JPH0625839A

JPH0625839A - スパッタ装置及びカソード

Info

Publication number: JPH0625839A
Application number: JP2208992A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sato; 研一佐藤; Tsutomu Takeda; 勉武田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【構成】バッキングプレート190 の冷却面194 に凹凸10
0 を多数設けて表面積を増大させたカソードを有するス
パッタ装置。ターゲット材88をバッキングプレート190
に対して凹凸嵌合させたカソードを有するスパッタ装
置。【効果】冷媒による冷却面積が増えて冷却効率（冷却効
果）を大きく向上させ、またターゲット材を安定に保持
できるため、スパッタ時の投入パワーを増大させても、
ターゲット材の破損や抵融点金属の溶融、ターゲット材
の位置ずれといった事態が生じることがなく、かつ薄膜
の成長速度を上げ、ベースフィルムの搬送速度の向上、
放電の安定化によって生産性を高めることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタ装置及びカソー
ドに関し、例えば蒸着テープ等の金属磁性薄膜上に保護
膜を形成する際に好適なスパッタ装置及びカソードに関
するものである。

【０００２】

【従来技術】ビデオテープレコーダにおいては、高密度
記録化による画質の向上が進められており、これに対応
すべく、例えば８ミリＶＴＲ用の磁気記録媒体として金
属磁性薄膜を磁性層とする、いわゆる蒸着テープが実用
化されている。

【０００３】蒸着テープは、これまで広く用いられてき
た塗布型の磁気テープに比べて磁気特性に優れ、また磁
性層の厚さも薄いことから、電磁変換特性の点で塗布型
の磁気テープを上回る性能を発揮するものと期待されて
いる。

【０００４】こうした蒸着テープにおいて、金属磁性薄
膜の耐久性を向上させるために、従来から、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッタリング等
によって保護膜を設けることが知られている。

【０００５】上記した保護膜を形成する方法のうち、ス
パッタリングに使用可能な装置を図14に概略的に示し
た。このスパッタ装置は、中央部に配設された基板案内
兼クーリング用のキャン87と間仕切り板82で区切られた
真空槽81ａ、81ｂとを有し、各真空槽81ａ、81ｂにそれ
ぞれ真空排気系83ａ、83ｂが接続されてなるものであ
る。

【０００６】また、一方の真空槽81ａには、金属磁性薄
膜付きのベースフィルムＢの供給ロール84及び巻き取り
ロール85が設けられており、さらにはベースフィルムＢ
を上記クーリングキャン87に沿わせて走行させるための
ガイドロール86ａ、86ｂが設置されている。

【０００７】上記真空槽81ｂには、上記クーリングキャ
ン87と対向してカーボン等のターゲット材88がカソード
95のバッキングプレート90上に設置されていて、上記キ
ャン87との間に高周波電圧（図示せず）又は直流電圧が
印加される。この場合、電子を効率よくターゲット近傍
に集中させるためにマグネトロン型スパッタ方式が採用
されてよい。

【０００８】カソード95のバッキングプレート90は、図
15に示すようにターゲット材88を半田等の低融点金属91
で接着して保持する一方、冷却水92を配管93を通して供
給することによって冷却水による冷却面94から冷却され
る構造となっている。

【０００９】ところが、スパッタリングによる薄膜の成
長速度は一般に、 0.001〜0.04μｍ／min であって蒸着
やイオンプレーティング等に比べて遅く、またパワー密
度は最大で４ｗ／cm²程度である。必要とされる保護膜
の厚さは0.01〜0.015 μｍ程度とされるので、図14の如
き連続巻取式のスパッタ装置を用いる場合、ベースフィ
ルムＢの搬送速度は１ｍ／min 程度と非常に遅くなり、
生産性が低くなってしまう。

