
【００３０】
成膜時間に応じた所定の時間の経過後、モータ４２の回転は停止される。この回転停止は、プログラマブルコントローラ６３で設定された回転時間に従い送られた所定の数の駆動パルス列の受信終了によって行われる場合もあるし、中央制御部からの駆動停止信号を受けてドライバコントローラ６２がパルス制御ドライバ６１に駆動停止信号を送ってパルス制御ドライバ６１が駆動パルス列の送信を停止すること行われる場合もある。
【００３１】
尚、位相角を所定のものに保つ方法としては、一方のマグネット１２を原点復帰させ、位相角分のタイムラグを持って他方のマグネット１２の回転を開始する方法もある。
【００３２】
さて、本実施形態の装置及び方法では、上記マグネット１２の回転が、同じ回転速度で且つ基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きで行われるようになっている。これは、上記プログラマブルコントローラ６３において、二つのモータ４２が互いに逆向きに且つ同じ速度で回転するよう回転条件を設定することで達成される。そして、ドライバコントローラ６２、パルス制御ドライバ６１を介して、等速で互い逆向きの回転の駆動パルス列を各モータ４２に送ることで、モータ４２は基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きとなり、さらに従って上記原点復帰で設定した位相角が一定に維持された状態で回転するのである。
この等速同向き回転は、カソード１の回転に伴うプラズマの変動を防止して安定したスパッタ放電を生成するのに貢献しており、これによって、磁性薄膜の磁気特性の面内分布の改善が図られている。この点は、後に詳説する。
【００３３】
次に、図１に戻り、装置の構成する他の部材について説明する。
上述した一対のカソード１には、従来と同様にスパッタ電源３が接続されている。スパッタ電源３には、１５００Ｖ程度までの負の高電圧又は周波数１３．５６ＭＨｚで出力２．０ｋＷ程度の高周波をカソード１に印加するものが採用される。
また、基板２は、周縁上の均等な三箇所で基板２を保持するフィンガを備えた不図示の基板搬送系によって搬送されるようになっており、上記一対のカソード１の対向位置の丁度真ん中の位置まで搬送されて静止可能となっている。
【００３４】
また尚、基板２には、所定の基板バイアス電圧を基板２に印加する不図示の基板バイアス電源が付設されている。本実施形態における基板バイアス電源は、基板搬送系のフィンガを介して所定の直流電圧を印加するものである。尚、高周波とプラズマとの相互作用によって所定の負のバイアス電圧が基板２に印加されるよう所定の高周波を基板２に印加するものも、基板バイアス電源として使用可能である。
【００３５】
さらに、各カソード１と基板２との間の空間に放電用ガスを導入する不図示のガス導入系は、アルゴン等の放電用ガスを溜めたガスボンベと、ガスボンベと真空容器とを繋ぐ配管と、配管上に設けられたコンダクタンスバルブ等から構成されている。尚、真空容器内には、基板２と各カソード１の間の空間を臨む所定の位置に先端開口が位置したガス導入管が設けられており、このガス導入管は、真空容器の器壁に気密に貫通した上記配管に接続されている。
【００３６】
次に、上述した本実施形態の両面同時成膜装置の動作を説明しながら、併せて本実施形態の両面同時成膜方法について説明する。
まず、真空容器の器壁に設けられたゲートバルブを通して不図示の基板搬送系が基板２を搬送し、一対のカソード１に挟まれた真ん中の位置に基板２を静止させる。次に、不図示のガス導入系が動作して所定の流量で放電用ガスが導入される。これと並行して、一対のカソード１が前述の通り、基板２に垂直な一方の向きに対して同じ向きの且つ同じ速度の回転を開始する。
【００３７】
この状態で、スパッタ電源３が動作して、各々のカソード１に所定の電圧が印加され、スパッタ放電が生じる。即ち、導入された放電用ガスがイオン化してターゲット１１をたたいてスパッタし、スパッタにより放出された電子がさらに放電用ガスをイオン化して放電が持続される。そして、同様にスパッタにより放出されたターゲット１１の材料（スパッタ粒子）は、基板２に向けて飛行して基板２に付着し堆積し、これによって成膜が行われる。
【００３８】
さて、上述した本実施形態の装置及び方法によると、成膜される磁性薄膜の磁気特性分布が従来に比べ格段に改善される。以下に、この点を詳説する。
図３、図４及び図５は、図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図である。このうち、図３は、基板円周方向の保磁力分布の測定結果を示した図であり、図４は、図３の測定結果が得られた際のバイアス電圧、電流、電力の時間変動を示した図である。また、図５は、図１に示す装置及び方法で製作した磁気記録媒体と従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を比較した図である。
【００３９】
前述したハードディスク等の情報記録媒体では、記録の高密度化に伴い、基板２上に成膜する下地膜や磁性薄膜の膜厚は薄くなる傾向にある。それと同時に、磁気記録層の高保磁力化及び保磁力面内分布の均一化、さらには信号読み出し等の際のノイズの低減等の技術的要求が非常に厳しくなってきている。
このような技術的要求に対応していくため、本願発明者が鋭意研究を行ったところ、８５０Ｍｂｉｔ／(inch)² 程度以上の高密度記録では、保磁力分布等の磁気特性に関する技術的要求に対しては従来の装置及び方法では限界があることが次第に明らかになってきた。そして、このような技術的限界は、上記カソード１を回転させる構成を変更することで解決できることが明らかになった。
【００４０】
磁気特性の面内分布の均一化の限界について、発明者は、カソード１の回転に伴うプラズマのねじれ等の変動が原因になっているのではないかと推測した。つまり、図８に示す従来の装置及び方法では、基板２に垂直な一方の向きに対して二つのマグネット１２は互いに逆の向きに回転する。この場合、基板２の両側に生成されるプラズマは、互いにデバイ距離の以内にある等の原因から互いに影響を及ぼしていると考えられる。
【００４１】
この場合、従来のように一対のマグネット１２が互いに逆向きに回転すると、プラズマは磁力線に捉えられた状態で存在するので、マグネット１２の回転に伴い両側のプラズマがねじれるように擦れていく状態となる。このため、両プラズマ内のプラズマ密度分布や荷電粒子のドリフト運動が極めて不安定に変動すると考えられる。
このようなプラズマの不安定な挙動が、成膜される磁性薄膜の特性に影響を与え、保磁力分布の不均一性等となって現れるものと考えられる。特に、基板２にバイアス電圧を与えてプラズマからある程度の量のイオンを引き出してそのイオンの衝突エネルギーを成膜に利用するイオンアシスト法が頻繁に採用されるが、この場合、プラズマの不安定な挙動に伴って、引き出されるイオンの量も不安定に変化し、これが磁気特性不均一化を助長させていることも予想される。
【００４２】
発明者は、このような分析のもと、一対のマグネット１２の回転を同じ向きに且つ同じ回転速度にすれば、上述のようなプラズマの変動は解消され、磁気特性の面内分布が改善されるのではないかと予測し、幾つかの実験を行った。この結果を示したのが、図３である。
図３の横軸は基板２の円周方向の角度位置を示し、縦軸はその角度位置における保磁力の大きさを示している。図３中の各キャラクターで示された結果から分かる通り、従来例の場合には、保磁力の円周方向の分布は±４．５％程度の大きな強弱を持っている。
【００４３】
これに対し、本実施形態の場合には、円周方向の保磁力の分布は小さな強弱に抑えられ、保磁力分布が均一化されていることが分かる。特に、位相角が０度即ち全く同じ回転角度を維持して二つのマグネット１２が回転する構成では、±０．８％程度の小さな強弱で保磁力が分布し、大きな改善が達成されることが分かる。また、位相角を１８０度とした場合には、保磁力分布を±２．１％程度に抑えつつ２２００〜２３００Ｏｅ程度の大きな保磁力を得ることができ、高保磁力化と保磁力の均一化との両方が達成されることが分かる。
【００４４】
尚、図３の実験において、従来例及び本実施形態１〜３における基板バイアス電圧は−３００Ｖとされ、本実施形態４，５における基板バイアス電圧は０Ｖとされた。
このような実験結果から、発明者の当初の推測は正しいことが確認された。つまり、二つのマグネット１２を等速同向きで回転させることによってプラズマの変動が解消され、この結果、成膜される磁性薄膜の磁気特性分布が均一化されるのである。
【００４５】
また、発明者は、この磁気特性均一化がもたられる原因についてさらに分析するため、成膜中に基板２に基板バイアス電圧を印加し、その電圧によって基板２を通して流れる電流の変化及び電力の変化をモニターした。この結果を示したのが図４である。
図４の（ａ）は本実施形態の装置及び方法における電圧、電流、電力の変化を示す図、（ｂ）は従来の装置及び方法における電圧、電流、電力の変化を示す図である。尚、（ａ）のデータを得た本実施形態の装置及び方法では、位相角は１８０度とされた。
【００４６】
本実施形態及び従来例とも、ＤＣ−３００Ｖ程度のバイアス電圧が基板２に印加された。この基板バイアス電圧は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態及び従来例ともほぼ一定であった。
しかしながら、基板２に流入するイオンによって流れる電流は、従来例の場合には図４（ｂ）に示すように激しく変動しており、この結果、電力も大きく変動している。これに対し、（ａ）に示すように、本実施形態の場合には、電流、電圧とも殆ど変化せず一定であった。
【００４７】
このようなことから、やはり、一対のマグネット１２が逆向きに回転する従来例では、プラズマのねじれや擦れが生じてプラズマの状態が時間的空間的に激しく変動し、プラズマ密度や荷電粒子のドリフト運動が非常に不安定になっていると判断される。
これに対し、一対のマグネット１２が等速同向きに回転する本実施形態では、このようなプラズマの不安定な挙動が現れず、プラズマ密度やドリフト運動は極めて安定したものとなる。つまり、本実施形態では、一対の磁場の位置関係が変化せず二つの磁場は回転系内においては見かけ上静止した状態となる。従って、磁場に捉えられるプラズマも、回転系内において見かけ上静止した状態となり、従来のようなプラズマの変動は原理的に生じないのである。
