JPS616272A - 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ｎ９膜を形成（るようにした
対向ターゲット式スパッタ装買に関し、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′Ｃさ゛る対向ターゲット式スパッタ装置
に関し、特に磁性薄膜形成に右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〜ｐ　５５９゜特
開昭５７−１５８３８０号公報等で公知の通り、陰極と
なる一対のターゲラ１〜を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ると共に、該スパッタ面に
垂直な方向の１１弄を発生づる磁界発生手段を設は前記
ターゲラ１〜間の空間の側方に配した基板−ヒに膜形成
するようになしたスパッタ装置で、高速・低温の膜形成
ができるｌ−１１１竹材料にも適用できる非常に優れた
ものである。

そして、−上述の対向ターゲット式スパッタＩＪ式を用
いて幅の広い基板上に均一な膜を形成づる技術が特に磁
気記録媒体の製造等の工業的９−産の見地から持重され
ている。

ところで対向ターゲット式スパック方式の１７９分布を
改良Ｊる方法として第７図に示づように、ターゲラｔ−
ｉ−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【突出した突起３ａを設ける方法が提案され
ている（日本応用磁気学会第３２回研究合資＄１Ｐ６１
〜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ットの前面に位防
するためプラズマの衝撃を受けて赤熱し、溶融づること
がしばしば生じ、長期安定ｆ１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ッタリングを維持する
ための放電電圧が大きくなり、スパッタリング圧力を上
げることが必要になる。このことはスパッタリングガス
が膜中に多く吸蔵されることになり形成する膜によって
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
パッタ装習、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する磁界発生手段
を設け、前記ターゲット閤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
向ターゲット式スバツ装置において、前記ターゲラｈの
少なくとも基板側の周辺に沿って、シールド力バーの前
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ど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ッタ装置に数１００ｍという
ような長尺のポリニスデルフィ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。特に、広幅の基板に適用される前述の長方
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。すなわち、このわずかな不均一
性により、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鯖限され、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
の少なくとも基板側の周辺に沿って、シールドカバーの
前端より前方具体的にターゲットの対向方向に向う所定
パターンの突出部を形成づるように機状部材を配し、プ
ラズマ領域のパターンを設定すると共にスパッタ粒子の
り扱り向への拡散パターンを設定Ｊるものである。従っ
て従来の如く、磁界発／１手段の配置ある（月は磁界強
電を調整しＣｖＡ界パ全パターン定するのに比べて極め
て簡単であり目つ融通性に富む効果がある。

その−ＬＳｊ￥ｊ述の従来り法と責なり、本発明の機状
部材は、シールドカバーの前端よりその前方に向つＣ配
されるのでターゲットの前面と対面せず、よってプラズ
マ物撃による突出部の損傷ム＜ｒ　＜、また、スパッタ
リング時の圧ツノ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■の効果のためには機状部材は−り述
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、ターゲットが磁性体の場合には、スパッタされた
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
すい材料すなわら軟磁性材、特に高透磁率のもの、更に
は磁束密度の大ぎいものが好ましく、軟鋼、ケイ素鋼、
パーマロイ等を用いることも、長時間のスパッタに対し
て膜厚分布の変化がなく好ましい。なお、ターゲットが
磁性体の場合には、シールドカバーが先端部にターゲッ
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
置はバターン、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し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ットの場合に基板１１］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ットに特に右利に適用されるが、円
形等その細形状のターゲッ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＠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ラ１一式スバッタ
′装置の説明図、第２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、本装置は前述の特開昭５７−１５
８３８０号公報で公知の対向ターゲラ１〜式スパッタ装
置と基本的には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
０−１〜１０４Ｔｏｒｒ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
ターゲットホルタ−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ットＴ＋　、Ｔ２が、そ
のスパッタされる面Ｔ＋ｓ、Ｔｚｓ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、ターゲットＴ
＋　、Ｔ２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＋　、Ｔ２、永久磁石１５２．　１６２
が冷却される。１１石１５２゜１６２はターゲットＴ＋
　、Ｔ２を介してＮ極、Ｓ極が対抗するように設けてあ
り、従って磁界φは図示のようにターゲットＴ＋　、Ｔ
２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をスパッタリング時のプラズマ粒
子から保ａするためとターゲット表面以外の部分の巽常
敢電を防止するためのシールドカバー、１７ａ　、　１
８ａはその先端部においてターゲットＴ＋　、Ｔ２側へ
折曲するように形成された先端折曲部であり、Ｐ＋。

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、板状部材Ｐ＋　、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）、
ターゲットＴ＋　、Ｔ２Ｏ回りにターゲットＴ＋　、Ｔ
２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
ゲットＴ１を示したものであるが、図示の通りターゲッ
トＴ１は基板４０の巾１１一 方向に長い長方形となっており、先端折曲部１７ａは、
折曲部Ｗが一定となるように一定巾Ｗの板状体をスパッ
タ面と所定時間〈通常数ｇ＋ｔ〜１０数Ｍ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Ｐ＋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削っである。なおター
ゲットＴ２についても全（同じ構成としである。

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内のターゲットＴ＋　
、Ｔ２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Ｏ−ルからなり、基板４０をターゲ
ットＴ＋　、Ｔ２間の空間に対面するようにスパッタ面
Ｔｌ５Ｉ７２Ｓに１２一 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によりスパッタ面
Ｔｌ５ＩＴ２Ｓ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に、マイナス側をターゲ
ットＴ＋　、Ｔ２に夫々接続する。従って電力供給手段
５０からのスパッタ電力は、アースをアノードとし、タ
ーゲットＴ＋　、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、プレスパッタ時基板４０を保護するため、基板４
０とターゲットＴ＋　、Ｔ２との間に出入りするシャッ
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＾速低温
スパッタが可能となる。すなわち、ターゲットＴ＋　、
７２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γ電子等が束縛され高密度
プラズマが形成される。

