JPS58189372A - マグネトロンスパツタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明社マグネトロンスパレタ装置に関し、更に詳しく
は、ターケ゛ット表面上の磁界を改良してクラック等の
ない金属薄膜を形成できるマグネトロンスパッタ装置に
関する。

〔発明の技衿的背飯とその間照点〕

各種基体の表面に有用な金属薄膜を形成する方法として
は、現在、真空蒸着法、メッキ法、スパッタ法等が広く
採用されている。

これらの方法のうち、真空蒸着法社、その適用に当って
蒸気圧ψζ異なる元素からなる多成分系合金薄膜の組成
制御が困難であり、またメッキ法は、排液処理における
公害等の間−があった。そのため、最近はスパッタ法が
注目され、例えばコパル）（Ｃｏ）−クロム（Ｃｒ）合
金薄膜を磁気記録層とする垂直磁気記録媒体の製造に当
っては、ＣｏとＣｒの蒸気圧差か大である等の理由から
、真空蒸着法は採用することができず現在ではほとんど
がス・Ｐツタ法によって構造されている。

従来、スパッタ法薄膜形成装置としては、夕一り゛ット
用−電極と基体用電極との２つの！極で電界を形成する
構造を有する二極スノセッタ装置が常用されていた。し
かしながら、この装置によるスパッタ処理は薄膜形成速
度が遅く、また、スパッタ処理中に基Ｓ４．ｉｎ度が数
百度にも上昇し、高分子酸ｆｉ！；物基体上にスミ４ツ
タ膜を形成する場合には基体自身か熱変形してし−まい
基体表面への薄膜形成は困■であった。

このようなスパッタ装置の欠点を解消する装置として、
薄膜の形成速度が速く、基体の温度上昇を生起すること
のないマグネトロンスパッタ装置が開動されている。こ
の装置社、スパッタ室内の電界と磁界が互いに直交する
ように電極と磁極が配置されているもので、この装置に
おいては、磁気回路の中心又は近傍を通るターゲットへ
の仮想垂線上における磁界方向は全てターゲット方向又
社基体方向のいずれか一方のみに向く！うになっており
、電子は所論マグネトロン運動をしている０しかしなが
ら、該装置によれば、形成した薄膜の表面にクラック、
ピンホール等の組織欠陥がしげしげ発生する。特にタラ
ツクは、薄膜の膜厚が増加するに伴って増加し、熱変形
し易い高分子成形物を基体とする賜金（＠えば、アクリ
ロニトリル−フタジエン−スチレン樹脂）には特Ｋｇ著
であり、クラック姶ｑ）発生は、磁気記録、装飾、耐食
、表面硬化等を１４的とする薄膜形成の場合には、特に
ｂｉまし７〈なＶ・。例えば、磁気記録媒体の磁気記録
層に発生したクラッタ、ピンホール等は、■記録信号の
脱落、■録音、再生時の摺動による磁気ヘッドの損耗、
儂磁気記録媒体自体の耐久性紙下等の不都合を招く。ま
た、強磁性を示す（：ｏ−Ｃｒ合金麺膜等を磁気記録層
とした垂直狂気記録媒体を該マグネトロンスパッタ装置
により振造した場合、麹＃面垂直方向の保磁力の低下に
より再生出力が減少するという従来にない新たな重要間
馳を惹起する。

かかる不都合を解消するために、マグネトロンスミ４ツ
タ装置においても、基体温度を上げることは有効な手段
である。しかしながら、この手段は、二接スパッタ装置
の場合と同様に熱変形し易い高分子成形物には適用でき
ず、更に装置自体が接体化するので好ましいクランク防
止手段とはいいえない。

〔発明の目的〕

本発Ｉ１１は、従来のマグネトロンスパッタ装置の欠点
を解消したものであって、基体を加熱せずにクランク、
ピンホール等のない金ｊｌｌｌ薄膜を形成で龜、さらに
はＣｏ　−（：ｒ薄膜形成に用いた場合薄膜面垂直方向
の保磁力が大である磁気記録層を形成で自るマグネトロ
ンスパッタ装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明装ｗＦｉ、磁気回路の中心又は近傍を通るターゲ
ットへの仮想垂線上における磁界方向ｔＩ５、ターゲッ
ト方向から基体方向へ、又は基体方向からターゲットへ
該垂線に沿って順次配向するように磁界を形成する磁界
発生手段を備えることを最大の特徴とする０ 即ち、本発明は、基体と；該基体と所定の空間を介して
配設されたターゲットと；該空間内の磁界の方向が、磁
気回路の中心又は近傍を通る該ターゲットへの仮想垂線
上において、ターゲット方向から基体方向へ、又は基体
方向からターゲット方向へ該垂線に沿って順次配向する
ように励磁せしめる磁界発生手段とを入／４ツタリング
室に内股したことを特徴とする。

