JPH09209140A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲットの表面にスパッタリングに最適な
平行磁場を発生させるようにする。 【解決手段】 マグネット１１の磁極１２ａ，１３ａが
ターゲット１０の表面近傍に位置するように設けられて
いるスパッタリング装置である。そして、このスパッタ
リング装置には、ターゲット１０に高低を変える昇降手
段２１が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気テープ等の磁
気記録媒体の製造装置に属する技術分野に属し、特に、
磁性層となる磁性薄膜を真空蒸着により支持体上に形成
してなる磁気記録媒体の保護膜形成に好適なスパッタリ
ング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁気記録媒体としては、酸化
物磁性粉末あるいは合金磁性粉末等の粉末磁性材料を塩
化ビニル−酢酸ビニル系共重合体、ポリエステル樹脂、
ウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂等の有機結合剤中に分
散せしめた磁性塗料を非磁性支持体上に塗布、乾燥する
ことにより作成される塗布型の磁気記録媒体が広く使用
されている。

【０００３】これに対して、ビデオテープレコーダー
（ＶＴＲ）等の分野においては、高画質化を図るため
に、高密度磁気記録化が一層強く要求されており、これ
に対応する磁気記録媒体として、Ｃｏ−Ｎｉ系合金、Ｃ
ｏ−Ｃｒ系合金、Ｃｏ−Ｏ系等の金属磁性材料を、メッ
キや真空薄膜形成技術（真空蒸着法やスパッタリング
法、イオンプレーティング法等）によってポリエステル
フィルムやポリアミド、ポリイミドフィルム等の非磁性
支持体上に磁性層として直接被着した、いわゆる強磁性
金属薄膜塗布型の磁気記録媒体が提案され注目を集めて
いる。

【０００４】そして、この強磁性金属薄膜型の磁気記録
媒体においては、電磁変換特性を向上させ、より大きな
出力を得ることが出来るようにするために、磁性層であ
る強磁性金属薄膜を形成する場合、磁性材料を斜めに蒸
着する斜め蒸着が提案され実用化されている。

【０００５】このような金属薄膜媒体は、磁気特性的な
優位さ故に今後の高密度磁気記録媒体の主流となると考
えられる。ただし、強磁性金属薄膜塗布型の磁気記録媒
体は、耐久性、耐錆性に問題があると言われており、従
来、コーティングによる潤滑剤、防錆剤などの有機材料
の検討や、微粒子を磁性層形成前に非磁性支持体上に予
め塗布する、いわゆる下塗り技術の検討がなされてい
る。

【０００６】しかしながら、これらの技術では、特殊な
環境化における使用や、業務用のような過酷な使用に充
分に対応することができず、新たな手法として、真空蒸
着、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等の真空薄膜形成
手段による表面保護膜の検討が行われている。

【０００７】このような状況の中、スパッタリング法に
よる保護膜形成技術により、耐久性、耐錆性に優れた磁
気記録媒体の製造装置が開発されているが、このスパッ
タリング法による保護膜の形成は、その成膜速度が遅い
ため生産性に劣るという不都合が生じる。

【０００８】そこで、このような不都合を回避して、成
膜速度を向上させるために、ターゲットの下部にマグネ
ットを配置し、これによってターゲット表面に形成され
ている漏洩磁界を利用するマグネトロン型スパッタリン
グ装置が用いられている。

【０００９】このマグネトロン型スパッタリング装置に
は、円形のマグネットを用いてこれを偏心して回転さ
せ、より広範囲に均一にターゲット上に磁界を発生させ
る構成のものと、角型のマグネットを用いるものとがあ
るが、磁気テープ等の長尺物に対しては、このうちの角
型のマグネットを用いるものが採用されている。

