JPS60234969A - 対向タ−ゲツト式スパツタ装置 - 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】 〔利用分野〕 本発明は一組のターゲッ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
向ターゲット式スパック装甜に関し、史に詳しくは形成
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ット式スパック装置に関し
、特に磁性薄膜形成に有利な対向ターゲット式スパッタ
装置に関する。

〔従来技術〕

上述の対向ターゲット式スパッタ装置は、「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
る一対のターゲットをそのスパッタ面が空間を隔てて平
行に対面するようＶＣ設けると共に、該スパッタ面に垂
直な方向の磁界な発生する磁界発生手段を設け、前記タ
ーゲット間の空間の側方圧配した基板上に膜形成するよ
うになしたスパック装置で、高速・低温の膜形成ができ
る上、磁性材料にも通用できる非常に浸れたものである
。

本発明者らも、その実用化を目的に、特開昭５８−１８
９３７０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、対向ターノメット式スパッタ装置の前述
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ットと移送ローラとを組
合せた対向ターゲット式スパンタ装置に数１００ｍとい
うような長尺のポリエステルフィルム等の可撓性の基板
をａ−ル状にして装填１−１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、すなわちスパッ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複々の角度
から検討］−だ結果、以下のことが判明した。

公知のｉ＋！１つ、上述のスパック装置では、スパッタ
されて対向ターゲット空間に飛び出たスパッタ粒子は、
必要とする基板上に堆積する以外に、装置の内壁や、タ
ーゲットホルダーのシールドカバーにも堆積してい（。

そして、ターゲット社員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上のよ５に問題
となる。すなわち、ターゲッ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ット側に
突設した先端折曲部に堆積ｌ−だ磁性薄膜は、長時間ス
パッタしていくうちに次第に厚くなり、運転開始時には
ターゲットのスパッタ面に垂直な方向にターゲットの周
辺に沿つ℃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
先端折曲部全面忙亘って均一にはならない。特に、広幅
の基板に適用されるＡｌ１述の長方形のターゲットを用
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（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、スパッ
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【ターゲット幅方向に非対
称に堆積した先端折曲部上の磁性膜により、ターゲット
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、対向ターゲット
空間に収束されているプラズマは、該磁界の分布変化圧
応じてその分布が変化する。この不均一現象の愚循環が
長時間のスパッタの間助長されていく。又、ターゲット
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
ッ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、ターゲッ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７１ｊ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
＊に好適な対向ターゲット式スパッ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ット式スパッタ装
置、具体的にはそのスパッタ面が空間を隔てて平行に対
面するようｆｅけられたターゲットの周囲にシールドカ
バーを設けると共に、該ターゲットの背面に該スパッタ
面圧垂直な方向の磁界を発生する磁界発生手段を股１す
、前記ターゲット間の空間の側方に該空間に対面するよ
うに配置した基鈑上に膜形成するようになした対向ター
ゲット式スパッタ装ｇｖｃおいて、前記ターゲットの油
力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
する対向ターゲット式スパッタ装置である。

上述の本発明は、前記知見と対向ターゲット式スパッタ
方式の原理、すなわち、ターゲットのスパッタ面ｆ垂直
な方向に発生させるプラズマ収束用の磁界は、ターゲッ
トの外周辺部のみに、強（しかも周辺均一にする方が、
ターゲット全面により均一にスパッ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、ターゲットの前面に磁界発生手
段からの磁束の通路となる磁姫路部材を配し、磁路部材
に紡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。従って従来の如く、
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【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、磁路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
鴛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艮（、軟磁性
材、特に商運磁率のもの、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圧設けると、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−Ｃ＠路路材
材自体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
ーゲット式スパッタ装置が得られる。なお、この場合、
磁界パターンの設定は先端折曲部の折自巾の寸法、ター
ゲッ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鎖
長い長方形のターゲラ）Ｋ％に有利に適用されるが、円
形等その他形状のターゲッ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ット背後にその周辺に沿って配置さ
れた磁界発生手段（永久磁石）からの磁束の分布パター
ン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材をターゲッ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図は対向ターゲット式スパッタ装置の一方のターゲ
ット部の平面図で、Ｔは長方形ターゲット、Ｓはターゲ
ッ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（ａｌは基板巾方向の膜厚の
均一化を目的にターゲットの四角に磁路部材Ｍを配した
例で、第１図（ｂｌは、基板巾方向に所定の分布を得る
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ＳＫ取着した例を示しである。（ｃｌ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って非常に安
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ット式スパッタ装
置の説明図、第３図はそのターゲッ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％開昭５７−１５
８３８０号公報で公知の対向ターゲット式スパッタ装置
と基本的に同じ構成となっている。