本焚明装置は、ターゲット、基体間の電界を印加する電
力源と、スパッタリング室と、該室に内設されるターｒ
７）、基体、磁界発生手段とから主とし、て１１Ｉ成さ
れる。更に詳しくは、例えば、ターゲット画面に付設さ
れるターゲット１１極及、び基体裏−に付設される１１
１４Ｉ！（基体ホルダー）に通電することにより、ター
ゲットと基体との間に電圧印加かなされ、電界が形成さ
れる。また、例えげ、ターフ・ット蟲面に付設される磁
界発生手段によって、ターゲットと基体との間に上記電
界に一部酢。

交する磁界が形成される。

本発明にかかる磁界発生手段とけ、永久磁石又はソレノ
イドフィル等を、前記した磁界か形成さオＩるように配
設したものである。これら以外の磁界発生手段としては
、永久磁石とソレノイドコイルとを併用し、あるいは永
久磁石と例えは鉄等の比較的軟磁性である強磁性体から
なるヨークとを併用し、前記した磁界が形成されるよう
に配設したものな挙げることができる。

以下に、永久磁石等の配設側を述づる。

永久磁石のみで前記した磁界を形成する場合には、飼え
ばターゲット裏面の中心部ｋｓ極をターゲット側に向け
た磁石（ターデフ１面に平行な断面積をＳ、とする。以
下、この磁石を、眩明上、磁石Ｉと略記する。）を付設
し、ターゲット裏面の端縁部に磁石■を中心軸として軸
対称にＮ極をターゲット側に向けた複数個の磁石（ター
デフ１面に平行な断面積の総和を８２とする。以下、こ
の磁石を説明上、磁石■と略記する。）を周設する。こ
のときＳ、をＳ、に比べて十分に大きくすることが必要
であり、好ましくは８２　／　Ｓｌ　　比が３以上であ
る。

かくして、磁石ｌでは磁気飽和現象が生じ、磁石■のＮ
ｍから流出する磁力線は一部磁石ＩのＳ極へ流入する他
、直接磁石■のＳ極へ流入する。従って、磁石Ｉ、　Ｉ
Ｉによって励磁される磁気回路の中心又は近傍を通るタ
ーゲットへの仮想垂線上における磁界方向け、ターゲッ
ト方向から基体方向へ該垂線に沿って順次配向するこ、
ととなる。

また、上記の磁石Ｉ、　　ＩＩは、その出接の向きを反
対にしたものでもよい。このとき、ターゲットへの仮想
垂線上における磁界方向が、基体方向からターゲット方
向へ該垂線に沿って順次配向することとなるが、電子の
マグネトロン連動方向が反翅となるのみで、本発明の効
果を損うことはない。

ソレノイドコイルのみで磁界を形成する場合は、例えば
第１図に示したように、所定の空間を介して対向するよ
うに配設されたターケ゛ット１及び基体５を包囲し、か
つターゲット１、基体５の垂線方向に沿うように、２個
のソレノイドコイル１２゜１２′を巻回する。このと書
、各コイル１２．１２’が互いに反対の磁界を形成する
ようにすれば、所定の磁界が得られる。

永久磁石とソレノイドコイルとを併用する場合は、例え
ば第１図に示したターゲット１、基体５、ソレノイドコ
イル１２．１２’の配役例に加えて永久磁石を、削記し
た永久磁石のみＫよる配設例と同様にターゲット１の裏
面に配設する。

永久磁石とヨークとを併用する場合は、例えばターフッ
ト裏面の中心部に比較的軟磁性である強磁性体からなる
ヨークを配設したことを除いては、前記した永久磁石の
みによる配設例と同様に配設する（第２図、第３図参照
）。この場合にも、ヨークと永久磁石の飽和磁束差を考
慮すれば、同様の磁気飽和現象により、所定の磁界が得
られる。