【００１０】図７及び図８に示すものは、上記角型のマ
グネットを用いたマグネトロン型連続スパッタリング装
置のカソード１０１の一例である。

【００１１】このカソード１０１は、電源に接続されカ
ソード電極としての機能を有するバッキングプレート１
０２と、バッキングプレート１０２上に接着される角形
ターゲット１０３と、バッキングプレート１０２や角形
ターゲット１０３等を水等の冷媒が流される配管１０４
ａ，１０４ｂによって冷却する冷却機構部１０４と、バ
ッキングプレート１０２下に角形ターゲット１０３と対
向するように配置されるマグネット１０６と、このマグ
ネット１０６を収納するカソードケース１０７とから構
成されている。

【００１２】マグネット１０６は、断面が略々Ｅ字状を
呈して、センターポールと、このセンターポールの周囲
を取り囲む矩形環状のマグネットリングとから構成され
ており、これらセンターポールとマグネットリングの先
端、すなわち角形ターゲット１０３との対向面は、互い
に異なる極性（例えば、センターポールがＳ極、マグネ
ットリングがＮ極）とされている。

【００１３】したがって、この従来のスパッタリング装
置を使用して、冷却キャン１０９に搬送されるベースフ
ィルム１０８に対してスパッタリングを行う場合には、
電離（プラズマ）されたアルゴンイオンを加速すること
により、その運動エネルギーにより角形ターゲット１０
３の原子をはじき出して、そのはじき出された原子がベ
ースフィルム１０８に堆積され、目的とする薄膜を形成
することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来装置では、非磁性支持体であるベースフィルム１
０８が冷却キャン１０９により図中時計方向に走行され
るが、このとき角形ターゲット１０３と対向するように
配置されるマグネット１０６の形状に対応して、ターゲ
ット１０３の表面が部分的に侵食される、いわゆるエロ
ージョンの問題が生じる。エロージョンは、マグネット
１０６の発生する磁界が角形ターゲット１０３表面付近
で湾曲してプラズマを閉じこめているため、このプラズ
マ密度の高い部分のみが集中的にスパッタリング（消
費）される現象である。

【００１５】このように、スパッタリングが均一でない
場合には、スパッタリングされにくい部分が薄膜形成に
使用されず、角形ターゲット１０３の使用効率が低下す
る。また、エロージョンの進行は、スパッタリングレー
トを減少させるとともに、ターゲット１０３の寿命を短
くする等の問題がある。

【００１６】また、薄膜の成膜時に角形ターゲット１０
３の表面に形成される磁場は、湾曲状であるために、こ
のまま搬送されるベースフィルム１０８上に保護膜を成
膜すると、ターゲット１０３上での磁束密度が高い（濃
い）部分は、厚い膜が被着され、磁束密度が低い（薄
い）部分は、薄い膜が被着される。

【００１７】さらに、このような角形ターゲットの表面
に湾曲した磁場が発生する従来装置では、プラズマ密度
が低い部分には、逆に、スパッタ膜が付着して、ダスト
の原因となり、さらに、付着した膜が絶縁膜である場合
は、それが帯電してアーキングを生じさせ、ベースフィ
ルムに損傷を与えていた。

【００１８】このため、従来、マグネット１０６の形状
や位置等にさまざまな工夫がなされたものが提案されて
はいるが、角形ターゲット１０３の表面に理想的な平行
磁場を発生させるものは未だ開発されていない。

【００１９】そこで、本発明は、このような実情に鑑み
て提案されたものであって、いわゆるマグネトロン型連
続スパッタリング装置において、ターゲットの表面にス
パッタリングに最適な平行磁場を発生させることによ
り、ターゲットの使用効率、成膜レート等を向上させる
とともに、スパッタリング装置に見られるアーキングの
発生を抑制することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、上記の目的を達成し課題を解決するために、タ
ーゲットと、このターゲット表面に磁界を発生させるマ
グネットとを備え、支持体に対してスパッタリングを行
うスパッタリング装置において、マグネットの磁極がタ
ーゲットの表面近傍に位置するように設けられているこ
とを特徴とする。

【００２１】また、ターゲットに高低を変える昇降手段
が設けられていることを特徴とする。

【００２２】さらに、マグネットが磁極が異なるセンタ
ーポールとこのセンターポールの周囲を取り囲む環状の
マグネットリングとから構成され、ターゲットにマグネ
ットの磁極に対応して貫通穴が形成されていることを特
徴とする。

