JPH0257144B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 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のスパツタ装置に
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、
かつターゲツトの使用効率の向上した対向ターゲ
ツト式の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、特開昭59−
53680号公報で開示され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。

従来かかる対向ターゲツト式スパツタ装置で用
いられるターゲツトの形状としては円形もしくは
長方形のものが殆どであつた。とくに長尺のフイ
ルムに連続的に薄膜を形成する場合には、フイル
ムはターゲツト間の空間の側方においてターゲツ
トの連設方向に移動するように構成されたスパツ
タ装置を用いるためターゲツトの形状は長方形の
ものが多く用いられている。

［問題点及び目的］ しかしながら、対向ターゲツト装置でスパツタ
リングを長時間つづけるとスパツタリングの進行
とともにターゲツトのエロージヨン領域がターゲ
ツト中央に片よつてくる現象がみられる。とくに
ターゲツトが強磁性体の場合にかかる現象は顕著
である。このようなエロージヨン領域の変化は膜
厚分布、スパツタリング速度などの時間的変化を
もたらす。さらにターゲツト中央部のエロージヨ
ンでターゲツトの寿命が規定される結果となりタ
ーゲツトの使用効率は必ずしも十分なものではな
い。

本発明者らはかかる問題点を解決するために鋭
意検討した結果、ターゲツトのエロージヨン領域
はターゲツト背部に置かれた磁石により発生する
磁界により決まることを見出した。かかる磁界を
できるだけターゲツト周辺部に広げ、かつ時間の
経過とともに中央部に集中する欠点を防止するた
めに、すでに特願昭59−90991号、特願昭59−
126407号でターゲツトのシールドカバーに工夫を
加える方法を提案した。

しかしながらこの方法をもつてしてもエロージ
ヨン領域の時間変化を完全に防止することはでき
なかつた。

すなわちエロージヨン領域がターゲツトの中央
部に集中するのは、スパツタの進行とともにエロ
ージヨンが進行し、エロージヨン領域が周辺部に
比べてターゲツト厚が薄くなる結果、この部分に
磁界が集中するためであると推定される。

かかる状態を第２図に示した。すなわち第２図
ａにおいてターゲツト使用開始直後にはターゲツ
トT₁，T₂背面の磁石１５２，１６２から発生す
る磁界φはターゲツトT₁，T₂周辺部より対向す
るターゲツトT₂に向うため、エロージヨン領域
は比較的広いが、スパツタの進行とともにターゲ
ツトT₁，T₂のエロージヨンが大きくなると、タ
ーゲツトT₁，T₂の周辺部に比べて中央部の方が
その厚さが薄くなり、磁界φも同図ｂのように中
央にシフトする傾向を示す。

本発明は前述の如き対向ターゲツト式スパツタ
装置の問題を背景にしてなされたものであり、そ
の目的とするところは、前述の長尺の基板上に形
成した膜の巾方向膜厚分布の時間変化を小さく
し、かつターゲツトの使用効率を向上させる対向
ターゲツト式スパツタ装置を提供することにあ
る。

［解決手段］ 斯る目的を達成するため、本発明は以下の構成
を有する。すなわち本発明は、陰極となるターゲ
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ともに、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ターゲツトの側方に該空
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、前記磁界発生手段をターゲツトの周辺に配
置するとともに、ターゲツトの中央部にも補助磁
界発生手段を配置する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。すなわち、従来基板の巾方向の膜厚分布
の改善に対してはターゲツトの基板巾方向の長さ
を基板の有効巾に対して十分大きくとる方策がと
られていたが、この方法ではターゲツトの有効利
用効率が低下する、装置が大型になるなどの欠点
があり必ずしも有効な方法とはいえなかつた。

さらに長時間のスパツタを続けると前述のよう
にエロージヨンの領域がターゲツト中央部に集中
するようになり巾方向の膜厚分布をさらに悪くす
るという問題点があつた。

また前述のシールドカバーの工夫による改善策
も、とくにターゲツトが強磁性体の場合にはター
ゲツト内の磁路のインピーダンスが十分小さくな
り有効な磁界をターゲツト周辺部から引き出すこ
とができない。

本発明者らは上述の磁界分布に着目し、その調
整手段を種々検討の結果、ターゲツト中央部に補
助磁界発生手段を設置し、スパツタの進行ととも
にターゲツト中央部方向に集中しつつある磁界を
補助磁界でターゲツト周辺に押しやる事により前
述の傾向を防止することができることを見出し本
発明に想到したものである。

即ち磁性体ターゲツトの背面に磁界発生手段が
置かれている場合、ターゲツトの厚さが均一なら
ば磁界はターゲツト周辺部に集中し、ターゲツト
周辺よりターゲツトに垂直に発生する。

