JPH0232353B2 - Taikotaagetsutoshikisupatsutasochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［利用分野］ 本発明は一組のターゲツトを所定間隔隔てて対
面させ、その側方に配した基板上に薄膜を形成す
るようにした対向ターゲツト式スパツタ装置に関
し、更に詳しくは形成される薄膜の膜厚分布の調
整が容易で長時間均一膜厚の薄膜が形成できる対
向ターゲツト式スパツタ装置に関し、特に磁性薄
膜形成に有利な対向ターゲツト式スパツタ装置に
関する。

［従来技術］ 上述の対向ターゲツト式スパツタ装置は、「応
用物理」第48巻（1979）第６号P558〜P559、特
開昭57−158380号公報等で公知の通り、陰極とな
る一対のターゲツトをそのスパツタ面が空間を隔
てて平行に対面するように設けると共に、該スパ
ツタ面に垂直な方向の磁界を発生する磁界発生手
段を設け前記ターゲツト間の空間の側方に配した
基板上に膜形成するようになしたスパツタ装置
で、高速・低温の膜形成ができる上、磁性材料に
も適用できる非常に優れたものである。

そして、上述の対向ターゲツト式スパツタ方式
を用いて幅の広い基板上に均一な膜を形成する技
術が特に磁気記録媒体の製造等の工業的生産の見
地から待望されている。

ところで対向ターゲツト式スパツタ方式の膜厚
分布を改良する方法として第７図に示すように、
ターゲツトＴのシールドカバーの先端折曲部Ｓの
二辺の中央部に内側に向つて突出した突起Saを
設ける方法が提案されている（日本応用磁気学会
第32回研究会資料P61〜70）。しかしながらこの
方法の場合、膜厚分布の改善効果はみられるもの
の突起がターゲツトの前面に位置するためプラズ
マの衝撃を受けて赤熱し、溶融することがしばし
ば生じ、長期安定性に欠ける問題がある。さらに
突起をつけることによりスパツタリングを維持す
るための放電電圧が大きくなり、スパツタリング
圧力を上げることが必要になる。このことはスパ
ツタリングガスが膜中に多く吸蔵されることにな
り形成する膜によつてはその特性の点から好まし
くない傾向を与える結果をひき起すという別の問
題もある。

［発明の目的］ 本発明は、かかる現状に鑑みなされたもので、
薄膜分布の調整が容易で、膜厚分布が長期安定し
た連続生産に好適な対向ターゲツト式スパツタ装
置の提供を目的としたものである。

［発明の構成及び作用効果］ 前述の目的は以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明は、前述の公知の対向ターゲツ
ト式スパツタ装置、具体的にはそのスパツタ面が
空間を隔てて平行に対面するように設けられたタ
ーゲツトの周囲にシールトカバーを設けると共
に、該ターゲツトの背面に該スパツタ面に垂直な
方向の磁界を発生する磁界発生手段を設け、前記
ターゲツト間の空間の側方に該空間に対面するよ
うに配置した基板上に膜形成するようになした対
向ターゲツト式スパツタ装置において、前記ター
ゲツトの少なくとも基板側の周辺に沿つて、シー
ルドカバーの前端より前方に所定パターンの突出
部を形成するように板状部材を設けたことを特徴
とする対向ターゲツト式スパツタ装置である。

上述の本発明は以下のようにしてなされたもの
である。

本発明者らは、対向ターゲツト式スパツタ装置
の前述の特長に注目し、磁気記録媒体の製造への
適用を検討してきた。この方法は、特願昭57−
163081号で提案した巾の広い長方形のターゲツト
と移送ローラとを組合せた対向ターゲツト式スパ
ツタ装置に数100ｍというような長尺のポリエス
テルフイルム等の可撓性の基板をロール状にして
装填し、長時間連続して該基板を移送しつつその
上に所定の磁性薄膜を形成して磁気記録媒体を連
続生産するものである。

ところで、本発明者らは、上記の検討におい
て、以下の知見、すなわちスパツタ時間の経過と
ともに、形成される薄膜の幅方向の膜厚分布が一
方向に推移していく現象を発見した。特に、広幅
の基板に適用される前述の長方形のターゲツトを
用いる場合は、顕著で、堆積膜の膜厚は基板の幅
方向中心が厚く両端で薄くなる分布を示し、しか
もその分布が、対称形にならない場合が多い。こ
の原因としては、スパツタガスの流れの不均一、
ターゲツト面より発生させるプラズマ収束用の磁
界のわずかな不均一性等が考えられる。すなわ
ち、このわずかな不均一性により、対向ターゲツ
ト空間に収束されているプラズマは、該磁界の分
布変化に応じてその分布が変化すると考えられ
る。

