JPH0245701B2

JPH0245701B2 - Taikotaagetsutoshikisupatsutasochi

Info

Publication number: JPH0245701B2
Application number: JP9099184A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Honjo; Kimio Kinoshita
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1984-05-09
Filing date: 1984-05-09
Publication date: 1990-10-11
Anticipated expiration: 2004-05-09
Also published as: JPS60234969A

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。

本発明者らも、その実用化を目的に、特開昭58
−189370号公報、特開昭58−189371号公報等でそ
の改善を提案した。

〔発明の目的〕

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。

この幅方向の膜厚分布の推移していく原因を
種々の角度から検討した結果、以下のことが判明
した。

公知の通り、上述のスパツタ装置では、スパツ
タされて対向ターゲツト空間に飛び出たスパツタ
粒子は、必要とする基板上に推積する以外に、装
置の内壁や、ターゲツトホルダーのシールドカバ
ーにも堆積していく。そして、ターゲツト材質に
磁性材料を用いる場合にはシールドカバーの先端
折曲部への堆積が以下のように問題となる。すな
わち、ターゲツトホルダーのシールドカバー、特
に、その先端部において対向するターゲツト側に
突設した先端折曲部に堆積した磁性薄膜は、長時
間スパツタしていくうちに次第に厚くなり、運転
開始時にはターゲツトのスパツタ面に垂直な方向
にターゲツトの周辺に沿つて均一なプラズマ収束
用の磁界を発生するようになされていたものが、
その均一な磁界がくずれるほどにまで成長する。
しかもこの先端折曲部に堆積する膜は先端折曲部
全面に亘つて均一にはならない。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。このわずかな不均一
性に基いてターゲツト幅方向に非称に堆積した先
端折曲部上の磁性膜により、ターゲツト周辺部よ
り発生しているプラズマ収束用の磁界は、最も厚
い磁性膜部分に集中するようになり、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。この不均
一現象の悪循環が長時間のスパツタの間助長され
ていく。又、ターゲツト幅方向に対称形にシール
ドカバーの先端折曲部上に磁性膜が堆積したとし
ても、上記同様な現象により、ターゲツト幅方向
の中心に磁界の集中が起り、該中心部へのプラズ
マの集中、ターゲツト浸食の集中が発生し、結局
幅方向膜厚分布の不均一化を助長する点で何ら前
述の場合と変らない。

本発明は、上述の知見に基いてなされたもの
で、膜厚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
ゲツトの前方の周囲に前記磁界発生手段からの磁
束の磁路となる軟磁性材からなる磁路部材を配
し、前記磁界のターゲツト回りの分布パターンを
調整可能となし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、前記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
用の磁界は、ターゲツトの外周辺部のみに、強く
しかも周辺均一にする方が、ターゲツト全面によ
り均一に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
先端折曲部上に堆積した磁性薄膜の作用に注目
し、この効果を積極的に利用したもので、ターゲ
ツトの前面に磁界発生手段からの磁束の通路とな
る磁路部材を配し、磁路部材に前記磁性薄膜と同
じ作用をさせ、プラズマ捕捉用磁界のパターンを
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極めて簡単であり且つ
融通性に富む効果がある。その上、磁性薄膜の形
成に際してもシールドカバーの先端折曲部に多少
磁性薄膜が堆積しても、磁性部材は充分な透磁率
を有するので、磁路部材で設定したパターンは前
述した従来装置に比べて長期間安定している利点
もある。なお、磁路部材としては上述のその作用
から磁束を通し易いものであれば良く、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
等が適用される。

また、磁路部材が磁界発生手段に対し前記シー
ルドカバーの先端折曲部と並列の磁路となるよう
に設けると、先端折曲部上に堆積する磁性薄膜の
影響を完全に除くことができ、長期安定運転が可
能となる。そして磁路部材自体が先端折曲部であ
るようにすることにより、従来装置と全く同じ機
械的構成で長期安定運転が可能な対向ターゲツト
式スパツタ装置が得られる。なお、この場合、磁
界パターンの設定は先端折曲部の折曲巾の寸法、
ターゲツトを囲む形状の調整等により行なうこと
ができる。

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
有効であることは、上述の本発明の趣旨から明ら
かである。又、本発明の磁路部材の形状はターゲ
ツト背後にその周辺に沿つて配置された磁界発生
手段（永久磁石）からの磁束の分布パターを調整
できるものであれば良く、例えば第１図に示すよ
うに板状体の磁性体をターゲツト周辺の前面に配
置したものが使用できるが、特に限定されない。

第１図は対向ターゲツト式スパツタ装置の一方
のターゲツト部の平面図で、Ｔは長方形ターゲツ
ト、Ｓはターゲツト前面に配置したシールドカバ
ーの先端折曲部で、Ｍが磁路部材である。第１図
ａは基板巾方向の膜厚の均一化を目的にターゲツ
トの四角に磁路部材Ｍを配した例で、第１図ｂ
は、基板巾方向に所定分布を得るため、巾方向の
適所に磁路部材Ｍを配した例で、共に、先端折曲
部Ｓに取着した例を示してある。ｃは後述する実
施例に用いた先端折曲部Ｓを軟磁性材で構成し磁
路部材としたもので、後述の通り膜厚の均一な領
域が基板幅方向に十分広い結果が得られると共に
磁性薄膜形成においても設定されたパターンが長
期に亘つて非常に安定している利点もある。