尚、本発明装置は、同一ターゲット内に本発明Ｋかかる
磁界を１１＆個形成したものであってもよいＯ 以上のように構成されるマグネトロンスノそツタ装置は
、従来の装置における磁界を改良したもので、磁界中の
１ｔ１１ｉＥ粒子（例えば電子）か適度に基体に入射し
、基体表面のみ温度を上昇させるに留まるのでクラック
等が生じないものと推測される。

〔発明の効果〕

本発明の！ダネトロンスノｆツタ装置は、基体ヲ加熱せ
ずにクランク等のない金属薄膜を形成することができ、
更には、Ｃｏ　−Ｃｒ薄膜形成に適用しな場合薄膜面垂
直方向の保゛磁カが大である磁気記録層を形成すること
ができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例１ 第２〜３図に示すように、−製のターゲット用電撫２の
上面に６−０ＭＸ１２０酊のターゲット１を叡蓋し、該
ターグツ）１の下面端縁部にＮ極側を向けた直径１５．
２ｍ高さ２０．、のサマリウムコ・々ルト磁石３を第２
図の二点鎖線のように１ｍ１ｌ＆した。さらに該磁石３
の下面及びターゲット用璽診２の下面中央部に鉄瓢の山
影ヨーク４を付設した。

このときのターゲツト１上方空間における磁界方向及び
その磁界垂直成分の強度（エルステッド：Ｏｅ　）をそ
れぞれ第４〜５図に示した。すなわち、第４図はターゲ
ット１と基体５間の磁界方向を矢印で模式的に示した賜
ので、第５図はターゲットｌ上方空間の磁気回路の中心
又は近傍を通シターケ゛ット１への仮想＃ｊ、線上の磁
界垂直成分の強度を、ターゲット方向をプラスとして縦
軸に表わし、ターフット１表面からの高さく鰭）を横軸
に表わしたものである。

上記のようなマグネトロンスノ母ツタ装置において、タ
ーゲット１と基体５＠隔を１００ｍ５基体をアクリロニ
トリル−！タノエンースチレン１Ｍｋとし、スノ々ツタ
リング室６内部をアルゴンガス雰囲気下５　Ｘ　１０−
”Ｔｏｒｒとした後、スパッタリング速度６００Ａ／ｍ
ｉｎ及び１０００ム／ｍｉｎで加熱することなく薄膜を
製造し北。

ターゲットｌとして厚さ１．０．のクロム（Ｃｒ）、厚
さ２．０露飽和磁化４５０ガウスのコパル）　（Ｃｏ）
−クロム合金、厚さ２．０．飽和磁化６２０ガウスの鉄
（Ｆ・）−二ツケル（Ｎ１）合金の３種を用い膜を得た
。

その結果、目視及び顕微鏡観察による判定では、いずれ
の薄膜にもクランクｋｉ認められなかった。

また薄１１面垂直方向の保磁力は、（’ｏ　−Ｃｒ合金
薄膜が１０８０エルステツド、であった。

実施例２ 第６図に示すように、直径６０ｍのターゲットｌを用い
、実施例１の磁石よりやや大きい直径２３．６簡の磁石
３′をターゲット用電極２の下面中央部にＳ極側を向け
、下向端縁部に実施例１と同一の磁石３をＮ極側を向け
て周設したことを除いては実−例１と同様にして薄膜を
製造した。Ｓ＊／Ｓｔ比は約５であった。このと亀の磁
界方向を第７図に、ターゲット１表面からの高さ一磁界
垂直成分の強度相関−５ｔｙｓ図に示した。

ターゲットｌとして厚さ１．０鰭のＣｒＳ犀さ３．５１
飽和磁化３５０ガウスのＣｏ　−Ｃｒ合金、厚さ２＠５
　ｗｉ飽和磁化６２０ガウスのＦｅ　−Ｎｉ合金を用い
たが、いずれの薄膜にもクラックは紹められなかった。

また、Ｃｏ　−Ｃｒ合金薄膜の薄膜面垂直方向の保磁力
は、１１２０エルステツドであった。

実ｍ例３ 実施ｔｉｌｌで用いた装置に、第９図に示すフィルム搬
送糸（図中、矢印は基体５の搬送方向をボ丁）を付１１
１１　Ｌ、て、薄膜の連続影成を可能としたマクネトロ
ンスフ９ツタ装置を製造した。