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１
０−１〜１０−’　Ｔｏｒｒ　９４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１１，１２ＩＣ絶縁部材１３゜１４を介して固着され
たターゲットホルダー１５．１６により１対の長方形の
ターゲットＴ、　、　Ｔ、が、そのスパッタされる面’
ｒ、　ｌ　ｊ　’ｒ、ａを空間を隔てて平行に対面する
ように配設しである。そして、ターゲラ）　Ｔ、　、　
Ｔ、とそれに対応するターゲットホルダー１５．１６は
、冷却バイブ１５１，１６１を介して冷却水によりター
ゲットＴ、　、　Ｔ、　、永久磁石１５２，１６２が冷
却される。磁石１５２，１６２はターゲラ）　’ｒ、　
、　’ｒ、を介してＮ極、Ｓ極が対抗するようＩＣ設け
てあり、従って磁界Φは図示のようにターゲラ）Ｔ、、
Ｔ、に垂直な方向に、かつターゲット間のみに形成され
る。なお、１７゜１８は絶縁部材１３．１４及びターゲ
ットホルダー１５．１６をスバッタリノグ時のプラズマ
粒子から保護するためとターゲッ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、１８
ａはその先端折曲部である。また図のＭＤは基板の移送
方向従っ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、１８ａは第３図に示すよ
うにターゲラ）　Ｔ、　、　Ｔ、の回りにターゲットＴ
、　、　Ｔ、とシールドカバー１７．１８との間ヘソラ
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。図はクー′ｒットＴ、を示したものであ
るが、図示の通りターゲットＴ、は基板４０の巾方ｒｏ
Ｊに長い長刀形となっており、先端折曲部１７ａは、折
曲部Ｗが一定となるように一定巾〜ｑの板状体をスパッ
タ面と所定間隔（通常数朋〜１０数闘の間隔）を隔てて
、その内周がターゲッ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である。なお、ターゲットＴ、
の方も全く同様である。そして、本例では先端折曲部１
７ａ、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、前述した磁路部材を兼ねた構成
となっている。

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内のターゲラ）　Ｔ、
　、　Ｔ、の側方に設けである。基板保持手段４１は、
図示省略した支持ブラケッ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４１ａ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
ーゲラ）　Ｔ、　、　Ｔ、間の空間に対面するようにス
パッタ面Ｔ、、　、　Ｔ７．に対して略直角方向に保持
するように配置しである。従って基板４０は巻取りロー
ル４１ｃによりスバ・ツタ面Ｔ”＋ｓ　Ｉ　Ｔ２１に対
して直角方向に移動可能である。なお、支持ロール４１
ｂはその表面温度が調節可能となっている。

一方、スパッ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１（、−ンイ、ナスイ則
をターゲットＴ、　、　Ｔ２に夫々接続する。従って電
力供給手段５０からのスパッタ重力は、アースをアノー
ドとし、ターゲットＴ、　、　Ｔ、をカン−ドとして、
７メード、カソード間に供給される。

なお、プレスパッタ時基板４０を保護するため、基板４
０とターに゛ットＴ、　、　Ｔ、との間に出入するシ＝
ヤツター（図示省略）が設けである。

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
スパツタカλ可能となる。

すなわち、ターゲラ）　Ｔ、　、　Ｔ、間の空間に、磁
界の作用によりスパッタガスイオン、スパッタにより放
出されたｒ電子等が束縛され高密度プラズマが形成され
る。従って、ターゲラ）　Ｔ、　、　Ｔ、のスパッタが
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ッタが出来る上、基板４０が
ターゲラ）　Ｔ、　、　Ｔ、の側方にあるので低温スパ
ッタも出来る。

ところで、前述の通り、先端折曲部１７ａ。

１８ａは磁路部材として高透磁率の磁性材で苓 構成しであるので、その上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、
従って磁界パターンは設定した通り長期に亘って安定と
なる。以Ｆこの点を異体例により、説明する。