従って、ターゲットＴ＋　、Ｔ２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４゜がターゲット
Ｔ＋　、Ｔ２の側方にあるので低温スパッタも出来る。

ところで、前述の通りターゲットＴ＋、Ｔｚの基板４０
と平行な両辺の、中央部に弦月状の板状部材Ｐ＋　、Ｐ
ｚが設けであるので、中央部の基板４０方向へのプラズ
マ領域及びスパッ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、形成される躾の膜厚
が均一化する。

そして、板状部材Ｐ＋　、ＰｚはターゲットＴ＋。

１２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ＩＰ＋
　。

Ｐｚ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、従って磁気記録媒体の
製造の如くターゲットＴ＋。

Ｔ２に磁性材を用いる場合にも磁界パターンは設定した
通り長期に口って安定となる。

以上の点を具体例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　、　１８ａ
を非磁性材のステンレス鋼で構成し、板状部材Ｐ＋　、
Ｐｚを設置ｅｔない従来装置による比較例の中り向の膜
厚分布を示すグラフである。

この比較例はターゲットＴ＋　、Ｔ２の間隔１２０馴、
ターゲットＴ＋　、Ｔ２の基板側端面と基板との距離２
０履の条ｆ１下で、基板の１］方向の巾３３０馴、奥行
１３０ｍ＃＋の長方形で厚さ１２＃Ｉ＃ｌのパーマロイ
からなるターゲットＴ＋　、Ｔ２を用いて、厚さ　１０
０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上に連続
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Ｊるパーマロイ薄膜のターゲット幅方向の膜η
分４ｈも、初期にはスパッタ有効中に対して±１０％の
膜厚分布を右し、中方向の中心に関し、対称形であった
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、薄い方向にはに
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を１００％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
深さは投入型カフＫＷで９３時間連続運転後１１．７ｍ
であった。

第４図は、第１図の対向ターゲット式スパッタ装置にお
いて板状部材Ｐ＋　、Ｐｚ及び先端折曲部１７ａ　、　
１８ａをステンレスで構成すると共に、板状部材Ｐ＋　
、Ｐｚを弦の長さが１８０ｍでその中点の巾が２０ａｍ
の弦月状（弧の半径２１２．５Ｍ＞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ット
Ｔ＋　、Ｔ２を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ある。

また第５図は第４図の実施例において先端折曲１６一 部１７ａ　、　１７ｂおよび板状部材Ｐ＋　、Ｐｚの材
質をステンレスから軟磁性材に８えて、同様にパーマロ
イ薄膜を連続形成した揚台の実施結束である。

板状部材Ｐ＋　、Ｐｚを先端折曲部１７ａ　、　１８ａ
　ニとりつけることにＪ、ってターゲット使用開始直後
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％以内に改善されたことが判る。とくに先端折曲部１
７ａ　、　１８ａおよび板状部材Ｐ＋　、Ｐｚを軟磁性
材としたときターゲッ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、ターゲットエロージョンは均一（こなり、ター
ゲッ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
領域が広くなっており、製品利用率が向上する。

１なわら前記対向ターゲット式スパッタ方式の原理の如
く、板状部材Ｐ＋　、Ｐｚにより幅方向における中心部
分から飛来するスパッ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
ット中央に押し戻すことによってターゲットの１０一シ
ヨン分缶をより均一にする効果により幅方向の分布は改
善されたど考えられる。又先端折曲部１７ａ　、　１８
ａおよび根状部材Ｐ＋　、Ｐ２を透磁率の大ぎい磁性体
で形成することによりターゲット外周辺部に、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ット拐を非磁性体である銅
としたときには、先端折曲部１７ａ　、　１８ａおよび
板状部材Ｐ＋　、Ｐ２の材質に関係なく第５図と同じ結
束を示した。

また、第５図の実施例において、軟石４ｆ１祠からなる
先端折曲部１７ａ　、　１８ａの厚みは、０．Ｉｎ／ｍ
から３　ｍ　／　ｐｎ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
ーゲット式スパッタ装置であり、Ｔ業上非常に人きな効
果を奏するイ１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ット式スパッタ装置
の説明図、第２図の（ａ）は第１図の装ｄのターゲット
部の拡大平面図、＋ｂ３　（Ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ’　
、　ＦＬ−８’　の側断面図、第３図は比較例の基板１
１方向の膜厚分布を示すグラフ、第４図は実施例の基板
ＥＩＪｈ向の膜厚分’４９を示でグラフ、第５図は他の
実施例の基板中方向のｉ’ＪＰ？分布を示すグラフ、第
６図は従来装置のターゲット部の説明図である。

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
   ッタ装置において、前記ターゲットの少なくとも基板側
   の周辺に沿って、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ット式スパッタ装置。 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
   ターゲット式スパッタ装置。 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ット式スパッタ装置
   。 ４、ターゲッ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
   の対向ターゲット式スパッタ装置。 ５、前記板状部材が基板に平行な両辺に沿って同じパタ
   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ット式スパッタ装置。 ６、前記シールドカバーが先端部に、ターゲット側に折
   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
   の対向ターゲット式スパッタ装置。 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ット式
   スパッタ装置。 ８、ターゲッ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ット式スパッ
   タ装置。