【００１０】このため、投入パワーを大きくして、スパ
ッタ（成膜）レートを上げることが考えられる。しかし
ながら、投入パワーを大きくしすぎると（６ｗ／cm²以
上にすると）、過熱されてターゲット材88が破損した
り、或いは冷却水92による冷却が不十分となって上記し
た低融点金属91が過熱されて溶融し、ターゲット材88が
ずり落ちてしまう。これは、ターゲット材88を含めてカ
ソード全体が傾斜して配置されるために起り易くなる。
この結果、ターゲット材88がカソード電極材96に接触し
てしまい、放電が停止することがある。

【００１１】従って、投入パワーはあまり大きくでき
ず、むしろ抑えることが必要となる。これでは、効率が
悪く、生産性が低下することになる。

【００１２】

【発明の目的】本発明の目的は、投入パワーを大きくし
て生産性を向上させることができ、更にターゲット材も
安定に保持できるスパッタ装置とそのカソードを提供す
ることにある。

【００１３】

【発明の構成】即ち、本発明は、スパッタリングによっ
て薄膜が形成されるべき支持体に対向して、ターゲット
材を保持するバッキングプレートを有したカソードが設
けられ、前記バッキングプレートが冷媒によって冷却さ
れるように構成されたスパッタ装置において、前記冷媒
による前記バッキングプレートの冷却面に凹凸が形成さ
れ、前記冷却面の表面積が増大せしめられていることを
特徴とするスパッタ装置及び上記構成のカソードに係る
ものである。

【００１４】この装置においては、バッキングプレート
の冷却面に、凸部の高さが１mm以上、10mm以下で、１mm
以上、30mm以下の周期で多数の凹凸が形成されているこ
とが望ましい。また、冷媒によるバッキングプレートの
冷却面に冷媒供給手段を設けることができる。

【００１５】また、本発明は、スパッタリングによって
薄膜が形成されるべき支持体に対向して、ターゲット材
を保持するバッキングプレートを有したカソードが設け
られているスパッタ装置において、前記ターゲット材と
前記バッキングプレートとが、凹凸嵌合されていること
を特徴とするスパッタ装置及び上記構成のカソードも提
供するものである。

【００１６】上記の各スパッタ装置においては、ターゲ
ット材がバッキングプレートに対して接着されていると
共に、前記バッキングプレートが冷媒供給手段による冷
媒で冷却される構成にできる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１８】図１は、金属磁性薄膜を磁性層とする蒸着
テープに保護膜を形成するためのスパッタ装置を概略的
に示すものである。このスパッタ装置は図14に示した従
来装置と共通する部分を有するが、その部分は共通符号
を付して説明を省略する。但し、ターゲット材88を含め
てカソード自体はほぼ水平に配置されている。

【００１９】本実施例において注目すべき構成は、キャ
ン87の真下にてベースフィルムＢに対向したカソード19
5 のバッキングプレート190 が冷媒92（冷却水）によっ
て冷却される構造において、その冷却面（裏面）194 に
図２及び図３に明示する如き多数の凹凸100 が形成され
ていることである。これら凹凸は比較的丸みをもった断
面曲線形状を有している。勿論、角型であっても良い。

【００２０】図２はカソード195 の一部分を示すもので
ある。バッキングプレート190 のバック面（冷却面）19
4 に形成された凹凸100 は例えば、規則的に設けられた
碁盤目状の凸部100 ａと各碁盤目の間に格子状に設けら
れた凹部100 ｂとからなっている。この凹凸100 は、冷
却水（冷媒）の流れを考慮し、図３Ｂのような縞状凹凸
でもよい。そしてこの凹凸は、フォトリソグラフィー技
術によるエッチングや、レーザー加工、切削加工によっ
て形成することができる。バッキングプレート190 の材
質は無酸素銅であってよい。