フィルム搬送糸は、長尺なフィルム状の基体５が巻回さ
れる供給ロール７と、基体５を連続的にスｉ＋ツタか行
なトれる位ｆｌｌＫ搬送するためのカイ）”　ＣＩ　−
／し８と、ｌ−６”２）１から１００　ｍｍ離１４１１
−て対向し、表面上を基体５か摺動する基体ホルダー９
と、基体５を巻回する巻取ロール１０と、基体５表面の
スパッタリング領域を長手方向７０ｍｍとするよう基体
５から０．５　ｍ離間して配設されるマスク１１とから
構成される。

上記の装置において、基体５として厚さ２５μｍ輻１／
２インチのカブトンフィルム（商標名：ＢＡＳＦ社）、
ターケ９ットｌとして６０．Ｘ１２０關Ｘ２．０ｍ飽和
磁化４５０ガウスのＣｏ　−Ｃｒ合金を用い、基体移動
速度０．９３２／ｍｉｎ及び１．９ｃｍ／ｍｉｎで膜厚
２４００　Ａの薄膜を得た。

その結果、いずれの薄膜にもクラックは認められなかっ
た。また薄膜面垂直方向の保磁力は基体移動速度０．９
３α／　ｒｎ　＋　ｎのとき９３０エルステツド、１．
９　（！ＩＬ／　ｍｉｎのとＬ！　１０５０　！ルステ
ツドであった７、実施例４・ 実施例２の装置に、実施例３のフイルムヨｈ）送糸を収
納したマグネトロンスパッタ装置を製造シた。

スパッタリング領域を３００とし、ターゲット１として
直径６０關厚さ３．５期飽和磁化３５０ガウスのＣＯ−
Ｃｒ合金を用い、基体移動速度０．３１／　ｍｉｎ及び
０−４　ｃｍ　／　ｍｉｎとしたことを除いては夷＆Ｎ
３と同様の操作で膜厚２４００ムの薄膜を得た。

その結果、いずれの薄膜にもクラックは紹められなかっ
た。また薄膜面ｆｉｉ−直方向の保磁力は、基体移ｔＩ
Ｊｉ［１！度０　、３　（＠　／　ｍｉｎのとき１３５
０エルステツド、０．４２７　ｍｉｎのと１１１４００
エルステツドであった。

比較＠ｌ 第１０〜１１図に示したように、銅製のターゲット用電
極２の下面中央部にＳ＆側を向けた１８ｍｖｉ　Ｘ　７
８　ＫＩＸ　１５．５　ｍ　（高さ）のサマリウムコバ
ルト磁石３を付設し、下面端縁部及び磁石３の下ｌＫ鉄
製のヨーク４を付設したことを除いては、基体を加熱す
ることな〈実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。こ
のときの磁界方向を第１２図に、ターゲット１表面から
の高さ一磁界垂直成分のｍ度相関曲線を第１３図に示し
た。

該磁界は、従来のスパッタリング製置と同一で、磁％回
路の中心又は近傍を通りターケ゛ット１への仮想垂線上
の磁界方向か、全てターケラト方向に向いている。

その結果、いずれの薄膜にも着しいクランクが認められ
た。尚、ターゲットと基体の間隔を５０Ｕ及び１５０龍
と［２ても同様であった。また薄膜面垂直方向の保磁力
は、Ｃｏ　”’　Ｃｒ合金薄膜が３８０エルステツドで
あった。

比較例２ 第１４図に示したように、ターゲット用型１Ｍ２の下面
中央部に直径２０ｗｇ高さ２０１Ｊのサマリウムコバル
ト磁石３を付設し、下面端縁部に１０１１１×２０冨１
１Ｘ２．５１ｍのサマリウムコパル）磁石３を倹数個並
べて周設し、たことを除いては実施例２と同様にして薄
膜を製造した。このときのターゲット１表面からの高さ
一磁界垂直成分の強度相関曲線を第１５図に示した（タ
ーゲツト１上方空間の磁界方向は、比較例１と略同−で
あるため省略した）。