【００４８】
次に発明者は、本実施形態及び従来例の装置及び方法により製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を実際に測定してみた。この結果を示すのが、図５である。図５は、本実施形態及び従来例のそれぞれの成膜条件とともに、成膜された磁性薄膜の保磁力分布（周方向）とモジュレーション特性を示している。
【００４９】
図５に示す通り、従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体では、モジュレーション特性即ち周方向の出力特性は大きく変動している。一方、本実施形態の装置によれば、出力特性は殆ど変化しておらず、良好なモジュレーション特性が得られていることが分かる。
このように、等速同向きの回転を行う本実施形態の構成によれば、従来見られたプラズマの変動が解消される結果、磁気特性の面内分布が大きく改善され、モジュレーション特性の良好な磁気記録媒体を製作することができるのである。
【００５０】
次に、上述した本実施形態の構成において、上記効果をさらに改善する構成について説明する。
前述した通り、本実施形態では、二つのマグネット１２を等速同向きに回転させる際、同じクロック発振器６４から得られたクロックパルスを使用することで、二つのモータ４２における駆動パルス列の同期を取っている。この構成は、二つのマグネット１２の回転の等速性を高く維持するのに貢献している。
【００５１】
しかしながら、どんなに高精度のクロック発振器６４を使用したとしても、クロック周波数のずれや温度ドリフトなどの原因による前後のクロックパルスのずれを完全に無くすことはできず、これらクロック周波数のずれやクロックパルスのずれ等により二つのモータ４２の回転速度や位相角が僅かにずれることが避けられない。このような回転速度等の僅かなずれにより、二つのマグネット１２の位置関係が少しずつずれていってしまう。即ち、二つのマグネット１２の位相角が一定に維持されなくなる。
【００５２】
このような回転速度のずれによる位相角のずれは、回転速度が高くなったり成膜時間が長くなったりする場合に大きくなり、場合によっては、従来の逆向き回転の場合と同様に、一対のプラズマがねじれや擦れを生じて不安定化する恐れがある。
これを未然に解決する最適な構成として、二つのマグネット１２の回転速度を検出する検出機構５の検出結果を利用して、回転速度や位相角のずれをキャンセルするようフィードバッグ制御する構成が挙げられる。
【００５３】
即ち、前述の通り、検出機構５の検出結果はドライバコントローラ６２にフィードバックされ、ドライバコントローラ６２に設けられた演算回路は、検出機構５からのオンオフ信号を演算処理してマグネット１２の回転速度を算出する。この算出結果は、判断回路に入力される。
一方、前述した通り、プログラマブルコントローラ６３で設定された回転速度の信号はドライバコントローラ６２を介してパルス制御ドライバ６１に送られるが、この信号は判断回路にも予め入力されている。判断回路は、具体的にはＯＰアンプＩＣ等で構成され、予め入力されている回転速度の信号と、算出された実際の回転速度とを比較してこの差が小さくなるよう制御信号を発生させる。
【００５４】
この制御信号によって、パルス制御ドライバ６１へ送られる回転速度の信号が調整され、パルス制御ドライバ６１は、設定されている回転速度になるように駆動パルス列を変更してモータ４２に送る。このようなネガティブフィードバック制御により、モータ４２の回転速度は、当初設定された回転速度に高い精度で維持される。
【００５５】
上記の例のメリットは、ステッピングモータを閉ループ制御する際に、マグネット１２の回転を検出する検出機構５の信号を併用している点である。即ち、ステッピングモータは１パルス毎に一定の角度で回転するモータであるので、通常は開ループ制御で充分であるが、閉ループ制御を行う場合には、ロータリーエンコーダ等の回転検出機構５が必要になる。しかしながら、上記の例によれば、ロータリーエンコーダ等を別途設ける必要はなく、制御系の構成が簡易になってコストも安くなる。
【００５６】
尚、上記の例では、各々のモータ４２の回転速度を各々のフィードバック系によって安定化して回転速度を一定に維持する例であったが、算出された各マグネット１２の回転速度の差を算出し、この差が小さくなるように制御系を動作させることも可能である。
さらに、回転速度ではなく、各マグネット１２の位相角を検出しながらこれを一定に維持する制御を行うことも可能である。
【００５７】
即ち、二つのマグネット１２の位相角即ち回転角度のずれは、反射型フォトセンサよりなる二つの検出機構５から送られるオンオフ信号の位相のずれとなって現れるので、この位相のずれをドライバコンローラ内の回路で求め、判断回路に入力させる。一方、プログラマブルコントローラ６３で設定された位相角の信号は、この判断回路に予め入力されており、実際に検出された位相角と比較し、その差が小さくなるよう制御信号を発生させる。
【００５８】
そして、パルス制御ドライバ６１に送る回転速度の信号をこの制御信号によって調整し、設定された位相角が高い精度で維持されるようにする。具体的には、一方のモータ４２の回転速度は固定し、他方のモータ４２の回転速度を一時的に変更することにより、設定された位相角に復帰させるようにする。尚、一定回転速度の制御系を同時に動作している場合、位相角の制御系と当該モータ４２の一定回転速度の制御系とのコンフリクトが生じるので、位相角の制御系を優先させるようドライバコントローラ６２内の論理回路が働くようにする。
【００５９】
以上で、本実施形態の装置及び方法の主要な部分の説明を終了し、装置の他の部分の構成について、補足的に説明する。
図６は、図１に示す両面同時成膜装置の全体の構成の概略を示した平面図である。図６に示すように、本実施形態の装置では、基板２の搬送路に沿って複数の真空容器７が縦設され、各々の真空容器７はゲートバルブ８を介在させながら気密に接続されている。これらの真空容器７は、基板２の搬送順に、搬入側予備室７１、第一成膜室７２、第二成膜室７３、第三成膜室７４、第四成膜室７５、第五成膜室７６、搬出側予備室７７をそれぞれ構成している。そして、各々の成膜室７２，７３，７４，７５，７６では、前述したように基板２の静止位置を挟んで左右にカソード１が配設され、各々のカソード１に回転駆動機構４が付設されている。
【００６０】
ハードディスクのような磁気記録媒体では、多くの場合多層膜構造を採る。従って、上述のように複数の成膜室を縦設し、搬送の順に下地膜や磁性膜を順次成膜していく構成が採られる。尚、成膜に先だって、基板２の表面の酸化膜や水分を除去するために高周波エッチングを行ったり、成膜の効率化のために予め基板２を加熱したりする前処理を行う場合がある。また、多層膜の成膜後、カーボン薄膜を潤滑膜として表面に形成したりする後処理を行う場合がある。このよう成膜の前後の処理のための真空室が上記複数の成膜室の前後に配設される場合がある。
いずれにしろ、このように複数の真空室を気密に縦設して各真空室に順次基板２を搬送しながら処理を行う装置では、基板２を大気に晒すことなく順次成膜処理等が行えるので、良質な多層膜を成膜することができる。
【００６１】
以上説明した本願発明の実施形態に係る装置及び方法の構成において、カソード１の構成は他にも考えられる。図７は、他のカソード１の構成について説明する図である。
前述したように、本願発明では、「各カソードに具備されたマグネットが、基板に垂直な回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものである」という点が大きな特徴点の一つとなっている。この非対称状の磁場分布は、前述の通りマグネット１２の回転と相まってターゲット１１のエローション（侵食）の均一化とエロージョン領域の拡大に寄与する効果を持つが、このような回転軸４１に対して非対称状の分布の磁場を達成するマグネット１２の構成は、図１に以外にも多く考えられる。
【００６２】
即ち、図８の従来のマグネット１２と同様に円柱状の中心磁石１２１と円環状の周辺磁石１２２からなるが、その中心が回転軸４１からは大きく外れている構成（図７（ａ））、細長いほぼ長方形状の中心磁石１２１とこれを取り囲む長方形のリング状の周辺磁石１２２からなる構成（ｂ）、さらに、細長い中心磁石１２１とこれを取り囲む細長い周辺磁石１２２との組を横に三つ並べた構成（ｃ）等の、回転軸４１に対して非対称な各種の構成が採用可能である。そして、これらのマグネット１２の構成においても、検出機構が反射型のフォトセンサである場合、発光素子及び受光素子を適切な位置に配置することで、マグネット１２の回転速度や回転角度を検出することが可能である。尚、図７（ａ）の場合には、回転軸４１にアーム４３を連結し、アーム４３でマグネット１２を一体に保持して回転させる。
【００６３】
また、前述した形態では、基板２を挟んで一対のカソード１が対向して配設されたが、複数対のカソード１を配設するようにしてもよい。この場合、各々の対のカソード１に具備されたマグネット１２は、前述の通り、同じ回転速度で且つ基板２に垂直な一方の向きに対して同じ向きで回転される。
さらに、前述した形態では、一つの基板２のみが一つの真空容器内で配置される構成であったが、基板ホルダー等を使用して複数の基板２を同一面上で保持するようにし、この保持面を挟んで対を構成するカソード１を配設するようにしてもよい。
【００６４】
またさらに、前述した形態では、各モータ４２にステッピングモータを使用したが、直流モータ、交流モータ、直流又は交流サーボモータ等の他のモータを適宜使用できることは勿論である。サーボモータを使用する場合、モータ付随のサーボ機構を使用しても良いが、前述したステッピングモータの制御例と同様、各マグネット１２の回転を検出する検出機構５の信号を利用してサーボ機構を構成するようにしても良い。
尚、前述したような制御部６が無く、検出機構５によって各マグネット１２の回転速度や回転角度を検出するだけの構成であっても充分効果があるのは明かである。即ち、回転速度や位相角を常時モニタし、それらがある限度を越えた場合に処理を緊急停止するような構成を採用することができるからである。