そして、本発明は、上述の知見と対向ターゲツ
ト式スパツタ方式の原理、すなわち、ターゲツト
のスパツタ面に垂直な方向に発生させるプラズマ
収束用の磁界とシールドカバーにより発生するプ
ラズマの領域が制限され、スパツタ浸食されると
いうことに基いてなされたものである。

すなわち、本発明は、前述のシールドカバーの
作用に注目し、この効果を積極的に利用したもの
で、ターゲツトの少なくとも基板側の周辺に沿つ
て、シールドカバーの前端より前方具体的にター
ゲツトの対向方向に向う所定パターンの突出部を
形成するように板状部材を配し、プラズマ領域の
パターンを設定すると共にスパツタ粒子の基板方
向への拡散パターンを設定するものである。従つ
て従来の如く、磁界発生手段の配置あるいは磁界
強度を調整して磁界パターンを設定するのに比べ
て極めて簡単であり且つ融通性に富む効果があ
る。

その上、前述の従来方法と異なり、本発明の板
状部材は、シールトカバーの前端よりその前方に
向つて配されるのでターゲツトの前面と対面せ
ず、よつてプラズマ衝撃による突出部の損傷もな
く、また、スパツタリング時の圧力も変えること
なく膜厚分布の改良が可能であり、前述の従来方
法の問題が解決される。

本発明による上述の膜厚分布の改良は突出部
によるプラズマ領域の制限および突出部による
基板に対するマスク効果の２つの作用が複合して
いるためと考えられる。そして、とくにの効果
のためには板状部材は上述の作用から、シールド
カバーと同電圧である方が効果的である。すなわ
ち導電性の材料から形成され、シールドカバーと
電気的に接続されている方が好ましい。

さらに板状部材をシールドカバーと一体的に設
ける、具体的にはシールドカバーを所定パターン
の突出部を形成するように延長すると、簡単な構
成となる利点がある。

また、ターゲツトが磁性体の場合には、スパツ
タされた磁性体が板状部材の突出部に堆積しても
プラズマ集束用の磁界分布を変えないために、板
状部材に磁束を通しやすい材料すなわち軟磁性
材、特に高透磁率のもの、更には磁束密度の大き
いものが好ましく、軟鋼、ケイ素鋼、パーマロイ
等を用いることも、長時間のスパツタに対して膜
厚分布の変化がなく好ましい。なお、ターゲツト
が磁性体の場合には、シールドカバーが先端部に
ターゲツト側に折曲した上述の磁性材からなる先
端折曲部を有する構成が上述の構成との組合せで
長期安定生産に有利である。そしてこの場合、板
状部材はシールドカバーの先端折曲部上に所定パ
ターンとしたものを突設する構成にすると、有利
である。先端折曲部上の板状部材の突設位置はパ
ターン、突出角度等で異なるので実験的に決める
必要がある。

いずれの場合においても突出部のパターンは基
板巾方向が長辺の長方形のターゲツトの場合に基
板巾方向に広い範囲で均一な膜厚を得るために中
心が広く両端部が狭い三角形状、弦月状等のもの
が多く用いられるが、膜厚分布のパターンから適
当に調節すればよくとくに限定されない。

更に本発明は、パターンの調整が難しい基板の
幅方向に長い長方形のターゲツトに特に有利に適
用されるが、円形等その他形状のターゲツトにも
有利であることは、上述の本発明の趣旨から明ら
かである。

また、本発明は磁性薄膜の形成の場合に特にそ
の効果が大きいことはこれまでの説明で明らかで
あるが、磁性薄膜以外の薄膜の作成にも有効に適
用できることも明らかである。

以下、本発明の詳細を図面により説明する。

第１図は、本発明に係わる対向ターゲツト式ス
パツタ装置の説明図、第２図はそのターゲツト部
の拡大図である。

図から明らかな通り、本装置は前述の特開昭57
−158380号公報で公知の対向ターゲツト式スパツ
タ装置と基本的には同じ構成となつている。

すなわち、図において１０は真空槽、２０は真
空槽１０を排気する真空ポンプ等からなる排気
系、３０は真空槽１０内に所定のガスを導入して
真空槽１０内の圧力を10^-1〜10^-4Torr程度の所
定のガス圧力に設定するガス導入系である。