第４図は、先端折曲部１７ａ、１８ａを非磁性材のステ
ンレス鋼で構成し、た従来装置の連転結果を示オクラフ
である。この比較例は基板の１１］方向のｒｌｌ　３３
０４ｍ、、奥行１３０闘の長方形で１９さ１２朋のパー
マロイからなイ）ターゲラ）　Ｔ、　、　ｉ’、を用い
て、厚さ１００μｉｌｌのホ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（ａｌにターゲット幅方向断面のエロージョン分
布を、第４図（ｂ＋にターゲット外周部の幅方向の磁界
強度分布を、第４図（ｃｌ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【、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、ターゲット外周辺部より発
生する磁界強度の分布は、ターゲット使用開始時均一で
あったものが、連続膜て、ターゲット外周辺部の磁界強
度は中心部が強くなった分布になっている。又、基板上
に堆積するパーマロイ薄膜のターゲ′ント幅方向の膜厚
分布も、初期には該幅方向の中心に関し対称形であ−っ
だものが、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、エロージョン分布はターゲットの厚さ自体で
、パーマロイ薄膜の膜厚分布は最大膜厚なｉｏｏチとし
た百分率で示した。ターゲットのエロージョンの最大浸
食深さは投入電カフ　ｋＷで９３時間連続運転後１１．
７　Ｍであった。

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
いターゲットを装置にセ・ントし、これを使い終わるま
で（ターゲッ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、３１０１以下となるまで）できるだけ
長時間連続スパッタをすることが好ましい。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、Ｌ４４１′ＩｔｎｔｐＪ：の堆積膜
を除去すれば一応の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、しかも初期ターゲット幅方向
の膜厚分布が改善され、それが長時間にわたっても変化
しないような方法が９望される。

第５図は、比較例と同じ萌述の対向ターゲット式スパッ
タ装置において比較例のステンレス製先端折曲部１７　
ａ　、１８　ａ　Ｋ　ｌ）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ｆａｔ　、　（ｂ）　、　（ｃｌには、比較例の第
４図（ａｌ　、　（ｂｌ　、　（ｃｌと対応して、エロ
ージョン、磁界、＃厚が同じように示しである。なお、
−［記実施結果はターゲットも比較例と同じパーマロイ
ターゲッ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、ターゲットエロージョンは均一
になり、ターゲットが有効に利用されている。又、ター
ゲッ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、ターゲッ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２ており、製品利用率が向上する。これは、前記対
向ターゲット式スパッタ方式の原理のとと（ターゲット
外周辺部に、より強（、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【、磁路部
材の先端折曲部１７ａ１１８ａの厚みは、０．１Ｘから
３Ｘまで変えたが効果は同じであった。

以上の通り、本発明は、薄膜形成特に磁気記碌媒体の製
造等磁性薄膜の安定連続生産に有利に適用できる対同タ
ーゲット式スパッタ装置であり、工業上非常に大きな効
果を奏する巾−用なイ、のである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　、　（ｂｌ　、　（ｃｌは、本発明の磁
路部材の各ｍ態様を示す説明図、第２図は本発明に係わ
る対向ターゲット式スパック装置の説明図、第３図は第
２図の装置のターゲット部の拡大図、第４図（ａｔ　、
　（ｂｌ　、　（ｃ）は比較例の運転結果を示すグラフ
、第５　同ｆａｔ　、　ｆｂｊ　、　（（１は実施例の
運転結果を示すグラフである。 １０：真空槽、Ｔ、Ｔ、、Ｔ、：ターゲット。 Ｓ＋１７ａ＋１８ａ：シールドカバーの先端折曲部９Ｍ
：磁路部材、４０：基板。 ５０：電源 ；Ｆ１ｍ ３ｆ３１Ｍ 矛　４７！７ オＳ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　そのスパッ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ットの周囲にシールドカバーを設け
   ると共に、該ターゲットの背面に該スパッタ面に垂直な
   方向の磁界を発生ずる磁界発生手段を設け、前記ターゲ
   ッ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ット式スパ
   ッタ装Ｒにおいて、前記ターゲットのｍＩ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７、前記磁界のターゲット回りの分布
   パターンをｖＩ４Ｖ可能となしたことを特徴とする対向
   ターゲット式スパッタ装置。 ２　前記磁路部材が、前記磁束に対して前記シールドカ
   バーの先端近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ット式
   スパッタ装置。 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ット式スパ
   ック装置。 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部を調整し
   た特許請求の範囲第３項記載の対向ターゲット式スパッ
   タ装置。 ５、　ターゲッ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ット式スパッタ
   装置。 ６、　クーグ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
   ーゲット式スパッタ装置。