【００２１】このように、バッキングプレート190 の冷
却面194 に多数の凹凸100 を形成することによって同冷
却面の表面積が増大するので、冷却水92に接触する面積
が増えて冷却効率（冷却効果）を大きく向上させること
ができる。従って、従来例に比較して、スパッタ時の投
入パワーを増大させても、ターゲット材88の破損や低融
点金属91の溶融といった事態が生じることがなく、かつ
薄膜（この例では保護膜）の成長速度を上げ、ベースフ
ィルムの搬送速度の向上によって生産性を高めることが
可能となる。

【００２２】こうした効果を一層確実に得るには、上記
した凹凸100 において、その凸部100 ａの高さをｄ、ピ
ッチをｌとしたとき、ｄは１mm以上、10mm以下ｌは１mm以上、30mm以下とするのがよく、ｄは１mm以上、５mm以下ｌは１mm以上、10mm以下とするのが更に望ましい。

【００２３】ｄの値があまり小さい（凹部の深さがあま
り浅い）と、冷却に寄与する冷却面積が小さくなって冷
却効果に乏しく、またｄの値があまり大きい（凹部の深
さがあまり深い）と、バッキングプレート自体の厚みが
全体として厚くなりすぎ、マグネトロン型スパッタでス
パッタリングしたときにターゲット表面での磁界が弱く
なり、成膜レートが低下する。この観点から、ｄの値を
上記した範囲とするのがよい。

【００２４】また、ｌについては、凹凸の周期が冷却面
積を左右し、かつ均一な冷却効果にも影響を与えるの
で、上記した範囲とするのがよい。即ち、ｌがあまり小
さいと、冷却効果が乏しくなり（凹凸による効果があま
り発揮できない。）、またｌがあまり大きいと、冷却に
寄与する面積を増やすには不十分である。

【００２５】バッキングプレートの全厚ｔは上記のｄと
も関連があるが、通常はｄも含めて４〜16mmとするのが
よい。

【００２６】スパッタ時には、ターゲット88の成分粒子
がAr等のスパッタガスによって叩き出され、基板Ｂ（実
際には金属磁性薄膜）上に堆積する。図４には、基板Ｂ
上の金属磁性薄膜102 上にスパッタによる保護膜103 を
形成した状態が示されている。保護膜103 の材料として
は、SiO₂、Si₃N₄、SiNx、BN、ZnO₂、カーボン、TiN等
がある。保護膜103 の厚さは50Å以上がよく、また再生
時のスペーシングロスの点で300 Å以下が望ましい。

【００２７】上記したスパッタリングを行う基板Ｂには
前以って金属磁性薄膜102 を真空蒸着で形成するが、こ
の真空蒸着には図５に示す装置を用いることができる。

【００２８】この真空蒸着装置は、図５においてクーリ
ングキャン87をはじめ、装置の上部の構成は図１のスパ
ッタ装置と同様であってよいので、同様の部分には同じ
符号を付して説明を省略する。但し、下方の真空槽81ｂ
には蒸発源188 が設置されており、クーリングキャン87
の近傍位置には、蒸発金属の入射角を規制するための遮
蔽板198 や、蒸着粒子を細かくして安定に蒸着させるた
めの酸素ガスの導入パイプ191 が設けられている。蒸発
源188 は、鉄、コバルト、ニッケルの単体金属、Co−Ni
系合金等の合金、さらには他の元素との混合物等が使用
可能である。図中の193 は予備加熱ヒーターである。

【００２９】従って、上記クーリングキャン87に沿って
ベースフィルムＢを走行させるとともに、蒸発源188 を
電子銃192 からの電子ビーム189 によって加熱蒸発せし
めることで、ベースフィルム上に金属磁性薄膜が斜め蒸
着される。θmin はベースフィルムに対する蒸発金属の
入射角（最小値）を示す。

【００３０】次に、上記した薄膜形成の具体的な実験例
を説明する。実施した各処方は以下の通りであった。

【００３１】１．金属磁性薄膜の形成図５に示した連続巻取式の蒸着装置において、10μｍ厚
のポリエチレンテレフタレートベース上にCo₈₀Ni₂₀を酸
素ガス中で次の条件で斜方蒸着した。真空度：１×10^-4Torr ベースに対する蒸発金属の入射角θmin ：45° 酸素ガス導入量：250cc ／分蒸着膜の厚み：2000Å

