JPH1053865A

JPH1053865A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH1053865A
Application number: JP20991096A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Yamauchi; 裕巳山内
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】スパッタ汚染膜の剥離による短絡トラブルを
防止してエラーの少ない磁気ディスクを効率良く生産す
る。【解決手段】ターゲットクランプのエッジ部を曲面と
する。ターゲットクランプ、チムニー３、アースシール
ド４の構成材料の線膨張係数をターゲット材の線膨張係
数±５×１０^-6Ｋ^-1（７００Ｋ）以内とする。ターゲッ
トクランプ、チムニー３、アースシールド４及び真空室
の表面に凹凸を形成する。【効果】スパッタ汚染膜が剥れ難くなり、スパッタ汚
染膜剥離による短絡トラブル、製品エラーは防止され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
に係り、特に、スパッタ短絡トラブルや製品欠陥を防止
して、高品質の磁気記録媒体を高い生産性にて製造する
ことができるスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は、図１（真空室の
断面図）、図２（チムニー及びアースシールドの斜視
図）及び図３（バッキングプレート上のターゲット材を
示す斜視図）に示す如く、バッキングプレート１と、こ
のバッキングプレート１の上面に配置されたターゲット
材２と、ターゲット材２の近傍に配置された、ターゲッ
トの拡散を抑止するためのチムニー３及びアースシール
ド４と、これらを収容する真空室５から主として構成さ
れ、ターゲット材２とターゲット材２の上方の基板６と
の間に適宜の手段で電圧を印加して基板６の表面に薄膜
を形成する装置である。即ち、真空室５内を低圧のＡｒ
雰囲気とし、ターゲット材２と基板６との間に電圧を印
加すると、ターゲット材２の表面から電子が飛び出し、
これにより雰囲気中のＡｒガスがイオン化されてターゲ
ット材２に衝突し、その結果、ターゲット物質がスパッ
タリングされて基板６の表面に薄膜が形成される。従っ
て、スパッタリング装置は、例えば、基板上に下地層、
磁性層及び保護層の薄膜を順次形成する磁気ディスクの
製造に使用される。

【０００３】図示したスパッタリング装置は、バッキン
グプレート１の下部にマグネトロンカソードを配置して
なるマグネトロンスパッタリング装置である。マグネト
ロンカソードは、内側磁極７と、これを取り囲んで配置
された外側磁極８とからなり、これらの両磁極７，８に
て生成される漏洩磁場により、電子の捕捉効率が向上し
てＡｒのイオン化が促進される。このため、内側磁極７
から外側磁極８の近傍の両極上に位置するように配置さ
れたターゲット材２のスパッタリング効率が高められ
る。このように、マグネトロンスパッタリング装置は、
スパッタリング効率が高いことから、磁気ディスクの製
造に好適に使用される。なお、９は内側磁極７と外側磁
極８の底部を結合する磁気ヨークであり、通常、軟鋼な
どの軟磁性体で構成される。

【０００４】前記バッキングプレート１は、通常、銅に
て構成され、例えば、内部に冷却水を通す等の手段によ
って冷却されている。このバッキングプレート１にター
ゲット材２を固定する手段として、クランプ方式が採用
される場合がある。

【０００５】このクランプ方式とは、図７に示す如く、
クランプ１１，１２，１３，１４及び１５を用いてビス
１０でターゲット材２の４側辺縁部及び中央部分をバッ
キングプレートに固定するものである。このクランプ１
１〜１５のうち、クランプ１５，クランプ１３及びクラ
ンプ１１の断面形状は各々図８（ａ），（ｂ），（ｃ）
に示す通りである。図８（ａ）〜（ｃ）において、１０
Ａはビス穴である。

【０００６】磁気ディスクの製造において、このクラン
プ方式は割れ難い金属ターゲット、例えばＣｒターゲッ
ト材（下地層形成用）及びＣｏ合金ターゲット材（磁性
層形成用）等に対して採用されている。