【００２３】本発明のスパッタリング装置は、マグネッ
トの磁極がターゲットの表面近傍に位置するように設け
られているために、ターゲットの表面にスパッタリング
に最適な平行磁場を発生させるようになる。

【００２４】また、ターゲットの高低を変える昇降手段
が設けられることにより、スパッタリング中にターゲッ
トの消耗に合わせてマグネットの高さを変えることがで
き、そのため、ターゲットの表面にスパッタリングに最
適な平行磁場を発生させるようになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施の形
態を図面に基づいて説明する。

【００２６】本実施の形態のスパッタリング装置は、図
１に示すように、頭部と低部にそれぞれ設けられた排気
口１５から排気されて内部が真空状態となされた真空室
１内に、図中の時計回り方向に定速回転する送りロール
３と、図中の時計回り方向に定速回転する巻取りロール
４とが設けられ、これら送りロール３から巻取りロール
４にテープ状の非磁性支持体であるベースフィルム２が
順次走行するようになされている。

【００２７】そして、これら送りロール３から巻取りロ
ール４側に上記ベースフィルム２が走行する中途部に
は、各ロール３，４の径よりも大径となされた冷却キャ
ン５が設けられている。この冷却キャン５の周面には、
ベースフィルム２が巻き付けられ、したがって冷却キャ
ン５も前記ロール３，４と同期して図中の時計回り方向
に定速回転する構成とされる。

【００２８】また、上記送りロール３、巻取りロール
４、及び、冷却キャン５は、それぞれベースフィルム２
の幅と略同じ長さからなる円筒状をなすものであり、ま
た、冷却キャン５には、内部に図示しない冷却装置が設
けられ、上記ベースフィルム２の温度上昇による変形等
を抑制し得るようになされている。

【００２９】したがって、ベースフィルム２は、送りロ
ール３から順次送り出され、さらに上記冷却キャン５の
周面を通過し、巻取りロール４に巻取られて行くように
なされている。尚、上記送りロール３と記冷却キャン５
との間及び該冷却キャン５と上記巻取りロール４との問
にはそれぞれガイドロール６，７が配設され、上記送り
ロール３から冷却キャン５及び該冷却キャン５から券取
りロール４にわたって走行するベースフィルム２に所定
のテンションをかけ、該ベースフィルム２が円滑に走行
するようになされている。

【００３０】また、上記真空室１内には、上記冷却キャ
ン５の下方にカソード８が設けられ、このカソード８の
上面にターゲット１０として金属磁性材料９が接着され
ている。

【００３１】なお、カソード８としては、真空室１内に
カソード８がすべて入る、いわゆるインターナルタイプ
のものと、真空室１内にターゲット１０の表面１０ａ部
分のみが入る、いわゆるエクスターナルタイプのものが
あるが、本実施の形態においては、いずれのタイプのも
のにも適用することができる。

【００３２】本実施の形態のカソード８は、インターナ
ルタイプのもので、図３乃至図４に示すように、電源に
接続されカソード電極としての機能を有するバッキング
プレート１４と、バッキングプレート１４上に接着され
るターゲット１０と、このターゲット１０の表面１０ａ
に磁界を発生させるマグネット１１を主要な構成となし
ている。

【００３３】カソードケース１５は、筺体状の内部に、
上記バッキングプレート１４、ターゲット１０、マグネ
ット１１等が配されている。また、カソードケース１５
の下部は、後述するターゲット１０を昇降させる昇降手
段２１等が貫通している。さらに、カソードケース１５
の側面側には、絶縁礙子１６がネジ部材１７を介して固
定されている。

【００３４】マグネット１１は、永久磁石であり、図３
に示すように、所定の長さを有するセンターポール１２
と、このセンターポール１２の周囲を取り囲む矩形環状
のマグネットリング１３とから構成されており、これら
センターポール１２とマグネットリング１３は、互いに
異なる極性（例えば、センターポール１２がＳ極、マグ
ネットリング１３がＮ極）とされている。したがって、
このマグネット１１は、縦断面がＥ字状を呈する。な
お、このマグネット１２は、電源に接続された電磁石で
あっても良いことは勿論である。