【００３２】２．保護膜の形成図１に示した連続巻取式のスパッタ装置において、上記
で成膜した金属磁性薄膜付きのベース上に次の条件で保
護膜を形成した。スパッタ法：ＤＣマグネトロンスパッタリングガス圧（Ar）：10ｍTorr パワー密度：18Ｗ／cm²まで変化させた保護膜の厚み：0.02μｍターゲット・ベース間距離：８cm ターゲット材：カーボンターゲット径： 150mm×250mm （角型）バッキングプレート：図１〜図３のもの冷却水温度：25℃（入口側）

【００３３】なお、上記の磁性層が形成されたベース
に、例えばカーボン及びエポキシ系バインダーからなる
バックコートと、パーフルオロポリエーテルからなる潤
滑剤のトツプコートとを施した後、これを８mm幅に裁断
して磁気テープを作成することができる。

【００３４】上記において、バッキングプレートの冷却
面に形成した凹凸のｄ、ｌ、更にはｔを変化させたとき
のターゲット温度（出口側の冷却水温度）、臨界投入パ
ワー、ラインスピードを夫々検討したところ、下記表−
１に示す結果が得られた。

【００３５】

【００３６】上記の結果から、バッキングプレートの裏
面に凹凸が存在しない比較例１では、冷却効果が乏し
く、投入パワーを大きくできず、ラインスピードも低く
なる。しかし、本発明に基づいてバッキングプレートに
凹凸を設けると冷却効果が良くなり、特にｄ＝１〜10ｍ
ｍ、ｌ＝１〜30mm（更にはｔ＝８〜16mm）で効果が大き
くなることが分る。

【００３７】図６は、上述した例とは異なり、バツキン
グプレート190 の裏面194 に設ける凹凸を矩形状（角ば
った形状）の断面形状とした例を示す。

【００３８】この例でも、上述したｄ、ｌ、ｔは同様に
設定されており、十分に冷却面積を確保できるので、上
述したと同様の効果が得られる。

【００３９】図７〜図８は、本発明の更に他の実施例を
示すものである。この例によれば、上述した例に比べ
て、ターゲット材88を含むカソード全体が傾斜して配置
されると共に、バッキングプレート190 の裏面194 は平
坦ではあるが表面側において周辺部に切欠き（又は凹
部）200 を平面的にみて環状に形成し、この切欠き200
に対応してターゲット材88には周辺部に下向きの突出部
201 を環状に形成し、そしてバッキングプレート190 の
切欠き200 とターゲット材88の突出部201 とを互いに嵌
め合わせている。

【００４０】従って、ターゲット材88とバッキングプレ
ート190 とは凹凸嵌合された状態で低融点金属91により
ターゲット材88がバッキングプレート190 に固定される
ことになる。

【００４１】このようにターゲット材88がバッキングプ
レート190 に対して凹凸嵌合されているため、スパッタ
時に投入パワーを上げる際に仮に低融点金属91が溶融し
たとしても、ターゲット材88はバッキングプレート190
に係止され、ずり落ちてカソード電極材96に接触して放
電が停止することはない。この結果、ターゲット材を安
定に保持し、投入パワーを上げても放電が安定に行われ
ることになり、生産性が大きく向上する。

【００４２】次に、この実施例に基いて実施した具体的
な実験例を説明する。

【００４３】実験条件は、図７及び図８のターゲット及
びカソードの配置とし（但し、ターゲット−ベース間距
離は５cm、Ar流量は0.15 l／min ）、他は上述したと同
様にし、投入パワー及び成膜速度を夫々みた。但し、比
較例のカソードは図15のものとした。結果を下記表−２
に示す。