【００６５】
また、上述した実施形態では、基板２が静止した状態で成膜が行われたが、対を構成するカソード１の間を基板２が移動する過程で成膜が行われるよう構成しても良い。
さらに、制御部６では一つのクロック発振器６４を使用したが、精度の良いもの使用する等の場合には、二つのクロック発振器を使用してそれぞれのパルス制御ドライバ６１にクロックパルスを供給してもよい。
【００６６】
また尚、本願発明の考え方は磁性薄膜以外の成膜についても同様に応用が可能である。即ち、非磁性ターゲットを使用して非磁性の薄膜を両面同時成膜する場合にも、両側のプラズマのねじれや擦れが無い本願発明の構成は、膜質や膜厚の均一性の点で優れた効果をもたらす。特に、磁気記録媒体では、下地膜としてのクロム又はクロム合金膜や潤滑膜としてのカーボン膜等を成膜する必要があるが、これらの成膜において本願発明の考え方を適用することで、磁気記録媒体の特性がさらに改善されることが発明者によって確認されている。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明した通り、各請求項の装置又は方法によれば、対を構成する各マグネットが、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転するので、従来見られたプラズマの変動が解消され、磁気特性の面内分布が改善された磁性薄膜の両面同時成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係る磁性薄膜の両面同時成膜装置の主要部の概略構成を示すとともに実施形態に係る両面同時成膜方法について説明する図である。
【図２】図１のカソードに採用されたマグネットの効果についての説明図である。
【図３】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、基板円周方向の保磁力分布の測定結果を示した図である。
【図４】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、図３の測定結果が得られた際のバイアス電圧、電流、電力の時間変動を示した図である。
【図５】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、図１に示す装置及び方法で製作した磁気記録媒体と従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を比較した図である。
【図６】図１に示す両面同時成膜装置の全体の構成の概略を示した平面図である。
【図７】他のカソードの構成について説明する図である。
【図８】従来の両面同時成膜装置及び方法の説明図である。
【符号の説明】
１カソード
１１ターゲット
１２マグネット
２基板
３スパッタ電源
４回転駆動機構
４１回転軸
４２モータ
５検出機構
６制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the formation of a magnetic thin film necessary for producing a magnetic recording medium such as a hard disk.
[0002]
[Prior art]
A magnetic recording medium such as a hard disk, which is frequently used as a recording medium for computers, is manufactured by forming multilayer films including magnetic thin films on both sides of a disk-shaped substrate. Specifically, surface treatment such as surface hardening such as nickel phosphide (NiP) plating, surface polishing, and texture formation is sequentially performed on a substrate made of a non-magnetic material such as aluminum, and a base film is formed thereon. A Cr film or a Cr alloy film is prepared. Thereafter, a magnetic thin film such as CoNiCr, CoCrPtTa, or CoCrPtTaNi is formed, and a lubricating film for friction of the magnetic head is formed thereon, and a magnetic recording medium is finally manufactured.
[0003]
Of the above processes, the formation of a Cr film or Cr alloy film as a base or a magnetic thin film such as CoNiCr is generally performed by sputtering. As a sputtering method, in order to improve the magnetic recording characteristics, the film formation is performed while the substrate passes in front of the cathode, and the film formation is performed while the substrate and the cathode are stationary facing each other. The film forming method has changed.
[0004]
FIG. 8 is an explanatory view of a conventional double-sided simultaneous film forming apparatus and method used for forming such a magnetic thin film.
First, sputtering is generally performed by magnetron sputtering, and a magnetron cathode is used. In the double-sided simultaneous film forming apparatus shown in FIG. 8, a cathode 1 which is a magnetron cathode is provided in a vacuum container (not shown). In this case, as shown in FIG. 8, a pair of cathodes 1 are arranged opposite to each other with a substrate 2 to be deposited, as shown in FIG.
[0005]
A cathode 1 that is a magnetron cathode includes a target 11 made of a material to be deposited, and a magnet 12 that sets a magnetic field by leaking magnetic lines of force toward the substrate 2 through the target 11. The magnet 12 includes a columnar center magnet 121, a ring-shaped peripheral magnet 122 disposed so as to surround the center magnet 121 with a predetermined gap, and the center magnet 121 and the peripheral magnet 122 connected to each other. And a disk-shaped yoke 123 provided on the main body. The central magnet 121 and the peripheral magnet 122 are configured so that the magnetic poles on the front surface thereof are different from each other, and an arc-shaped magnetic field line is set in front of the cathode 1.
[0006]
A sputtering power source 3 is connected to the cathode 1, and a voltage necessary for sputtering such as a predetermined negative high voltage is applied to the cathode 1.
A target 11 is disposed on the front side of each magnet 12 with a backing plate 13 interposed. The target 11 is a plate-like member made of a material selected according to the material of the thin film to be formed. The backing plate 13 is used for disposing the target 11 at a predetermined position.