【０００７】このようなクランプは一般にステンレス等
で構成される。

【０００８】そして、何れの形式のスパッタリング装置
においても、通常、イオン衝撃を制御してターゲット材
のみがスパッタリングされるようにするために、ターゲ
ット材の近傍にチムニー３とアースシールド４が配置さ
れる。このチムニー３及びアースシールド４も、通常、
ステンレス等で構成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】スパッタリング装置で
は、チムニーとアースシールド及びターゲットクランプ
エッジ部の表面は、スパッタリング時間の経過と共に不
可避的にターゲット材から飛散したターゲット材の膜
（以下、この膜を「スパッタ汚染膜」と称する場合があ
る。）が形成される。かかる現象は、特に、マグネトロ
ンスパッタリング装置において顕著であり、同装置にお
いてＣｏ系合金又はＣよりなるターゲット材を使用した
場合は一層顕著である。

【００１０】チムニーやアースシールド及びターゲット
クランプに付着したスパッタ汚染膜は、運転中に剥離
し、剥離したスパッタ汚染膜が基板に付着することで、
磁気ディスクの欠陥（エラー）を引き起こす。

【００１１】特に、バッキングプレートには、前述の如
く、冷却手段が備えられているが、その表面温度は、加
熱室で例えば２００℃程度の高温に加熱して真空室に搬
入される基板からの輻射熱により、高温度となる。従っ
て、上記の不可避的に形成されたバッキングプレート周
辺のスパッタ汚染膜は、スパッタリング装置の停止時を
含めると激しい温度変化を受けることになる。そして、
その結果、母材との熱膨張率の差異に基づき、このスパ
ッタ汚染膜に亀裂が生じ、表面に形成されたスパッタ汚
染膜が剥離して微細粒子となり、一部がターゲット材と
共に基板に付着し、これが磁気ディスクの欠陥（エラ
ー）の原因となる。

【００１２】また、チムニーやアースシールド、ターゲ
ットクランプから剥離したスパッタ汚染膜によりスパッ
タ短絡バイアスショートトラブルが頻発し、スパッタリ
ングを停止せざるを得なくなる。このスパッタ短絡バイ
アスショートトラブルは、例えば、ターゲット材２とア
ースシールド４の先端４Ａとの間等が剥離したスパッタ
汚染膜で架橋され、電気的に短絡が生じることで発生す
る。従来のスパッタリング装置では、この短絡トラブル
によるスパッタ停止時間は、一ケ月間で３０〜４０時間
にもなっていた。

【００１３】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的はスパッタ汚染膜の剥離による短
絡トラブルを防止してエラーの少ない磁気ディスクを効
率良く生産することができるスパッタリング装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１のスパッタリン
グ装置は、バッキングプレートと、該バッキングプレー
ト上にターゲットクランプで固定されたターゲット材
と、該ターゲット材の近傍に配置されたチムニー及びア
ースシールドと、これらを収容する真空室とを備え、タ
ーゲット材と該ターゲット材に対面した基板との間に電
圧を印加して該基板表面に薄膜を形成するスパッタリン
グ装置において、該ターゲットクランプのエッジ部を曲
面としたことを特徴とする。

【００１５】ターゲットクランプのエッジ部を曲面とす
ることにより、付着したスパッタ汚染膜が剥離し難くな
り、スパッタ汚染膜の剥離による問題が軽減される。

【００１６】即ち、図８（ａ）〜（ｃ）に示すような従
来のターゲットクランプでは、例えば、図８（ａ）のタ
ーゲットクランプ１５の側面の垂直面１５Ａに付着した
剥離し易いスパッタ汚染膜Ｓが剥離することが短絡トラ
ブルや製品エラーの原因となっていた。

【００１７】これに対して、ターゲットクランプのエッ
ジ部を曲面としたものであれば、この曲面に倣うように
付着したスパッタ汚染膜は剥離し難いため、スパッタ汚
染膜の剥離による短絡トラブルや製品エラーは防止され
る。

【００１８】請求項２のスパッタリング装置は、バッキ
ングプレートと、該バッキングプレート上に配置された
ターゲット材と、該ターゲット材の近傍に配置されたチ
ムニー及びアースシールドと、これらを収容する真空室
とを備え、ターゲット材と該ターゲット材に対面した基
板との間に電圧を印加して該基板表面に薄膜を形成する
スパッタリング装置において、ターゲットクランプ、チ
ムニー及びアースシールドよりなる群から選ばれる１種
又は２種以上を構成する材料の線膨張係数が、前記ター
ゲット材の線膨張係数Ｌ（７００Ｋ）に対してＬ−５×
１０^-6〜Ｌ＋５×１０^-6Ｋ^-1（７００Ｋ）であることを
特徴とする。