【００４４】

【００４５】この結果から、本発明に基いてターゲット
材をバツキングプレートに凹凸嵌合させた場合、投入パ
ワーを大きくすることができ、成膜レートを上げること
（搬送速度の向上）が可能となる。比較例２では、約0.
015 μｍの保護膜を形成するときのベース搬送速度は１
ｍ／min 程度であったが、実施例11の場合にはベース搬
送速度は約４ｍ／min にすることができた。

【００４６】図９〜図12は、ターゲット材88とバッキン
グプレート190 との凹凸嵌合の他の各例を示すものであ
る。なお、低融点金属91は図示省略した。

【００４７】図９の例は、バッキングプレート190 の凹
部200 を完全な溝状としているので、ターゲット材88が
一層ずれ難くなり、安定保持の点で有利であると考えら
れる。

【００４８】図10、図11は夫々、凹凸嵌合を複数箇所
（例えば周辺部でのリング状の部分と中央部分）で行っ
た例を示しているが、嵌合箇所を増やしたため、より安
定性が向上する。

【００４９】図12の場合、凹凸嵌合は１箇所でしかも中
央部において比較的広い領域に亘っているが、これでも
ターゲット材の保持性は良好であり、かつバッキングプ
レートに対する取付けが容易となる。

【００５０】図13は、本発明の更に他の実施例を示すも
のであって、いわば図２の例と図８の例とを組み合わせ
た構造例である。

【００５１】即ち、バツキングプレート190 の裏面に冷
却効率を上げるために凹凸100 を多数設けると同時に、
その表面側ではターゲット材88を凹凸嵌合によって保持
している。従って、冷却効果の向上とターゲット材の安
定保持との双方を同時に実現できるから、投入パワーを
上げても低融点金属が溶けないとか、低融点金属が溶け
る迄の投入パワーを高めることができる、といった効果
を期待できる。

【００５２】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて種々変形が可能
である。

【００５３】例えば、上述したバッキングプレートの裏
面の凹凸形状やパターン、表面側の凹凸嵌合の断面形状
やパターン等は種々に変化させることができる。また、
ターゲット材及びカソードの配置についても上述した例
に限定されない。冷却水の供給構造、冷媒の種類（例え
ば冷却水以外のアルコール系の液体も使用可能）等も変
更してよい。冷却水は必ずしもバッキングプレートと直
接接触しなくてもよい。

【００５４】また、上述した保護膜の材質は上述したも
の以外にも、２層目の磁性膜として形成してもよい。ま
た、保護膜は複数層（例えば下層はNi等の耐食性金属、
上層はカーボン、SiO₂等）としてもよい。なお、本発明
は、保護膜に限らず、他の薄膜の形成にも勿論適用可能
である。

【００５５】

【発明の作用効果】本発明は上述したように、バッキン
グプレートの冷却面に凹凸を形成し、表面積を増大させ
ているので、冷媒による冷却面積が増えて冷却効率（冷
却効果）を大きく向上させることができる。従って、ス
パッタ時の投入パワーを増大させても、ターゲット材の
破損や低融点金属の溶融といった事態が生じることがな
く、かつ薄膜の成長速度を上げ、ベースフィルムの搬送
速度の向上によって生産性を高めることが可能となる。

【００５６】また、ターゲット材をバッキングプレート
に対して凹凸嵌合させているため、スパッタ時に投入パ
ワーを上げる際に仮に低融点金属が溶融したとしても、
ターゲット材はバッキングプレートに係止され、ずり落
ちてカソード電極材に接触して放電が停止することはな
い。この結果、ターゲット材を安定に保持し、投入パワ
ーを上げても放電が安定に行われることになり、生産性
が大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による保護膜形成用のスパッタ
装置の概略断面図である。