[0007]
In addition, the apparatus of FIG. 8 includes a gas introduction unit (not shown) that introduces a predetermined discharge gas into the space between the substrate 2 and each cathode 1. As the discharge gas, an inert gas having a high sputtering rate such as argon is used.
[0008]
A conventional double-sided simultaneous film forming method will be described while explaining the operation of the apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 8, the substrate 2 to be deposited is placed at a position between the opposing cathodes 1 by a substrate transport system (not shown). In this state, the gas introduction system operates to introduce the discharge gas into the space between the substrate 2 and the cathode 1 at a predetermined flow rate.
Then, the sputtering power source 3 operates to apply a predetermined voltage to each cathode 1, and the introduced discharge gas is ionized by the electric field generated by this voltage, and the ions strike the target 11 to cause sputtering discharge. The material of the target 11 sputtered in the process of discharge flies toward the substrate 2 and deposits on the surface of the substrate 2 to form a film.
For example, when producing a magnetic thin film made of CoNiCr, sputtering is performed using a target 11 made of CoNiCr.
[0009]
In the conventional apparatus and method described above, sputtering may be performed while rotating the magnet 12 for a specific purpose. In this case, as shown in FIG. 8, the rotation drive mechanism 4 is attached to the magnet 12 to rotate, but each rotation drive mechanism 4 rotates the magnet 12 in the same direction. That is, as shown in FIG. 8, the rotations of the magnets 12 are opposite to each other when viewed from one direction perpendicular to the substrate 2.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to improve the in-plane distribution of magnetic properties such as coercive force in the formation of a magnetic thin film. That is, for example, the above-described magnetic recording medium such as a hard disk is required to have a uniform magnetic characteristic distribution in the circumferential direction on the recording surface. In this case, for example, when the coercive force distribution in the circumferential direction becomes non-uniform, it is known that the modulation characteristic (also referred to as an envelope) that means the output distribution in the circumferential direction deteriorates. The deterioration of the modulation characteristics causes a problem that when erasing information written on the magnetic recording medium, the residual magnetism is unevenly distributed after erasing, and the output from the recording surface after erasing has a distribution in the circumferential direction. Furthermore, the deterioration of the modulation characteristic leads to an increase in error rate when information is written to or read from the magnetic recording medium.
The present invention has been made to solve such a problem, and provides an apparatus and a method for simultaneously forming both sides of a magnetic thin film in which the in-plane distribution of magnetic properties is improved to improve the performance of magnetic recording media and the like. The purpose is to contribute.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 of the present application is a double-sided simultaneous film-formation apparatus for a magnetic thin film having a pair or a plurality of pairs of cathodes arranged opposite to each other with a substrate to be deposited therebetween. Each cathode includes a target made of a magnetic material to be deposited and a magnet that sets a magnetic field by leaking magnetic lines of force toward the substrate through the target, and the magnet included in each cathode is perpendicular to the substrate. A rotational drive mechanism that rotates the magnets around the rotation axis is set, and the rotation drive mechanism forms a pair. Each magnet provided in the cathode is rotated at the same rotational speed and in the same direction when viewed from one direction perpendicular to the substrate.The
The magnet includes a center magnet and peripheral magnets of different polarities surrounding the center magnet, and the center magnet has a shape in which semi-cylindrical portions having different diameters are joined with their flat side surfaces facing each other. The peripheral magnet has a configuration in which two semi-cylindrical members having different diameters are arranged concentrically facing each other, and the semi-cylindrical portion with the larger diameter is located outside the semi-cylindrical portion with the larger diameter. The semi-cylindrical part with the smaller diameter is located outside the semi-cylindrical part with the smaller diameter.It has the composition.
  Similarly, to achieve the above object, the claims2The invention described is the above claim.1In the configuration ofSaidOf each magnetRotation speedEquipped with a detection mechanism to detectA control unit is provided for feedback control of the rotation speed of each magnet according to the detection result of the detection mechanism.It has the composition.
  Similarly, to achieve the above object, the claims3The described invention has a target made of a magnetic material to be deposited on the front and a cathode having a magnet for setting a magnetic field by leaking magnetic lines of force from the target to the front space. A magnetic thin film is formed by applying a predetermined voltage to the cathode and simultaneously forming a magnetic thin film on both sides of the substrate by sputtering.Manufacturing methodIn
  The magnet sets a magnetic field having an asymmetric distribution with respect to a rotation axis in a direction perpendicular to the substrate, and each of the magnets provided on the cathodes constituting the pair has the same rotational speed and is perpendicular to the substrate. Film formation by sputtering while rotating in the same direction as seen from the direction ofThe
The magnet includes a center magnet and peripheral magnets of different polarities surrounding the center magnet, and the center magnet has a shape in which semi-cylindrical portions having different diameters are joined with their flat side surfaces facing each other. The peripheral magnet has a configuration in which two semi-cylindrical members having different diameters are arranged concentrically facing each other, and the semi-cylindrical portion with the larger diameter is located outside the semi-cylindrical portion with the larger diameter. The semi-cylindrical part with the smaller diameter is located outside the semi-cylindrical part with the smaller diameter.It has the composition.
  Similarly, to achieve the above object, the claims4The invention described is the above claim.3In the configuration ofEachMagnetRotation speedDetecting and rotating speed according to the detection resultWhile feedback controlIt has a configuration in which a film is formed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of a magnetic thin film double-sided simultaneous film-forming apparatus according to an embodiment of the present invention and explaining a double-sided simultaneous film-forming method according to the embodiment.
[0013]
The double-sided simultaneous film forming apparatus for magnetic thin films shown in FIG. 1 includes a pair of cathodes 1 disposed opposite to each other with a substrate 2 to be deposited in a vacuum vessel (not shown), and sputtering discharge applied to each cathode 1. A sputtering power source 3 for applying a voltage for the above, a gas introduction system (not shown) for introducing a discharge gas into the space between each cathode 1 and the substrate 2, and a magnet 12 provided in each cathode 1 are described below. A rotation drive mechanism 4 that rotates in a simple manner, a detection mechanism 5 that detects a rotational speed and / or a shift in the rotation angle of each magnet 12, and a control unit 6 that performs predetermined feedback control according to the detection result of the detection mechanism 5. Consists mainly of.
[0014]
First, the pair of cathodes 1 is the same as a conventional magnetron cathode, and a target 11 made of a magnetic material to be formed, and a magnet 12 for setting a magnetic field by leaking magnetic lines of force toward the substrate 2 through the target 11. It is equipped with. However, the magnet 12 of this embodiment is greatly different from the conventional one in that a magnetic field having an asymmetric distribution with respect to the rotation axis 41 perpendicular to the substrate 2 is set.
[0015]
That is, the magnet 12 in the present embodiment has a central magnet 121 and a peripheral magnet 122 of different polarity surrounding the same, as in the conventional one, but the central magnet 121 is a flat semi-cylindrical member having a different diameter. The peripheral magnet 122 has a shape in which the side faces are joined to face each other, and the semi-cylindrical members having different diameters are arranged concentrically facing each other as shown in FIG. The central magnet 121 and the peripheral magnet 122 are fixed to the surface of a plate-shaped yoke 123, and the yoke 123 has a substantially disk shape in which the outer diameter of the semicircular portion is slightly smaller in accordance with the shape of these magnets. It is a member of.
[0016]
FIG. 2 is an explanatory view of the effect of the magnet 12 employed in the cathode 1 of FIG. First, FIG. 2A shows the erosion shape of the magnetic field lines and the target 11 formed by the central magnet 121 and the peripheral magnet 122 of the large diameter portion of the magnet 12 shown in FIG. 1, and FIG. The magnetic field lines formed by the small portion of the center magnet 121 and the peripheral magnet 122 and the erosion shape of the target 11 are shown. FIG. 2C shows the erosion shape of the target 11 that is actually obtained when the magnet 12 is rotated.
[0017]
In magnetron sputtering, plasma is confined by magnetic field lines leaked forward in an arc shape, and sputter discharge is generated with high efficiency. In this case, the erosion shape of the target 11 generated by sputtering depends on the pattern of magnetic field lines. That is, as shown in FIGS. 2A and 2B, strong erosion is generated at a position having a large diameter depending on the central magnet 121 and the peripheral magnet 122 having a large diameter, and depending on the central magnet 121 and the peripheral magnet 122 having a small diameter. Strong erosion occurs at a position with a small diameter.