そして、真空槽１０内には、図示の如く真空槽
１０の側板１１，１２に絶縁部材１３，１４を介
して固着されたターゲツトホルター１５，１６に
より１対の基板４０に平行な辺が長い長方形のタ
ーゲツトT₁，T₂が、そのスパツタされる面T₁s，
T₂sを空間を隔てて平行に対面するように配設し
てある。そして、ターゲツトT₁，T₂とそれに対
応するターゲツトホルダー１５，１６は、冷却パ
イプ１５１，１６１を介して冷却水によりターゲ
ツトT₁，T₂、永久磁石１５２，１６２が冷却さ
れる。磁石１５２，１６２はターゲツトT₁，T₂
を介してＮ極、Ｓ極が対抗するように設けてあ
り、従つて磁界φは図示のようにターゲツトT₁，
T₂に垂直な方向に、かつターゲツト間のみに形
成される。なお、１７，１８は絶縁部材１３，１
４及びターゲツトホルダー１５，１６をスパツタ
リング時のプラズマ粒子から保護するためとター
ゲツト表面以外の部分の異常放電を防止するため
のシールドカバー、１７ａ，１８ａはその先端部
においてターゲツトT₁，T₂側へ折曲するように
形成された先端折曲部であり、P₁，P₂は本発明
の板状部材である。また図のMDは基板の移送方
向従つて基板の長手方向を示す。そしてこれに直
交する方向が基板の巾方向となる。

ところで、板状部材P₁，P₂は所定パターン
（図では弦月状）の突出部を形成するように（第
２図参照）、ターゲツトT₁，T₂の回りにターゲツ
トT₁，T₂とシールドカバー１７，１８との間へ
プラズマ粒子等が飛来するのを防止するように設
けた先端折曲部１７ａ，１８ａ上に以下の通り設
けられている。図はターゲツトT₁を示したもの
であるが、図示の通りターゲツトT₁は基板４０
の巾方向に長い長方形となつており、先端折曲部
１７ａは、折曲巾Ｗが一定となるように一定巾Ｗ
の板状体をスパツタ面と所定時間（通常数mm〜10
数mmの間隔）を隔てて、その内周がターゲツトの
周辺より若干内側に位置するようにシールドガバ
ー１７の筒部に固着することにより形成される。
そして、先端折曲部１７ａの基板４０と平行な両
辺の内側に弦月状の板状部材P₁を突設し、各辺
の中央部に弦月状のパターンの突出部を形成し、
基板４０の巾方向の膜厚の均一化を計つてある。
なおターゲツトT₂についても全く同じ構成とし
てある。

また、磁性薄膜が形成される長尺の基板４０を
保持する基板保持手段４１は、真空槽１０内のタ
ーゲツトT₁，T₂の側方に設けてある。基板保持
手段４１は、図示省略した支持ブラケツトにより
夫々回転自在かつ互いに軸平行に支持された、ロ
ール状の基板４０を保持する繰り出しロール４１
ａと、支持ロール４１ｂと、巻取ロール４１ｃと
の３個のロールからなり、基板４０をターゲツト
T₁，T₂間の空間に対面するようにスパツタ面
T₁s，T₂sに対して略直角方向に保持するように
配置してある。従つて基板４０は巻取りロール４
１ｃによりスパツタ面T₁s，T₂sに対して直角方
向に移動可能である。なお、支持ロール４１ｂは
その表面温度が調節可能となつている。

一方、スパツタ電力を供給する直流電源からな
る電力供給手段５０はプラス側をアースに、マイ
ナス側をターゲツトT₁，T₂に夫々接続する。従
つて電力供給手段５０からのスパツタ電力は、ア
ースをアノードとし、ターゲツトT₁，T₂をカソ
ードとして、アノード、カソード間に供給され
る。