本発明はかかる現象とエロージヨンの進行によ
る磁界のターゲツト中央部への集中を重量させる
ことにより磁界の発生をターゲツト周辺に保つこ
とによつてなされる。

なお、前記磁界発生手段、補助磁界発生手段に
は永久磁石、電磁石とも使用できるが、実施例に
示す磁界発生手段を永久磁石で、補助磁界発生手
段を電磁石で構成した組み合わせが、装置構成の
簡単化、エロージヨン領域の調整面から好まし
い。

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
の平面図である。

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。

ターゲツトT₁，T₂の周縁の背後には、プラズ
マ捕捉の磁界を発生する磁界発生手段の永久磁石
１５２，１６２を配設すると共に、その中央部背
後には本発明の補助磁界発生手段である電磁石１
５３，１６３が対向配置してある。

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１５１，１
６１を介して冷却水が循環し、ターゲツトT₁，
T₂、永久磁石１５２，１６２、電磁石１５３，
１６３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極が対面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。電磁石１５３，１６３の磁極は、永久磁石１
５２，１６２と同様異極が対面するように設定す
る。電磁石１５３，１６３は電流の方向を変える
ことによりターゲツト面に対してＮ極、Ｓ極のい
ずれでも発生でき、電流値によりその発生磁界の
強度が調整でき、ターゲツトT₁，T₂の磁界分布
を調整できる。

なお、１７，１８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
ドカバーで、１７ａ，１８ａはターゲツトT₁，
T₂の前方に配置されたシールドカバーの廂部で
シールドカバー１７，１８とターゲツトT₁，T₂
との間隙へ粒子が入るのを防止するためにターゲ
ツトT₁，T₂の周縁と若干重なるように設けられ
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を保持する繰り返しロール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
T_1S，T_2Sに対して略直角方向に保持するように
配してある。従つて基板４０は巻取ロール４１ｃ
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。

また、６０は基板４０の前処理用の赤外線ヒー
ターである。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、ターゲツトT₁，T₂の
背面にはその周辺に永久磁石１５２，１６２から
なる磁界発生手段と、中央に電磁石１５３，１６
３からなる補助磁界発生手段が設けられ、電磁石
１５３，１６３の磁極は磁界が磁界発生手段の磁
界と同一方向になるように設定されている。

従つて、スパツタの進行とともに中央の電磁石
１５３，１６３を流れる電流を徐々に強くするこ
とによりエロージヨン領域を均一に保つことがで
き、ターゲツトの有効利用効率が向上し、かつ巾
方向の膜厚分布も均一に保つことができる。

なお、補助磁界発生手段は、磁界発生手段によ
り磁界パターンを調整するものであり、その磁界
の方向及び強度等の条件は、例えばその磁界の方
向については前述のように磁界発生手段の磁界方
向と必ずしも一致させる必要はなく、逆方向でも
良く、又は逆方向から同一方向へ順次変化させて
も良く、作成膜等膜作成条件に応じて実験的に決
定される。

以下上述の点を具体例により説明する。

第３図は第１図において電磁石１５３，１６３
を作動させない場合、すなわち従来装置と同等の
方法で作成した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、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図は電磁石１５３，１６３を作動させた場
合の本発明の実施結果を示すグラフである。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磁性薄膜を形成したもので
ある。電磁石１５３，１６３の極性は永久磁石１
５２，１６２と同じにし、かつスパツタの進行と
ともにその発生磁界の強さを徐々に上げていつ
た。かかる方法により、図示の通りターゲツト使
用開始から102時間の連続運転終了までほとんど
巾方向の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領域が時間変化
せず、かつ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。

以上のとおり本発明は薄膜形成とくに磁気記録
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示す有用なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る対向ターゲツト式スパツ
タ装置の説明図、第２図はターゲツトおよび磁界
発生の様子を示す説明図、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である。 １０：真空槽、T₁，T₂：ターゲツト、２０：
排気系、３０：ガス導入系、４０：基板、５０：
電源、１５２，１６２：永久磁石、１５３，１６
３：電磁石。

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、前記磁界発生手段をターゲツトの周辺に配置
   するとともに、ターゲツトの中央部にも補助磁界
   発生手段を配置することを特徴とする対向ターゲ
   ツト式スパツタ装置。 ２ 前記磁界発生手段と補助磁界発生手段の磁極
   の方向が同方向であ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 磁界発生手段が永久磁石よりなり、補助磁界
   発生手段が電磁石よりなる特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の対向ターゲツト式スパツタ装
   置。 ４ 前記補助磁界発生手段の発生磁界の強度を調
   整可能と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 ターゲツトが強磁性体である特許請求の範囲
   第４項記載の対向ターゲツト式スパツタ装置。