When the cathode 1 is rotated, two erosion is synthesized as shown in FIG. 2C, and uniform erosion occurs in a wide area in the radial direction. Note that the expansion of the erosion region contributes to the improvement of the utilization efficiency of the target 11, and the uniform erosion contributes to the uniformity of the film formation such as the film thickness distribution.
[0018]
Next, returning to FIG. 1, the configuration of the rotation drive mechanism 4, the detection mechanism 5, and the control unit 6, which are major features of the apparatus and method of this embodiment, will be described.
As described above, the rotation drive mechanism 4 in the present embodiment rotates the cathode 1 around the rotation axis 41 in the direction perpendicular to the substrate 2 in order to enlarge the erosion region and make the erosion uniform. At this time, in the apparatus and method of the present embodiment, the rotation is performed in the same direction and at the same rotational speed as viewed from one direction perpendicular to the substrate 2.
[0019]
Specifically, the rotation drive mechanism 4 in the present embodiment is mainly composed of a rotation shaft 41 connected to the back surface of the cathode 1 and a motor 42 coupled to the rotation shaft 41.
The rotation shaft 41 is arranged coaxially with the central axis of the central magnet 121 made of the semi-cylindrical member and the peripheral magnet 122 made of the semi-cylindrical member. In this embodiment, a stepping motor (also referred to as a pulse control motor or a pulse motor) is used as the motor 42 that rotates the magnet 12 via the rotating shaft 41, and the rotation direction can be arbitrarily selected. What can adjust a rotational speed in the range of about 200 RPM can be used conveniently. Such a stepping motor is commercially available from, eg, Oriental. Note that only the magnet 12 is rotated, and the target 11 remains stationary without being rotated.
[0020]
On the other hand, as the detection mechanism 5, a reflection type photosensor is used in this embodiment. A photo sensor is provided for each magnet 12, and includes a light emitting element 51 that irradiates light from the back side of the magnet 12 to a peripheral end portion of the yoke 123, and a light receiving element 52 that receives the light reflected by the yoke 123. It is configured.
As can be seen from FIG. 1, the yoke 123 has a semicircular notch and a semicircular notch provided with a small diameter. Therefore, the light from the light emitting element 51 is not reflected in the half cycle of the rotation of the magnet 12, but is reflected by the yoke 123 and received by the light receiving element 52 in the other half cycle.
[0021]
The detection mechanism 5 can detect the rotation speed and rotation angle of each magnet 12 independently. That is, since the light receiving state of the light receiving element 52 periodically changes as described above, the rotational speed of each magnet 12 can be detected from this cycle. In addition, since light reception and light shielding are alternately repeated every 180 degrees, the rotational position can be detected based on how many pulses have been rotated from the time when light reception is switched to light shielding (or vice versa). Then, by comparing the detection results of the two detection mechanisms 5, it is possible to detect a shift in the rotation angle of the two magnets 12.
[0022]
Next, the control unit 6 that controls the rotation of the magnet 12 in accordance with the detection result from the detection mechanism 5 will be described.
As shown in FIG. 1, the control unit 6 includes a pulse control driver 61 that sends a pulse drive signal to each motor 42, a driver controller 62 that sends a control signal to the pulse control driver 61, and a driver that sets rotation conditions. It is mainly composed of a programmable controller 63 for sending to the controller 62 and a clock oscillator 64 for supplying clock pulses to each pulse control driver 61.
[0023]
First, the programmable controller 63 sets conditions such as the rotation direction of each motor 42, the rotation speed, and the shift of the rotation angle of the two magnets 12 (hereinafter referred to as phase angle), and these conditions are stored in advance. A storage unit such as a RAM for storing conditions in accordance with an input from an external input unit such as a ROM or an input panel is provided.
[0024]
The driver controller 62 is a part that plays a major role in the feedback control performed by the control unit 6, and is predetermined to the pulse control driver 61 according to the detection result from the detection mechanism 5 and the rotation condition sent from the programmable controller 63. The control signal is sent. A control signal from a central control unit that controls the operation of the entire apparatus is also sent to the driver controller 62.
The driver controller 62 includes a programmable controller 63, a detection mechanism 5, a signal input circuit from a central control unit (not shown), a signal output circuit to the pulse control driver 61, and rotation condition data sent from the programmable controller 63. A storage circuit for temporarily storing, an arithmetic circuit for processing the signal sent from the detection mechanism 5 to calculate the rotation speed and rotation angle of each magnet 12, a determination circuit for determining the rotation condition according to the calculation result of the arithmetic circuit, etc. It has.
[0025]
The pulse control driver 61 sends a drive pulse train to the motor 42 in accordance with a command from the driver controller 62 and rotates it. A pulse train creation circuit that creates a pulse train for rotation, and a stepping process by distributing the created pulse train. It is composed of a distribution circuit and the like for supplying to each excitation coil of the motor. Each pulse control driver 61 is supplied with clock pulses from the same clock oscillator 64, and each pulse control driver 61 generates a pulse train in synchronization and supplies it to the motor 42. .
[0026]
Next, the operation of the control unit 6 will be described.
First, when the substrate 2 is arranged at a predetermined position shown in FIG. 1, the central control unit sends a drive signal to the driver controller 62 in response to a detection signal of a sensor (not shown) that confirms this. Conditions such as the rotation direction, rotation speed, and phase angle of each magnet 12 are sent in advance from the programmable controller 63 to the driver controller 62, and pulse control is performed according to the rotation conditions when receiving a drive signal from the central control unit. A control signal is sent to the driver 61.
[0027]
The pulse control driver 61 first performs an operation of returning the origin of the two magnets 12. That is, a drive pulse train that rotates by a predetermined angle (for example, 360 degrees) is sent to rotate the motor 42 to determine at what point the detection result of the detection mechanism 5 composed of the reflection type photosensor is switched from on to off (or vice versa). To detect. As a result, the angle at which each magnet 12 was positioned before rotation can be known, and the rotation angle after rotation can be determined according to the transmitted drive pulse train. Then, a drive pulse train that rotates each magnet 12 is calculated and sent to the motor 42 to the origin position that is set by the programmable controller 63, sent via the driver controller 62, and stored in advance, and sent to the motor 42. To be located.
[0028]
For example, when returning to the origin with a phase angle of 180 degrees, in the magnet 12 on the left side of the pair of magnets 12 shown in FIG. 1, the right peripheral portion of the peripheral magnet 122 of the semicircular portion having a large diameter is positioned at the highest point. The right rotation angle of the magnet 12 on the right side is exactly 180 degrees with respect to the origin position of the left side magnet 12, that is, the peripheral edge portion in the middle of the peripheral magnet 122 having a small diameter is the highest. The state located at the point is the origin position.
[0029]
After the return to origin is completed, the pulse control driver 61 sends a predetermined drive pulse train to the motor 42 in accordance with the control signal from the driver controller 62 while synchronizing with the clock pulse sent from the clock oscillator 64. As a result, the motor 42 starts rotating in a predetermined direction at a predetermined rotation speed. That is, the direction of rotation is determined according to the distribution of the drive pulse train to each excitation coil, and the rotation is maintained at a predetermined rotational speed according to the cycle of the drive pulse train.
[0030]
After a predetermined time corresponding to the film formation time has elapsed, the rotation of the motor 42 is stopped. This rotation stop may be performed by the end of reception of a predetermined number of drive pulse trains sent according to the rotation time set by the programmable controller 63, or the driver controller 62 receives a drive stop signal from the central control unit. In some cases, a drive stop signal is sent to the pulse control driver 61 so that the pulse control driver 61 stops transmission of the drive pulse train.
[0031]
As a method of keeping the phase angle at a predetermined value, there is a method in which one magnet 12 is returned to the origin, and the rotation of the other magnet 12 is started with a time lag corresponding to the phase angle.