なお、プレスパツタ時基板４０を保護するた
め、基板４０とターゲツトT₁，T₂との間に出入
りするシヤツター（図示省略）が設けてある。

以上の通り、前述の特開昭57−158380号公報の
ものと基本的には同じ構成であり、公知の通り高
速低温スパツタが可能となる。すなわち、ターゲ
ツトT₁，T₂間の空間に、磁界の作用によりスパ
ツタガスイオン、スパツタにより放出されたγ電
子等が束縛され高密度プラズマが形成される。従
つて、ターゲツトT₁，T₂スパツタが促進されて
前記空間より析出量が増大し、基板４０上への堆
積速度が増し高速スパツタが出来る上、基板４０
がターゲツトT₁，T₂の側方にあるので低温スパ
ツタも出来る。

ところで、前述の通りターゲツトT₁，T₂の基
板４０と平行な両辺の、中央部に弦月状の板状部
材P₁，P₂が設けてあるので、中央部の基板４０
方向へのプラズマ領域及びスパツタ粒子の拡散が
制限され、基板４０の巾方向の膜形成速度が均一
化され、形成される膜の膜厚が均一化する。

そして、板状部材P₁，P₂はターゲツトT₁，T₂
面に直接対面していないので、従来方法の如く赤
熱されることもなく長期安定運転が可能である。

また、先端折曲部１７ａ，１８ａ及び板状部材
P₁，P₂を高透磁率の磁性材で構成した場合には、
その上に前述したように磁性薄膜が形成されて
も、磁界パターンを設定する先端折曲部１７ａ，
１８ａの折曲巾Ｗ方向の磁気抵抗は何ら影響され
ず、従つて磁気記録媒体の製造の如くターゲツト
T₁，T₂に磁性材を用いる場合にも磁界パターン
は設定した通り長期に亘つて安定となる。

以上の点を具体的により以下説明する。

第３図は第１図において先端折曲部１７ａ，１
８ａを非磁性材のステンレス鋼で構成し、板状部
材P₁，P₂を設けない従来装置による比較例の巾
方向の膜厚分布を示すグラフである。

この比較例はターゲツトT₁，T₂の間隔120mm、
ターゲツトT₁，T₂の基板側端面と基板との距離
20mmの条件下で、基板の巾方向の巾330mm、奥行
130mmの長方形で厚さ12mmのパーマロイからなる
ターゲツトT₁，T₂を用いて、厚さ100μmのポリ
エチレンテレフタレートフイルム上に連続的に磁
性薄膜を形成した場合のものである。

なお、図において、点線は運転初期の、実線は
93時間連続運転後の結果を示す。図から明らかな
ように、基板上に堆積するパーマロイ薄膜のター
ゲツト幅方向の膜厚分布も、初期にはスパツタ有
効巾に対して±10％の膜厚分布を有し、巾方向の
中心に関し、対称形であつたものが、磁界強度の
分布の変化に対応して、連続運転後には該中心よ
り膜厚のピークが一方向に変化し、しかも中心よ
り膜厚の厚い方向にはより厚く、薄い方向にはよ
り薄くなり、左右非対称形に変化している。な
お、図において、エロージヨン分布はターゲツト
の厚さ自体で、パーマロイ薄膜の膜厚分布は最大
膜厚を100％とした百分率で示した。ターゲツト
のエロージヨンの最大浸食深さは投入電力7KW
で93時間連続運転後11.7mmであつた。

第４図は、第１図の対向ターゲツト式スパツタ
装置において板状部材P₁，P₂及び先端折曲部１
７ａ，１８ａをステンレスで構成すると共に、板
状部材P₁，P₂を弦の長さが180mmでその中点の巾
が20mmの弦月状（弧の半径212.5mm）とした本発
明の実施結果を示すグラフである。なお本実施結
果はターゲツトT₁，T₂を比較例と同じパーマロ
イターゲツトとして磁性薄膜を連続形成したもの
である。

また第５図は第４図の実施例において先端折曲
部１７ａ，１７ｂおよび板状部材P₁，P₂の材質
をステンレスから軟磁性材に替えて、同様にパー
マロイ薄膜を連続形成した場合の実施結果であ
る。

板状部材P₁，P₂を先端折曲部１７ａ，１８ａ
にとりつけることによつてターゲツト使用開始直
後の基板上における幅方向の膜厚分布はいずれの
場合も±５％以内にに改善されたことが判る。と
くに先端折曲部１７ａ，１８ａおよび板状部材
P₁，P₂を軟磁性材としたときターゲツト使用が
進行してもほとんど膜厚分布が変化しないことが
判る。