【００３５】また、上記永久磁石であるマグネット１１
は、この断面Ｅ字状の先端側が磁極１２ａ，１３ａとさ
れて、これらの磁極１２ａ，１３ａ上には、ネジ部材１
９によりシールド部材１８が固定されている。

【００３６】そして特に、この断面Ｅ字状のマグネット
１１は、図３に示すように、センターポール１２の磁極
１２ａとマグネットリング１３の磁極１３ａがターゲッ
ト１０の表面１０ａに対して自由な位置に設定できるよ
うになされている。

【００３７】すなわち、本実施の形態においては、図２
に示すように、ターゲット１０の外周側にターゲット１
０とバッキングプレート１４を支持するように配される
昇降手段２１と、冷却手段３１と、電流供給手段４１が
配され、いずれも昇降動に対応することができるように
なされている。

【００３８】まず、昇降手段２１は、マグネット１１の
磁極１２ａ，１３ａがターゲット１０の表面１０ａより
も高くなる位置に設定できるもので、図２に示すよう
に、本実施の形態においては４つ設けられている。

【００３９】この昇降手段２１は、図３に示すように、
絶縁継手２２を介して支持する支持棒２３と、この支持
棒２３を受ける軸受け２４と、駆動手段２５とから構成
されている。この昇降手段２１は、支持棒２３の外周に
ネジが形成されるとともに、軸受け２４の内周にネジが
形成されている。したがって、駆動手段２５からの駆動
力を得て支持棒２３と軸受け２４とを調整することによ
り、ターゲット１０とバッキングプレート１４の高低を
変えるようになされている。

【００４０】さらに、上記支持棒２３には、その外周を
締め付けるクランプ部材２６が設けられており、このク
ランプ部材２６は、ネジ部材２７を介してカソードケー
ス１５に固定されている。

【００４１】次に、冷却手段３１は、ターゲット１０や
バッキングプレート１４等をプラズマ熱から保護するた
めに設けられるもので、本実施の形態においては、図２
に示すように、２つの冷却部材３２，３２とＵ字状の管
路３２Ａとから構成されている。そして、バッキングプ
レート１４の内部に配されるＵ字状の管路３２Ａに沿っ
て、水等の冷媒が図２中矢印方向に流されるようになさ
れている。

【００４２】冷却部材３２は、図３に示すように、水等
の冷媒が流されるように内部が空洞とされている部材で
あり、バッキングプレート１４の下面をＯリング３３と
固定部材３４を介して支持する構成とされ、また、クラ
ンプ部材３６を介して、マグネット１１とカソードケー
ス１５を貫通して設けられている。

【００４３】そして、冷却手段３１は、その上部側に、
上記昇降手段２１が昇降しても、この昇降に対応し得る
構成の管継手３５が設けられている。

【００４４】次に、電流供給手段４１は、バッキングプ
レート１４において、電源に接続されカソード電極とし
ての機能を有するようにするためのもので、本実施の形
態においては、図２に示すように、上記冷却部材３２と
３２との間に１つ設けられている。

【００４５】この電流供給手段４１は、昇降手段２１、
冷却手段３１と同じように棒状のもので、電極先端がバ
ッキングプレート１４に接続され、図４に示すように、
電極４２のまわりに電極カバー４３が形成され、そし
て、電源に接続されている。なお、具体的に図示しない
が、この供給手段４１も、冷却手段３１と同じように、
昇降手段２１が昇降してもこの昇降に対応し得る構成と
なされている。

【００４６】そして、ターゲット１０とバッキングプレ
ート１４は、このような昇降構造に合わせて形成されて
いる。すなわち、ターゲット１０とバッキングプレート
１４には、その中央にマグネット１１の磁極１２ａ，１
３ａを貫通させる穴３９が形成されている。