【００１９】前述の如く、スパッタ汚染膜の剥離は、激
しい温度変化を受けたときの部材とスパッタ汚染膜との
熱膨張率の差により生じるため、ターゲットクランプ、
チムニー及びアースシールドの構成材料の線膨張係数と
ターゲット材の線膨張係数、即ち、スパッタ汚染膜の線
膨張係数との差を小さくすることで、このようなスパッ
タ汚染膜の剥離を防止することができる。

【００２０】なお、従来、ターゲットクランプ、チムニ
ー、アースシールドの構成材料として一般に用いられて
いるＳＵＳ３０４ステンレスの線膨張係数は１７．３×
１０^-6Ｋ^-1、Ａ５０５２の線膨張係数は２６×１０^-6Ｋ
^-1，一方、Ｃｒ合金ターゲットの線膨張係数は８．４×
１０^-6Ｋ^-1，Ｃｏ合金ターゲットの線膨張係数は９．０
〜１７．０×１０^-6Ｋ^-1（純Ｃｏで１２．４×１０^-6Ｋ
^-1）、Ｃターゲットの線膨張係数は４．８×１０^-6Ｋ^-1
であり、母材とスパッタ汚染膜との熱膨張率差が非常に
大きいため、図９（ａ），（ｂ）に示す如く、温度変化
による母材Ｍとスパッタ汚染膜Ｓとの変形差、それによ
る熱応力が大きく、このためスパッタ汚染膜Ｓが剥離し
易かった。

【００２１】請求項３のスパッタリング装置は、バッキ
ングプレートと、該バッキングプレート上に配置された
ターゲット材と、該ターゲット材の近傍に配置されたチ
ムニー及びアースシールドと、これらを収容する真空室
とを備え、ターゲット材と該ターゲット材に対面した基
板との間に電圧を印加して該基板表面に薄膜を形成する
スパッタリング装置において、ターゲットクランプ、チ
ムニー、アースシールド及び真空室内壁よりなる群から
選ばれる少なくとも１種は、その表面に凹凸が形成され
ていることを特徴とする。

【００２２】ターゲットクランプ、チムニー、アースシ
ールド及び真空室内壁の表面を凹凸表面とすることによ
り、これらの部材に付着したスパッタ汚染膜の熱応力が
分散ないし分断され、スパッタ汚染膜の剥離が防止され
る。

【００２３】このような本発明のスパッタリング装置
は、磁気記録媒体製造用スパッタリング装置として極め
て有効である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２５】本発明のスパッタリング装置の基本的な構
成は、図１〜３に示す従来公知のスパッタリング装置と
同様である。

【００２６】請求項１のスパッタリング装置では、この
ようなスパッタリング装置において、図４（ターゲット
材及びターゲットクランプの平面図）及び図５（ａ）
（図４のＡ−Ａ線に沿う断面の拡大図）、（ｂ）（図４
のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図）、（ｃ）（図４のＣ−
Ｃ線に沿う断面の拡大図）に示す如く、ターゲット材２
をバッキングプレートに固定するためのターゲットクラ
ンプ２１，２２，２３，２４，２５のエッジ部を曲面加
工する（図５（ａ）〜（ｃ）の２５Ａ，２５Ｂ，２３
Ａ，２１Ａ）。なお、図５において、２０Ａはネジ穴で
ある。

【００２７】図５（ａ）に示す如く、この曲面部分に付
着したスパッタ汚染膜Ｓは、図８（ａ）の従来のターゲ
ットクランプ１５の垂直面１５Ａに付着したスパッタ汚
染膜Ｓよりも剥離し難く、スパッタ汚染膜Ｓの剥離によ
る問題は軽減される。

【００２８】このターゲットクランプのエッジ部の曲面
の湾曲の程度は特に制限はないが、例えば、ターゲット
クランプのターゲット材押え部の厚さ（図５（ａ）にお
けるＴ）を半径とする曲面とすることができる。