その結果、いずれの薄膜にも著しいクラックが紹められ
た。尚、ターゲットと基体の間隔を５０闘、薄膜形成速
度を３００　Ａ　／　ｍｉｎ　ｓアルゴンガス圧力ｔ　
２．８　Ｘ　ｌ　Ｏ−”Ｔｅｒｒ及び７　Ｘ　ｌ　Ｏ−
”　Ｔｏｒｒ　としたいずれの場合においても同様であ
った。壕だ薄−面泰直方向の保磁力はＣｏ−Ｃｒ合金薄
族において４００エルステツドであった。

比ｌＩＲ例３ 比軟例１０表厘に、実施例３のフィルム飯送糸？を収納
したマグネトロンスパッタ表置１２用して、実地例３と
＋ａＪ様に薄膜を得た。

そり鮎呆、いずれの＃＃躾にも者しいクランクが−めら
７した。向、ターゲットと基体の間隔を５゜■及び１２
０−ａ、アルゴンガス圧力を３　Ｘ　ｌ　Ｏ−”’ｌ’
ｏｒｒ及び６−５　ＸＩ　Ｏ−”Ｔｏｒｒとしｆｃイず
れの場合も同様であった。また博捩面画直方向の保磁力
は、基体移動速度０ −一、。のとき３８０エルステツドであっ／こ。

比威例４ 比較例２の裟直に、実施例３のフィルム搬込糸上収納し
たマグネトロンス・ンツタ装置を製造シて。

実地例４と同様に薄膜を得たい 七〇結米、いずれの薄膜にも着しいクランクが認められ
た。また薄膜面垂直方向の保磁力は、基体移動速度Ｑ、
３　（＠　／　ｍｊｎ　、　　０．４　Ｃａｌ　／　ｍ
ｉｎ　イずれの場合においても４００エルステツドであ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図はソレノイドコイルによる磁界発生手段を模式的
に示した側面図、第２図は本発明Ｋかかる磁界発生手段
の構成を模式的に示した平ＩＩ図、第３図は第１図のＡ
−Ａｌｌに沿う縦断面図、第４図は実施例１におけるタ
ーゲットと基体間の磁界力向を模式的に示した図、第５
図は実施例１におけるターゲット表面からの高さ一磁界
垂直成分の強度相関曲線を示した図、第６図は本発明に
かかる磁界発生手段の他の構成を示した縦断面図、第７
図は実地例２におけるターゲットと基体間の磁界方向を
模式的にボした因、第８図は実＆＠２におけるターケ゛
ット表面からの高さ一磁界垂ＩｉＬ成分の強度相関−−
を円クシた図、第９図はフィルム搬送系の概略図、第１
０図社従来の磁界発生手段の構成を模式的にボし、た平
面図、第１１図は５！ｐ３１０図のＢ−Ｂ線に沿う縦断
面図、第１２図は比較例１におけるターゲットと基体間
の磁界方向な模式的に示した図、第１３図は比較例１に
おけるターケ゛ット表面からの高さ一磁界垂直成分の強
度相関−−を示した図、第１４図は従来の磁界発生手段
の他の構成を示した縦断面図、第１５図は比較例２にお
けるターゲット表面からの高さ一磁界垂直成分の強度相
関曲線を示した図である。 ｌ・・・ターゲット、２・・・ターゲット用ＩＩｌ榛、
３．３′・・・磁石、４・・・ヨーク、５・・・基体、
６・・・スパッタリング室、７・・・供給ロール、８・
・・ガイドロール、９・・・基体ホルダー、ｌＯ・・・
巻取ロール、１１・・・マスク、１２．１２’・・・ソ
レノイドコイル。 第１図 第２図 第３図 第４図 ＼＋ｆ／八１／へ 第５図 第６図 第７図 キ　ｆ　／−キ　１ １１　／／−〜１／ 一一一一丁一一 第１０図 −Ｂ、４ 二Ｂ 第１１図 第１２Ｆ１ ＼　＼／　／ ＼＼　＼／／／ ＼＼Ｘ／／／ ＼　　〆 ρ　＼ゝ′〆い 第１３図 第１４図 第１５図 ターシーンド良東ｆう・うちざ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基体と；該基体と所定の空間を介して配設されたターケ
   °ツＦと；該空間内の磁界の方向が、磁気回路の中心又
   は近傍を通る該ターゲットへの仮想垂線上において、タ
   ーゲット方向から基体方向へ、又は基体方向からターゲ
   ット方向へ該垂線に沿って順次配向するように励磁せし
   める磁界発生手段とをスフ４ツタリング室に内股したこ
   とを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。