【００４７】このように、ターゲット１０は、マグネッ
ト１１の磁極１２ａ，１３ａを貫通させる穴１０ａが形
成されたほぼドーナツ状を呈してなる（図２参照）。し
たがって、ターゲット１０を昇降手段２１により昇降さ
せることにより、マグネット１１の磁極１２ａ，１３ａ
がターゲット１０の表面１０ａ上に位置するようにな
る。

【００４８】バッキングプレート１４は、電源に接続さ
れるとともに、その上に低融点の金属でターゲット１０
を接着してある。このバッキングプレート１４は、熱伝
導性に優れた銅で形成されているが、熱伝導性に優れた
材質であれば、これには限定されるものではない。

【００４９】そして、バッキングプレート１４は、上記
マグネット１１のセンターポール１２とマグネットリン
グ１３との間に位置するターゲット１０の形状に対応し
た形状となされた、ほぼドーナツ状を呈してなる。した
がって、ターゲット１０とバッキングプレート１４を昇
降手段２１により昇降させて、マグネット１１の磁極１
２ａ，１３ａがターゲット１０の表面１０ａ上に位置す
るようになされている。

【００５０】このような構成のスパッタリング装置によ
れば、４つの昇降手段２１を作動させることにより、タ
ーゲット１０の高低を変えることができる。そして、本
実施の形態の昇降構造によれば、マグネット１１の各磁
極１２ａ，１３ａがターゲット１０の表面１０ａよりも
高くしたり等自由な位置に設定できる。

【００５１】ここで、昇降手段２１としては、また、昇
降手段２１としては、本実施の形態のように、ターゲッ
ト１０の高低を変えるものではなく、マグネット１１に
上記のような昇降手段２１等を設けることにより、マグ
ネット１１の磁極１２ａ，１３ａがターゲット１０の表
面１０ａよりも高くなる位置に設定できるようにしても
良い。

【００５２】さらに、本実施の形態は、図４に示すよう
に、マグネット１１の中央のセンターポール１２の磁極
１２ａにも、流路３６が形成され、水等の冷媒が流され
る配管３７ａ，３７ｂが設けられている。ここにおける
配管３７ａ，３７ｂは、管継手３８，３８を介して着脱
自在に設けられている。

【００５３】したがって、ターゲット１０ａやバッキン
グプレート１４等の温度上昇に対して、上記配管３７
ａ，３７ｂから冷媒を流すことにより（図４中、ＩＮか
らＯＵＴへ）、これらターゲット１０ａ等を冷却するこ
とができる。

【００５４】本実施の形態のスパッタリング装置は、上
記構成からなるものであるから、このスパッタリング装
置を使用して、ベースフィルム２に対してスパッタリン
グを行う場合には、電離（プラズマ）されたアルゴンイ
オンを加速することにより、その運動エネルギーにより
ターゲット１０の原子をはじき出して、そのはじき出さ
れた原子がベースフィルム２に堆積され、目的とする薄
膜を形成することができる。ここで、ベースフィルム２
が熱に対して弱い場合には冷却キャン５によって冷却さ
れる。

【００５５】そして、上記構成のスパッタリング装置に
おいては、駆動手段２５により昇降手段２１を昇降させ
ると、これに対応して冷却手段３１も電流供給手段４１
も昇降して、パッタリング中にターゲット１０の高さを
変えるようにする。そして、スパッタリング中にターゲ
ット１０の消耗に合わせて、マグネット１１の磁極１２
ａ，１３ａがターゲット１０の表面１０ａよりも高く位
置するように設定することにより、常に、ターゲット１
０の表面１０ａに理想的な平行磁場を発生させることが
できる。

【００５６】ここで、この平行磁場の状態を図５を用い
て説明すると、従来の装置では（図５（Ａ））、マグネ
ット１０６から発生する磁界がターゲット１０３の表面
１０ａでトンネル状に湾曲して発生していた。このため
に、この湾曲した状態でプラズマが閉じこめられ、プラ
ズマ密度の高い部分のみが集中的にスパッタリングされ
ていた。この原因の一つとしては、従来装置では、マグ
ネット１０６がバッキングプレート１０２下に配されて
いたことが挙げられる。