【図２】同スパッタ装置に用いるカソードの要部断面図
である。

【図３Ａ】同カソードのバッキングプレートの裏面図で
ある。

【図３Ｂ】他のカソードのバッキングプレートの裏面図
である。

【図４】蒸着テープの拡大断面図である。

【図５】上記蒸着テープの金属磁性薄膜形成用の真空蒸
着装置の概略断面図である。

【図６】カソードの他の例の要部断面図である。

【図７】本発明の他の実施例による保護膜形成用のスパ
ッタ装置の概略断面図である。

【図８】同スパッタ装置に用いるカソードの断面図であ
る。

【図９】カソードの他の例の要部断面図である。

【図10】カソードの他の例の要部断面図である。

【図11】カソードの他の例の要部断面図である。

【図12】カソードの他の例の要部断面図である。

【図13】カソードの更に他の例の断面図である。

【図14】従来の保護膜形成用のスパッタ装置の概略断面
図である。

【図15】同スパッタ装置に用いるカソードの断面図であ
る。

【符号の説明】 81ａ、81ｂ・・・真空槽 82・・・間仕切り板 84・・・供給ロール 85・・・巻き取りロール 87・・・キャン 88・・・ターゲット材 90、190 ・・・バッキングプレート 91・・・低融点金属 92・・・冷却水 94、194 ・・・冷却面 95、195 ・・・カソード 96・・・カソード電極材 100 ・・・凹凸 100 ａ・・・凸部 100 ｂ・・・凹部 102 ・・・金属磁性薄膜 103 ・・・保護膜 188 ・・・蒸発源 189 ・・・電子ビーム 200 ・・・切欠き（凹部） 201 ・・・突出部Ｂ・・・ベースフィルム（基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタリングによって薄膜が形成され
るべき支持体に対向して、ターゲット材を保持するバッ
キングプレートを有したカソードが設けられ、前記バッ
キングプレートが冷媒によって冷却されるように構成さ
れたスパッタ装置において、前記冷媒による前記バッキ
ングプレートの冷却面に凹凸が形成され、前記冷却面の
表面積が増大せしめられていることを特徴とするスパッ
タ装置。
【請求項２】バッキングプレートの冷却面に、凸部の
高さが１mm以上、10mm以下で、１mm以上、30mm以下の周
期で多数の凹凸が形成されている、請求項１に記載の装
置。
【請求項３】冷媒によるバッキングプレートの冷却面
に冷媒供給手段が設けられている、請求項１又は２に記
載の装置。
【請求項４】スパッタリングによって薄膜が形成され
るべき支持体に対向して、ターゲット材を保持するバッ
キングプレートを有したカソードが設けられているスパ
ッタ装置において、前記ターゲット材と前記バッキング
プレートとが凹凸嵌合されていることを特徴とするスパ
ッタ装置。
【請求項５】ターゲット材が、バッキングプレートに
対して接着されていると共に、前記バッキングプレート
が冷媒供給手段による冷媒で冷却される、請求項４に記
載の装置。
【請求項６】スパッタリングによって薄膜が形成され
るべき支持体に対向して設けられ、ターゲット材を保持
するバッキングプレートを有したカソードであって、こ
のバッキングプレートが冷媒によって冷却されるように
構成され、前記冷媒による前記バッキングプレートの冷
却面に凹凸が形成され、前記冷却面の表面積が増大せし
められているカソード。
【請求項７】冷媒によるバッキングプレートの冷却面
に、凸部の高さが１mm以上、10mm以下で、１mm以上、30
mm以下の周期で多数の凹凸が形成されている、請求項６
に記載のカソード。
【請求項８】スパッタリングによって薄膜が形成され
るべき支持体に対向して設けられ、ターゲット材を保持
するバッキングプレートを有したカソードであって、前
記ターゲット材と前記バッキングプレートとが凹凸嵌合
するように構成されたカソード。
【請求項９】ターゲット材がバッキングプレートに対
して接着されていると共に、前記バッキングプレートが
冷媒供給手段による冷媒で冷却される、請求項８に記載
のカソード。