[0032]
In the apparatus and method of the present embodiment, the magnet 12 is rotated at the same rotational speed and in the same direction as viewed from one direction perpendicular to the substrate 2. This is achieved by setting a rotation condition in the programmable controller 63 so that the two motors 42 rotate in opposite directions and at the same speed. Then, by sending a drive pulse train of rotations at the same speed and in opposite directions to each motor 42 via the driver controller 62 and the pulse control driver 61, the motor 42 has the same direction as viewed from one direction perpendicular to the substrate 2. Accordingly, the rotation is performed in a state where the phase angle set by the return to origin is maintained constant.
This uniform rotation in the same direction contributes to the generation of stable sputter discharge by preventing the fluctuation of the plasma accompanying the rotation of the cathode 1, thereby improving the in-plane distribution of the magnetic properties of the magnetic thin film. It is illustrated. This point will be described in detail later.
[0033]
Next, returning to FIG. 1, other members constituting the apparatus will be described.
A sputtering power source 3 is connected to the pair of cathodes 1 described above as in the prior art. As the sputtering power source 3, one that applies a negative high voltage up to about 1500 V or a high frequency of about 2.0 kW at a frequency of 13.56 MHz to the cathode 1 is adopted.
The substrate 2 is transported by a substrate transport system (not shown) provided with fingers that hold the substrate 2 at three equal positions on the periphery, and is exactly at the center of the opposed positions of the pair of cathodes 1. It is transported to the position and can be stopped.
[0034]
Further, the substrate 2 is provided with a substrate bias power source (not shown) for applying a predetermined substrate bias voltage to the substrate 2. The substrate bias power source in the present embodiment applies a predetermined DC voltage via a finger of the substrate transport system. A device that applies a predetermined high frequency to the substrate 2 so that a predetermined negative bias voltage is applied to the substrate 2 by the interaction between the high frequency and the plasma can also be used as a substrate bias power source.
[0035]
Furthermore, a gas introduction system (not shown) that introduces a discharge gas into the space between each cathode 1 and the substrate 2 includes a gas cylinder that stores a discharge gas such as argon, a pipe that connects the gas cylinder and the vacuum vessel, It consists of a conductance valve or the like provided on the pipe. In the vacuum vessel, there is provided a gas introduction pipe having a tip opening located at a predetermined position facing the space between the substrate 2 and each cathode 1, and this gas introduction tube is provided on the wall of the vacuum vessel. It is connected to the above-mentioned piping penetrating hermetically.
[0036]
Next, while explaining the operation of the above-described double-sided simultaneous film forming apparatus of this embodiment, the double-sided simultaneous film forming method of this embodiment is also described.
First, a substrate transport system (not shown) transports the substrate 2 through a gate valve provided on the wall of the vacuum vessel, and the substrate 2 is stopped at a middle position between the pair of cathodes 1. Next, a gas introduction system (not shown) is operated to introduce discharge gas at a predetermined flow rate. In parallel with this, as described above, the pair of cathodes 1 starts rotating in the same direction and at the same speed with respect to one direction perpendicular to the substrate 2.
[0037]
In this state, the sputtering power source 3 operates, a predetermined voltage is applied to each cathode 1, and sputtering discharge occurs. That is, the introduced discharge gas is ionized and strikes the target 11 to perform sputtering, and electrons emitted by the sputtering further ionize the discharge gas and sustain the discharge. Similarly, the material of the target 11 (sputtered particles) released by sputtering flies toward the substrate 2 and adheres to and accumulates on the substrate 2, thereby forming a film.
[0038]
Now, according to the apparatus and method of the present embodiment described above, the magnetic property distribution of the magnetic thin film to be formed is remarkably improved as compared with the conventional case. This point will be described in detail below.
3, 4 and 5 are diagrams for explaining the effect of improving the magnetic characteristics by the apparatus and method of the embodiment shown in FIG. Among these, FIG. 3 is a diagram showing the measurement result of the coercive force distribution in the substrate circumferential direction, and FIG. FIG. FIG. 5 is a diagram comparing the modulation characteristics of the magnetic recording medium manufactured by the apparatus and method shown in FIG. 1 and the magnetic recording medium manufactured by the conventional apparatus and method.
[0039]
In the above-described information recording medium such as a hard disk, the film thickness of the base film or magnetic thin film formed on the substrate 2 tends to decrease as the recording density increases. At the same time, technical demands such as high coercivity of the magnetic recording layer, uniform coercivity in-plane distribution, and reduction of noise at the time of signal reading, etc. have become very severe.
In order to meet such technical demands, the present inventor conducted intensive research and found that 850 Mbit / (inch)² With high-density recording of more than a certain degree, it has gradually become clear that there are limitations in the conventional apparatus and method with respect to technical requirements regarding magnetic characteristics such as coercive force distribution. And it became clear that such a technical limit can be solved by changing the structure which rotates the said cathode 1. FIG.
[0040]
The inventor speculated that the limit of homogenization of the in-plane distribution of magnetic characteristics may be caused by fluctuations in plasma twist or the like accompanying the rotation of the cathode 1. That is, in the conventional apparatus and method shown in FIG. 8, the two magnets 12 rotate in opposite directions with respect to one direction perpendicular to the substrate 2. In this case, it is considered that the plasma generated on both sides of the substrate 2 has an influence on each other because of being within the Debye distance.
[0041]
In this case, when the pair of magnets 12 are rotated in opposite directions as in the prior art, the plasma is present in a state where it is captured by the lines of magnetic force. Become. For this reason, it is considered that the plasma density distribution in both plasmas and the drift motion of charged particles fluctuate extremely unstable.
Such unstable behavior of the plasma is considered to affect the characteristics of the magnetic thin film to be formed and appear as non-uniform coercive force distribution. In particular, an ion assist method is often employed in which a bias voltage is applied to the substrate 2 to extract a certain amount of ions from the plasma and the collision energy of the ions is used for film formation. Along with the behavior, the amount of extracted ions also changes in an unstable manner, which is expected to promote nonuniform magnetic properties.
[0042]
If the inventor makes the rotation of the pair of magnets 12 in the same direction and the same rotation speed based on such analysis, the above-described plasma fluctuation is eliminated and the in-plane distribution of the magnetic characteristics is improved. We predicted that this would be the case and conducted several experiments. This result is shown in FIG.
The horizontal axis in FIG. 3 indicates the angular position of the substrate 2 in the circumferential direction, and the vertical axis indicates the magnitude of the coercive force at the angular position. As can be seen from the results shown for each character in FIG. 3, in the case of the conventional example, the distribution of the coercive force in the circumferential direction has a large strength of about ± 4.5%.
[0043]
On the other hand, in the case of the present embodiment, it can be seen that the distribution of the coercive force in the circumferential direction is suppressed to a small and strong level and the coercive force distribution is made uniform. In particular, in the configuration in which the two magnets 12 rotate while maintaining the phase angle of 0 degrees, that is, the same rotational angle, the coercive force is distributed with a small strength of about ± 0.8%, and a great improvement can be achieved. I understand. In addition, when the phase angle is 180 degrees, a large coercive force of about 2200 to 2300 Oe can be obtained while suppressing the coercive force distribution to about ± 2.1%. It can be seen that both are achieved.
[0044]
In the experiment of FIG. 3, the substrate bias voltage in the conventional example and the first to third embodiments is set to −300V, and the substrate bias voltage in the fourth and fifth embodiments is set to 0V.
From these experimental results, the inventor's initial guess was confirmed to be correct. That is, by rotating the two magnets 12 at the same speed and in the same direction, fluctuations in the plasma are eliminated, and as a result, the magnetic characteristic distribution of the magnetic thin film to be deposited is made uniform.
[0045]
In addition, the inventor applies a substrate bias voltage to the substrate 2 during film formation in order to further analyze the cause of this uniform magnetic characteristic, and changes in current and power that flow through the substrate 2 due to the voltage. Was monitored. This result is shown in FIG.
4A is a diagram showing changes in voltage, current, and power in the apparatus and method of the present embodiment, and FIG. 4B is a diagram showing changes in voltage, current, and power in the conventional apparatus and method. In the apparatus and method of the present embodiment that obtained the data of (a), the phase angle was 180 degrees.
[0046]
In both the present embodiment and the conventional example, a bias voltage of about DC-300 V was applied to the substrate 2. As shown in FIGS. 4A and 4B, the substrate bias voltage is substantially constant in both the present embodiment and the conventional example.