【００２９】請求項２のスパッタリング装置では、スパ
ッタリング装置の部材とスパッタ汚染膜との熱膨張差を
小さなものとしてスパッタ汚染膜の剥離を防止するため
に、ターゲットクランプ、アースシールド、チムニーの
構成材料として、ターゲット材の線膨張係数Ｌ±５×１
０^-6Ｋ^-1（７００Ｋ）、好ましくはＬ±４．５×１０^-6
Ｋ^-1（７００Ｋ）の線膨張係数のものを用いる。この線
膨張係数差が５×１０^-6Ｋ^-1（７００Ｋ）を超えると、
スパッタリング装置の部材とスパッタ汚染膜との熱膨張
差によるスパッタ汚染膜の剥離を十分に防止し得ない。

【００３０】このような線膨張係数差を満足する材料と
しては、例えば次のようなものが挙げられる。

【００３１】ターゲット材がＣｒ又はＣｏ合金ターゲッ
トの場合：Ｃｒターゲットの線膨張係数は８．４×１０
^-6Ｋ^-1，Ｃｏ合金ターゲットの線膨張係数は９．０〜１
７．０×１０^-6Ｋ^-1（純Ｃｏで１２．４×１０^-6Ｋ^-1）
であるので、線膨張係数９．４×１０^-6Ｋ^-1のチタン又
はチタン系合金が好適である。

【００３２】ターゲット材がＣターゲットの場合：Ｃタ
ーゲットの線膨張係数は４．８×１０^-6Ｋ^-1であるの
で、線膨張係数０．５２×１０^-6Ｋ^-1のＳｉＯ₂セラメ
ッキ（ＡｌにＳｉＯ₂メッキを施したもの）が好適であ
る。

【００３３】請求項３のスパッタリング装置は、ターゲ
ットクランプ、チムニー、アースシールド及び真空室内
壁のうち、少なくとも１つの表面を凹凸表面としたもの
である。

【００３４】この凹凸表面はパンチング加工で形成する
のが好ましく、例えば、図６に示す如く、直径Ｒ＝０．
５〜５．０ｍｍ，深さ０．１〜１．０ｍｍの凹穴（又は
凸部）３０を縦横のピッチＰ（隣接する凹穴の中心の距
離）１．０〜１０ｍｍで形成したものが好適である。ま
た、真空室内壁については、凹凸を有する部材を取りつ
けて構成することもできる。

【００３５】このように、部材の表面を凹凸加工するこ
とにより、スパッタ汚染膜の付着強度が向上し、付着膜
の応力が分散することで剥離し難くなる。

【００３６】なお、本発明のスパッタリング装置を用い
て基板上に、下地層、磁性層及び保護層を順次成膜して
磁気記録媒体を製造する場合、磁気記録媒体の基板とし
ては、一般に、アルミニウム合金からなるディスク状基
板が用いられ、通常、該アルミニウム合金基板を所定の
厚さに加工した後、その表面を鏡面加工してから非磁性
金属、例えばＮｉ−Ｐ合金、又はＮｉ−Ｃｕ−Ｐ合金等
の下地層を無電解メッキ処理等により約５〜２０μｍの
膜厚に形成する。次いで、上記基板の下地層上にテキス
チャ加工処理を施し、該基板表面に微細な溝又は凹凸を
形成する。このテキスチャ加工により磁気ヘッドと基板
との吸着が防止でき、且つＣＳＳ特性が改善され、更に
磁気異方性が良好となる。

【００３７】このような処理を施した基板上に、下地層
（第２次下地層）及び磁性層を順次スパッタ法により形
成し、更に保護層を形成する。

【００３８】下地層としては、一般にＣｒ下地層が形成
され、その膜厚は通常５０〜２０００Åの範囲である。
従って、下地層形成用ターゲットとしては、通常Ｃｒタ
ーゲットが用いられる。

【００３９】磁性層としては、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎ
ｉ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｘ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｘ、Ｃｏ−Ｗ−Ｘ
（ここでＸとしてはＬｉ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ａｓ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，
Ａｇ，Ｓｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐ
ｔ，Ａｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ及びＥ
ｕよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素が挙
げられる。）等で表わされるＣｏ系合金の磁性金属薄膜
層が好適であり、その膜厚は通常２００〜２５００Åの
範囲である。従って、磁性層形成用ターゲットとしては
通常Ｃｏ系合金ターゲットが用いられる。