これは、ターゲツトエロージヨンは均一にな
り、ターゲツトが有効に利用されていることによ
るものである。又、ターゲツト外周辺部の磁界も
均一でしかも長時間変化することがなくなり、し
かも、ターゲツト幅方向の膜厚分布も中心対象で
変化がなく長時間安定運転が可能で、しかも、従
来装置に比し膜厚の均一性が増して均一な領域が
広くなつており、製品利用率が向上する。

すなわち前記対向ターゲツト式スパツタ方式の
原理の如く、板状部材P₁，P₂により幅方向にお
ける中心部分から飛来するスパツタ粒子をマスク
して幅方向に均一化するとともに、中心部分のプ
ラズマの広がりをターゲツト中央に押し戻すこと
によつてターゲツトのエローシヨン分布をより均
一にする効果により幅方向の分布は改善されたと
考えられる。又先端折曲部１７ａ，１８ａおよび
板状部材P₁，P₂を透磁率の大きい磁性体で形成
することによりターゲツト外周辺部に、より強
く、均一に、磁界を発生されることができたため
と考えられる。

なお本実施例においてターゲツト材を非磁性体
である銅としたときには、先端折曲部１７ａ，１
８ａおよび板状部材P₁，P₂の材質に関係なく第
５図と同じ結果を示した。

また、第５図の実施例において、軟磁性材から
なる先端折曲部１７ａ，１８ａの厚みは、0.1
ｍ／ｍから３ｍ／ｍまで変えたが効果は同じであ
つた。

以上の通り、本発明は、薄膜形成特に磁気記録
媒体の製造等磁性薄膜の安定連続生産に有利に適
用できる対向ターゲツト式スパツタ装置であり、
工業上非常に大きな効果を奏する有用なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる対向ターゲツト式スパ
ツタ装置の説明図、第２図のａは第１図の装置の
ターゲツト部の拡大平面図、ｂ，ｃはａのＡ−
A′，Ｂ−B′の側断面図、第３図は比較例の基板
巾方向の膜厚分布を示すグラフ、第４図は実施例
の基板巾方向の膜厚分布を示すグラフ、第５図は
他の実施例の基板巾方向の膜厚分布を示すグラ
フ、第６図は従来装置のターゲツト部の説明図で
ある。 １０：真空槽、Ｔ，T₁，T₂：ターゲツト、Ｓ，
１７ａ，１８ａ：シールドカバーの先端折曲部、
P₁，P₂：板状部材、４０：基板、５０：電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ そのスパツタ面が空間を隔てて平行に対面す
   るように設けられたターゲツトの周囲にシールド
   カバーを設けると共に、該ターゲツトの背面に該
   スパツタ面に垂直な方向の磁界を発生する磁界発
   生手段を設け、前記ターゲツト間の空間の側方に
   該空間に対面するように配置した基板上に膜形成
   するようになした対向ターゲツト式スパツタ装置
   において、前記ターゲツトの少なくとも基板側の
   周辺に沿つて、シールドカバーの前端より前方に
   所定パターンの突出部を形成するように板状部材
   を設けたことを特徴とする対向ターゲツト式スパ
   ツタ装置。 ２ 前記板状部材が導電性であり、シールドカバ
   ーと電気的に接続されている特許請求の範囲第１
   項記載の対向ターゲツト式スパツタ装置。 ３ 前記板状部材が磁性材からなる特許請求の範
   囲第１項若しくは第２項記載の対向ターゲツト式
   スパツタ装置。 ４ ターゲツトの形状が基板に平行な辺が長い長
   方形である特許請求の範囲第１項、第２項若しく
   は第３項記載の対向ターゲツト式スパツタ装置。 ５ 前記板状部材が基板に平行な両辺に沿つて同
   じパターンの突出部を形成するように設けられて
   いる特許請求の範囲第４項記載の対向ターゲツト
   式スパツタ装置。 ６ 前記シールドカバーが先端部に、ターゲツト
   側に折曲した磁性材からなる先端折曲部を有する
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
   若しくは第５項記載の対向ターゲツト式スパツタ
   装置。 ７ 前記板状部材がシールドカバーの先端折曲部
   上に設けられた特許請求の範囲第６項記載の対向
   ターゲツト式スパツタ装置。 ８ ターゲツトが磁性材である特許請求の範囲第
   ３項、第６項、若しくは第７項記載の対向ターゲ
   ツト式スパツタ装置。