However, in the case of the conventional example, the current flowing by the ions flowing into the substrate 2 fluctuates violently as shown in FIG. 4B, and as a result, the power also fluctuates greatly. On the other hand, as shown in (a), in the case of the present embodiment, the current and voltage hardly change and are constant.
[0047]
For this reason, in the conventional example in which the pair of magnets 12 are rotated in the opposite directions, the plasma is twisted or rubbed, and the plasma state fluctuates severely in time and space. It is judged that exercise is very unstable.
On the other hand, in this embodiment in which the pair of magnets 12 rotate in the same direction and at the same speed, such unstable plasma behavior does not appear, and the plasma density and drift motion are extremely stable. That is, in the present embodiment, the positional relationship between the pair of magnetic fields does not change, and the two magnetic fields are apparently stationary in the rotating system. Therefore, the plasma captured by the magnetic field is also apparently stationary in the rotating system, and the conventional plasma fluctuation does not occur in principle.
[0048]
Next, the inventor actually measured the modulation characteristics of the magnetic recording medium manufactured by the apparatus and method of this embodiment and the conventional example. This result is shown in FIG. FIG. 5 shows the coercivity distribution (circumferential direction) and modulation characteristics of the formed magnetic thin film, together with the film forming conditions of this embodiment and the conventional example.
[0049]
As shown in FIG. 5, in the magnetic recording medium manufactured by the conventional apparatus and method, the modulation characteristic, that is, the output characteristic in the circumferential direction varies greatly. On the other hand, according to the apparatus of the present embodiment, the output characteristics hardly change, and it can be seen that good modulation characteristics are obtained.
As described above, according to the configuration of the present embodiment that performs the rotation at the same speed and the same direction, the fluctuation of the plasma that has been seen in the past is eliminated, so that the in-plane distribution of the magnetic characteristics is greatly improved, and the modulation characteristics are excellent. Magnetic recording media can be manufactured.
[0050]
Next, a configuration for further improving the above effect in the configuration of the present embodiment described above will be described.
As described above, in this embodiment, when the two magnets 12 are rotated at the same speed and in the same direction, the clock pulses obtained from the same clock oscillator 64 are used to synchronize the drive pulse trains in the two motors 42. ing. This configuration contributes to maintaining a high constant velocity of rotation of the two magnets 12.
[0051]
However, no matter how high-precision clock oscillator 64 is used, the clock pulse shift before and after due to a clock frequency shift or temperature drift cannot be completely eliminated. It is inevitable that the rotational speeds and phase angles of the two motors 42 are slightly shifted due to misalignment or the like. The positional relationship between the two magnets 12 is gradually shifted due to such a slight shift in rotational speed and the like. That is, the phase angle between the two magnets 12 is not maintained constant.
[0052]
  Such a shift in phase angle due to a shift in rotational speed may increase the rotational speed.Film formationWhen the time becomes long, it becomes large, and in some cases, as in the case of the conventional reverse rotation, the pair of plasmas may be twisted or rubbed and become unstable.
  As an optimum configuration for solving this problem, there is a configuration in which feedback control is performed so as to cancel the deviation of the rotational speed and the phase angle by using the detection result of the detection mechanism 5 that detects the rotational speed of the two magnets 12. It is done.
[0053]
That is, as described above, the detection result of the detection mechanism 5 is fed back to the driver controller 62, and the arithmetic circuit provided in the driver controller 62 calculates the rotation speed of the magnet 12 by calculating the on / off signal from the detection mechanism 5. To do. This calculation result is input to the determination circuit.
On the other hand, as described above, the signal of the rotational speed set by the programmable controller 63 is sent to the pulse control driver 61 via the driver controller 62, and this signal is also inputted in advance to the determination circuit. The determination circuit is specifically composed of an OP amplifier IC or the like, and generates a control signal so as to reduce this difference by comparing the rotation speed signal inputted in advance with the calculated actual rotation speed. .
[0054]
With this control signal, the rotational speed signal sent to the pulse control driver 61 is adjusted, and the pulse control driver 61 changes the drive pulse train so as to be the set rotational speed and sends it to the motor 42. By such negative feedback control, the rotation speed of the motor 42 is maintained with high accuracy at the initially set rotation speed.
[0055]
The advantage of the above example is that the signal of the detection mechanism 5 that detects the rotation of the magnet 12 is used in combination when the stepping motor is controlled in a closed loop. That is, since a stepping motor is a motor that rotates at a constant angle for each pulse, open loop control is usually sufficient. However, when performing closed loop control, a rotation detection mechanism 5 such as a rotary encoder is required. Become. However, according to the above example, it is not necessary to separately provide a rotary encoder or the like, and the configuration of the control system is simplified and the cost is reduced.
[0056]
In the above example, the rotation speed of each motor 42 is stabilized by each feedback system to keep the rotation speed constant. However, the difference between the calculated rotation speeds of the magnets 12 is calculated. It is also possible to operate the control system so that this difference is reduced.
Furthermore, it is also possible to perform a control to maintain a constant while detecting the phase angle of each magnet 12 instead of the rotational speed.
[0057]
That is, the phase angle, that is, the rotation angle difference between the two magnets 12 appears as a phase difference between the on / off signals sent from the two detection mechanisms 5 made of the reflection type photosensors. It is obtained by the circuit inside and input to the judgment circuit. On the other hand, the signal of the phase angle set by the programmable controller 63 is input in advance to this determination circuit, and the control signal is generated so that the difference is smaller than the actually detected phase angle.
[0058]
The rotational speed signal sent to the pulse control driver 61 is adjusted by this control signal so that the set phase angle is maintained with high accuracy. Specifically, the rotational speed of one motor 42 is fixed, and the rotational speed of the other motor 42 is temporarily changed to return to the set phase angle. When a constant rotation speed control system is operating simultaneously, a conflict occurs between the phase angle control system and the constant rotation speed control system of the motor 42. Therefore, the driver controller should give priority to the phase angle control system. The logic circuit in 62 is made to work.
[0059]
Above, description of the main part of the apparatus and method of this embodiment is complete | finished, and it demonstrates supplementarily about the structure of the other part of an apparatus.
FIG. 6 is a plan view schematically showing the overall configuration of the double-sided simultaneous film forming apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the apparatus of this embodiment, a plurality of vacuum containers 7 are provided vertically along the transport path of the substrate 2, and each vacuum container 7 is hermetically connected with a gate valve 8 interposed. Yes. These vacuum containers 7 are arranged in the order in which the substrates 2 are transported, such as a carry-in side preliminary chamber 71, a first film forming chamber 72, a second film forming chamber 73, a third film forming chamber 74, a fourth film forming chamber 75, and a fifth film forming chamber. A membrane chamber 76 and a carry-out side preliminary chamber 77 are configured. In each of the film forming chambers 72, 73, 74, 75, and 76, the cathodes 1 are arranged on the left and right sides of the stationary position of the substrate 2 as described above, and the rotation driving mechanism 4 is attached to each cathode 1. Has been.
[0060]
In many cases, a magnetic recording medium such as a hard disk has a multilayer structure. Therefore, a configuration is adopted in which a plurality of film forming chambers are provided vertically as described above, and the base film and the magnetic film are sequentially formed in the order of conveyance. Prior to film formation, pre-treatment may be performed in which high-frequency etching is performed to remove oxide film or moisture on the surface of the substrate 2 or the substrate 2 is heated in advance for film formation efficiency. . In addition, after the multilayer film is formed, a post-treatment in which a carbon thin film is formed on the surface as a lubricating film may be performed. In some cases, vacuum chambers for processing before and after film formation are arranged before and after the plurality of film formation chambers.
In any case, in such an apparatus in which a plurality of vacuum chambers are hermetically arranged vertically and processing is performed while the substrates 2 are sequentially transferred to the respective vacuum chambers, film formation processing or the like can be performed sequentially without exposing the substrates 2 to the atmosphere. Therefore, a good quality multilayer film can be formed.
[0061]
In the configuration of the apparatus and method according to the embodiment of the present invention described above, other configurations of the cathode 1 are conceivable. FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of another cathode 1.