なお、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２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３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ダー１５，１６に
より１対の長方形のターゲツトT₁，T₂が、その
スパツタされる面T_1S，T_2S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１５２，１６
２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、１７，１
８は絶縁部材１３，１４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、１７
ａ，１８ａはその先端折曲部である。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、先端折曲部１７ａ，１７ａは第３図
に示すようにターゲツト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
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間隔
（通常数mm〜10数mm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
シールドカバー１７の筒部に取着して設け、異常
放電を防止するようにしてある。なお、ターゲツ
トT₂の方も全く同様である。そして、本例では
先端折曲部１７ａ，１８ａは軟鋼、ケイ素鋼、パ
ーマロイ等の高透磁率の軟磁性材で構成し、前述
した磁性部材を兼ねた構成となつている。

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のターゲツト
T₁，T₂間の空間に対面するようにスパツタ面
T_1S，T_2B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T_1S，T_2S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、スパツタ電力を提供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、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と間に出入す
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の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４
０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、先端折曲部１７ａ，１
８ａは磁路部材として高透磁率の磁性材で構成し
てあるので、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、従つて磁界パターンは設定した通
り長期に亘つて安定となる。以下この点を具体例
により説明する。

第４図は、先端折曲部１７ａ，１８ａを非磁耐
材のステンレス鋼で構成した従来装置の運転結果
を示すグラフである。この比較例は基板巾方向の
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。

第４図ａにターゲツト幅方向断面のエロージヨ
ン分布を、第４図ｂにターゲツト外周部幅方向の
磁界強度分布を、第４図ｃに基板に堆積したパー
マロイ薄膜の幅方向の膜厚分布を示す。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、タ
ーゲツト外周辺部より発生する磁界強度の分布
は、ターゲツト使用開始時均一であつたものが、
連続運転後にはターゲツトのエロージヨンと対応
して、シールドカバーの先端折曲部に堆積した膜
の厚さに対応して、ターゲツト外周辺部の磁界強
度は中心部が強くなつた分布になつている。又、
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、初期には該幅方向の中心に関
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。

このような現象は、工業的に問題となる。すな
わち、上述の例のように連続膜作成においては新
しいターゲツトを装置にセツトし、これを使い終
わるまで（ターゲツトの最大浸食部の厚さが所定
値、例えば装置の安全をみて、３mm以下となるま
で）できるだけ長時間連続スパツタをすること好
ましい。しかし、このような現象があると、長尺
媒体を作製する上で、初期と後との均一性に欠け
てしまう。途中装置を止めて、先端折曲部上の堆
積膜を除去すれば一応品質管理は可能であるが、
そのたびに真空排気に長時間を要する、掃除の手
間がかかりすぎる等、工業的に大きな問題があ
る。できれば、このような掃除の手間が必要な
く、しかも初期ターゲツト幅方向の膜厚分布が改
善され、それが長時間にわたつても変化しないよ
うな方法が要望される。

第５図は、比較例と同じ前述の対向ターゲツト
式スパツタ装置において比較例のステンレス製先
端折曲部１７ａ，１８ａに替えて同寸法の軟鋼製
先端折曲部１７ａ，１８ａを設けて磁路部材とし
た前述の第２図の装置すなわち本発明の実施結果
を示すグラフである。図のａ，ｂ，ｃには、比較
例の第４図ａ，ｂ，ｃと対応して、エロージヨ
ン、磁界、膜厚が同じように示してある。なお、
上記実施結果は、ターゲツトも比較例と同じパー
ロ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、点線は運転初期の、実線は130時間連
続運転後の結果である。

図から明らかなように、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。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。これは、前記対向タ
ーゲツト式スパツタ方式の原理のごとくターゲツ
ト外周辺部に、より強く、均一に、磁界を発生さ
せることができた効果である。なお、本実施例に
おいて、磁路部材の先端折曲部１７ａ，１８ａの
厚みは、0.1ｍ／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ａ，ｂ，ｃは、本発明の磁路部材の各種
態様を示す説明図、第２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３図は第
２図の装置のターゲツト部の拡大図、第４図ａ，
ｂ，ｃは比較例の運転結果を示すグラフ、第５図
ａ，ｂ，ｃは実施例の運転結果を示すグラフであ
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、
Ｍ：磁路部材、４０：基板、５０：電源。

Claims

【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、前記ターゲツトの前方の周囲に前記磁
界発生手段からの磁束の磁路となる軟磁性材から
なる磁路部材を配し、前記磁界のターゲツト回り
の分布パターンを調整可能となしたことを特徴と
する対向ターゲツト式スパツタ装置。２前記磁路部材が、前記磁束に対して前記シー
ルドカバーの先端折曲部と並列の磁路を形成する
ように設けら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前記磁路部材が前記シールドカバーの先端折
曲部である特許請求の範囲第２項記載の対向ター
ゲツト式スパツタ装置。４形成された膜の基板の巾方向の膜厚分布が所
定のパターンになるように前記先端折曲部の折曲
巾を調整した特許請求の範囲第３項記載の対向タ
ーゲツト式スパツタ装置。５ターゲツトの形状が基板の巾方向に長い長方
形である特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
若しくは第４項記載の対向ターゲツト式スパツタ
装置。６ターゲツトが磁性材であ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。