【００５７】これに対して、本実施の形態では（図５
（Ｂ））、マグネット１１の磁極１２ａ，１３ａがター
ゲット１０の表面１０ａよりも高くなるような位置に設
けられているために、ターゲット１０の表面１０ａの広
い範囲に理想的な平行磁場を発生させるようになる。

【００５８】ここで、本実施の形態と従来装置のターゲ
ット表面１０ａの磁場ベクトルを測定したものが図６で
ある。すなわち、この図６は、ターゲット１０の表面１
０ａに発生した磁場が、このターゲット１０の表面１０
ａに対応した平行状態から何度傾いているかの、いわゆ
るベクトル余弦（ＣＯＳθ）の分布を調べたものであ
る。

【００５９】この図６から明らかなように、本実施の形
態の方が従来の装置よりも、はるかにターゲット１０の
表面１０ａに平行磁場を発生させていることがわかる。

【００６０】したがって、本実施の形態では、スパッタ
リング中にターゲット１０の消耗に合わせて、昇降手段
２１によりマグネット１１の磁極１２ａ，１３ａを、タ
ーゲット１０の表面１０ａよりも若干高くなるように操
作させれば、従来装置のようにプラズマが閉じこめられ
るようなことがなくなり、スパッタリングレートを増加
させるとともに、ターゲット使用効率が上げられる。

【００６１】また、上記構成のスパッタリング装置を使
用して、薄膜の成膜レートを測定したところ、従来装置
に比べ成膜レートが上がっていた。さらに、ターゲット
１０の膜厚分布にも良い結果が得られた。

【００６２】以上、本実施の形態では、いわゆる角型の
マグネットを用いたものにより本発明を説明したが、本
発明は、円形のマグネットを用いてこれを偏心して回転
させ、ターゲット表面に磁界を発生させるものにも適用
できるものであることは勿論である。

【００６３】

【発明の効果】本発明のスパッタリング装置は、マグネ
ットの磁極がターゲットの表面近傍に位置するように設
けられているため、ターゲットの表面にスパッタリング
に最適な平行磁場を発生させる。

【００６４】したがって、ターゲットの表面全体のプラ
ズマ密度が高くなり、スパッタリングレートを増加させ
るとともに、ターゲット使用効率が上げられる。

【００６５】また、ターゲットの表面にスパッタリング
に最適な平行磁場を発生させることにより、支持体上に
均一な膜厚分布が得られるとともに、ターゲットに付着
したデポジション膜が絶縁膜の場合のアーキングが減少
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のスパッタリング装
置の構成を模式的に示す図である。

【図２】ターゲットとカソードケースの平面図である。

【図３】上記図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】上記図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】マグネットの磁束を比較して示す模式図であ
り、（Ａ）が従来装置の場合で、（Ｂ）が上記スパッタ
リング装置の場合である。

【図６】本実施の形態と従来装置の場合におけるターゲ
ット表面の磁場ベクトル余弦（ＣＯＳθ）の分布の違い
を示す図である。

【図７】従来のスパッタリング装置の概略構成を示す模
式図である。

【図８】従来のスパッタリング装置のカソードの構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

８ カソード １０ ターゲット １１ マグネット １２ センターポール １２ａ 磁極 １３ マグネットリング １３ａ 磁極 １４ バッキングプレート ２１ 昇降手段 ３１ 冷却手段 ３９ 貫通穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットと、このターゲット表面に磁
   界を発生させるマグネットとを備え、支持体に対してス
   パッタリングを行うスパッタリング装置において、 マグネットの磁極がターゲットの表面近傍に位置するよ
   うに設けられていることを特徴とするスパッタリング装
   置。
2. 【請求項２】 ターゲットに高低を変える昇降手段が設
   けられていることを特徴とする請求項１記載のスパッタ
   リング装置。
3. 【請求項３】 マグネットが磁極が異なるセンターポー
   ルとこのセンターポールの周囲を取り囲む環状のマグネ
   ットリングとから構成され、 このターゲットにマグネットの磁極に対応して貫通孔が
   形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッ
   タリング装置。