As described above, in the present invention, one of the major features is that “the magnet provided in each cathode sets a magnetic field having an asymmetric distribution with respect to the rotation axis perpendicular to the substrate”. It has become. This asymmetric magnetic field distribution has the effect of contributing to the uniform erosion (erosion) of the target 11 and the expansion of the erosion region in combination with the rotation of the magnet 12 as described above. Many other configurations of the magnet 12 that achieve an asymmetrical distribution of the magnetic field are possible besides those shown in FIG.
[0062]
That is, as in the conventional magnet 12 of FIG. 8, a cylindrical center magnet 121 and an annular peripheral magnet 122 are formed, but the center is greatly deviated from the rotating shaft 41 (FIG. 7A). A configuration (b) composed of an elongated substantially rectangular central magnet 121 and a rectangular ring-shaped peripheral magnet 122 surrounding it, and further, three sets of the elongated central magnet 121 and the elongated peripheral magnet 122 surrounding it are arranged side by side. Various configurations that are asymmetric with respect to the rotating shaft 41, such as the configuration (c), can be employed. Even in the configuration of these magnets 12, when the detection mechanism is a reflection type photosensor, the rotational speed and the rotational angle of the magnet 12 are detected by arranging the light emitting element and the light receiving element at appropriate positions. Is possible. In the case of FIG. 7A, the arm 43 is connected to the rotating shaft 41, and the magnet 12 is integrally held by the arm 43 and rotated.
[0063]
In the embodiment described above, the pair of cathodes 1 are disposed to face each other with the substrate 2 interposed therebetween, but a plurality of pairs of cathodes 1 may be disposed. In this case, the magnets 12 included in each pair of cathodes 1 are rotated in the same direction with respect to one direction perpendicular to the substrate 2 at the same rotational speed as described above.
Further, in the above-described embodiment, only one substrate 2 is arranged in one vacuum vessel. However, a plurality of substrates 2 are held on the same surface using a substrate holder or the like. You may make it arrange | position the cathode 1 which comprises a pair on both sides of a holding surface.
[0064]
Furthermore, in the above-described embodiment, a stepping motor is used for each motor 42, but other motors such as a direct current motor, an alternating current motor, a direct current or an alternating current servo motor can be used as appropriate. When using a servo motor, a servo mechanism attached to the motor may be used. However, as in the above-described control example of the stepping motor, the servo mechanism is used by using the signal of the detection mechanism 5 that detects the rotation of each magnet 12. You may make it comprise.
It is obvious that even if there is no control unit 6 as described above and the detection mechanism 5 only detects the rotation speed and rotation angle of each magnet 12, it is sufficiently effective. That is, it is possible to employ a configuration in which the rotational speed and the phase angle are constantly monitored, and the processing is urgently stopped when a certain limit is exceeded.
[0065]
In the above-described embodiment, the film formation is performed in a state where the substrate 2 is stationary. However, the film formation may be performed while the substrate 2 moves between the cathodes 1 constituting the pair. .
Furthermore, although one clock oscillator 64 is used in the control unit 6, when using an accurate one, the clock pulse can be supplied to each pulse control driver 61 using two clock oscillators. Good.
[0066]
In addition, the concept of the present invention can be similarly applied to film formation other than the magnetic thin film. That is, even when a nonmagnetic thin film is formed on both sides simultaneously using a nonmagnetic target, the configuration of the present invention that does not twist or rub the plasma on both sides is excellent in terms of film quality and film thickness uniformity. Bring effect. In particular, in a magnetic recording medium, it is necessary to form chromium or a chromium alloy film as a base film, a carbon film as a lubricating film, and the like. The inventors have confirmed that the properties of the media are further improved.
[0067]
【The invention's effect】
  As explained above, each claimApparatus or methodAccording to the above, each magnet constituting the pair rotates at the same rotational speed and in the same direction when viewed from one direction perpendicular to the substrate. Both sides of the magnetic thin film with improved distribution can be simultaneously formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of a magnetic thin film double-sided simultaneous film-forming apparatus according to an embodiment of the present invention and explaining a double-sided simultaneous film-forming method according to the embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the effect of a magnet employed in the cathode of FIG.
3 is a diagram for explaining the effect of improving magnetic characteristics by the apparatus and method of the embodiment shown in FIG. 1, and is a diagram showing the measurement result of the coercive force distribution in the substrate circumferential direction. FIG.
4 is a diagram for explaining the effect of improving the magnetic characteristics by the apparatus and method of the embodiment shown in FIG. 1, and shows temporal variations in bias voltage, current, and power when the measurement result of FIG. 3 is obtained. It is a figure.
5 is a diagram for explaining the effect of improving the magnetic characteristics by the apparatus and method of the embodiment shown in FIG. 1, and the magnetic recording medium manufactured by the apparatus and method shown in FIG. 1 and the conventional apparatus and method. It is the figure which compared the modulation characteristic of the magnetic recording medium.
6 is a plan view showing an outline of the overall configuration of the double-sided simultaneous film forming apparatus shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of another cathode.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional double-sided simultaneous film forming apparatus and method.
[Explanation of symbols]
1 Cathode
11 Target
12 Magnet
2 Substrate
3 Sputtering power supply
4 Rotation drive mechanism
41 Rotating shaft
42 motor
5 Detection mechanism
6 Control unit

Claims

A double-sided simultaneous film forming apparatus for magnetic thin films comprising a pair or a plurality of pairs of cathodes arranged opposite to each other with a substrate to be deposited,
Each cathode includes a target made of a magnetic material to be deposited, and a magnet that sets a magnetic field by leaking magnetic lines of force toward the substrate through the target,
The magnet provided in each cathode sets a magnetic field having an asymmetric distribution with respect to a rotation axis perpendicular to the substrate, and a rotation drive mechanism for rotating each magnet around the rotation axis is attached. further, the rotary drive mechanism, all SANYO rotating each magnet is provided in the cathode constituting the pair, in the same direction as viewed and the substrate at the same rotational speed from a vertical one orientation,
The magnet includes a center magnet and peripheral magnets of different polarities surrounding the center magnet, and the center magnet has a shape in which semi-cylindrical portions having different diameters are joined with their flat side surfaces facing each other. The peripheral magnet has a configuration in which two semi-cylindrical members having different diameters are arranged concentrically facing each other, and the semi-cylindrical portion with the larger diameter is located outside the semi-cylindrical portion with the larger diameter. An apparatus for simultaneously forming both sides of a magnetic thin film, wherein the semi-cylindrical portion having a smaller diameter is positioned outside the semi-cylindrical portion having a smaller diameter .

Wherein a detection mechanism for detecting the rotational speed of the magnets, the magnetic thin film according to claim 1, wherein a control unit that performs feedback control of the rotational speed of the respective magnets are provided in accordance with the detection result of the detection mechanism Double-sided simultaneous film deposition system.

Provided with a target made of a magnetic material to be deposited on the front and a cathode equipped with a magnet for setting a magnetic field by leaking magnetic lines of force from the target to the front space, facing each other across the substrate to be deposited, In the method of manufacturing a magnetic thin film in which a predetermined voltage is applied to the cathode and a magnetic thin film is simultaneously formed on both sides of the substrate by sputtering,
The magnet sets a magnetic field having an asymmetric distribution with respect to a rotation axis in a direction perpendicular to the substrate, and each of the magnets provided on the cathodes constituting the pair has the same rotational speed and is perpendicular to the substrate. how der forming a film by the sputtering while rotating in the same direction as viewed from the direction of is,
The magnet includes a center magnet and peripheral magnets of different polarities surrounding the center magnet, and the center magnet has a shape in which semi-cylindrical portions having different diameters are joined with their flat side surfaces facing each other. The peripheral magnet has a configuration in which two semi-cylindrical members having different diameters are arranged concentrically facing each other, and the semi-cylindrical portion with the larger diameter is located outside the semi-cylindrical portion with the larger diameter. A method for producing a magnetic thin film, characterized in that the semi-cylindrical portion having the smaller diameter is positioned outside the semi-cylindrical portion having the smaller diameter .

4. The method for producing a magnetic thin film according to claim 3, wherein the rotation speed of each magnet is detected, and film formation is performed while feedback control of the rotation speed is performed according to the detection result.