【００４０】下地層及び磁性層を形成した後は、保護層
として好ましくは炭素質膜が形成される。炭素質膜は、
一般に、Ａｒ、Ｈｅ等の希ガス雰囲気中でダイヤモンド
状、グラファイト状又はアモルファス状のカーボンをタ
ーゲットとするスパッタ法により磁性層上に被着形成さ
れる。また、スパッタ雰囲気中に水素、窒素、空気等を
混入することにより水素化カーボン膜、窒素化カーボン
膜を形成しても良い。このようにして形成される保護層
の膜厚は、通常１００〜１０００Åの範囲とされる。

【００４１】保護層形成後は、常法に従ってテープクリ
ーニングを行い、このテープクリーニング工程終了後
は、通常の場合、保護層の表面に潤滑剤層を設けて製品
とされる。この場合、潤滑剤としては、例えば、フッ素
系液体潤滑剤が使用され、潤滑剤層は、通常、ディップ
コート法、スピンコート法、スプレーコート法等により
保護層上に約１５〜５０Åの厚さに形成される。

【００４２】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

【００４３】実施例１図１〜３に示すスパッタリング装置において、次のよう
な変更を行った。

【００４４】ターゲットクランプ：図７，８に示す如
く、エッジ部が角ばった従来のＳＵＳ３０４製のターゲ
ットクランプを、図４，５に示す如く、エッジ部を曲面
（曲面の半径は、クランプのターゲット材の押え部の厚
さＴと同じ２ｍｍ）とし、材質はＳＵＳ３０４とし、表
面はブラスト処理の凹凸表面とした。

【００４５】チムニー及びアースシールド：従来、ＳＵ
Ｓ３０４製の表面平滑な板材で構成されていたものを、
Ｃｒターゲット材及びＣｏ合金ターゲット材によるスパ
ッタ室ではチタン製とし、Ｃターゲット材によるスパッ
タ室ではＳｉＯ₂セラメッキ製とした。いずれのスパッ
タ室でも、チムニー及びアースシールドは、パンチング
加工により図６に示す凹凸表面（図６において、凹穴の
直径Ｒは１．５ｍｍ，深さは０．２ｍｍ，ピッチＰは２
ｍｍ）とし、真空室内壁にはアルミニウム板に同様の凹
凸を設けた部材をとりつけた。

【００４６】このスパッタリング装置を用いて、基板上
にＣｒ下地層、Ｃｏ合金磁性層及びＣ保護層を形成して
磁気記録媒体を製造したところ、従来において、短絡ト
ラブルによるスパッタ停止時間が３０〜４０時間／月で
あったのに対し、１ケ月間全くスパッタを停止すること
なく運転することができた。

【００４７】また、同様に製品の歩留りは１５％向上し
た。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のスパッタリ
ング装置によれば、スパッタ汚染膜の剥離によるスパッ
タ短絡トラブルや製品欠陥を防止することができる。従
って、本発明のスパッタリング装置によれば、高品質の
磁気記録媒体を高い生産性にて製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタリング装置の真空室の断面図である。

【図２】スパッタリング装置のチムニー及びアースシー
ルドの斜視図である。

【図３】スパッタリング装置のバッキングプレート上の
ターゲット材を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施例を示すターゲット材及びターゲ
ットクランプの平面図である。

【図５】図５（ａ）は図４のＡ−Ａ線に沿う断面の拡大
図、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図、
図５（ｃ）は図４のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図であ
る。

【図６】本発明の実施例を示すパンチング加工表面の正
面図である。

【図７】従来例を示すターゲット材及びターゲットクラ
ンプの平面図である。

【図８】図８（ａ）は図７のＡ−Ａ線に沿う断面の拡大
図、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図、
図８（ｃ）は図７のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図であ
る。

【図９】熱膨張率の差による母材とスパッタ汚染膜との
変形差を示す断面図である。

【符号の説明】

１バッキングプレート２ターゲット材３チムニー４アースシールド５真空室６基板７内側磁極８外側磁極９磁気ヨーク２１，２２，２３，２４，２５ターゲットクランプ３０凹穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッキングプレートと、該バッキングプ
レート上にターゲットクランプで固定されたターゲット
材と、該ターゲット材の近傍に配置されたチムニー及び
アースシールドと、これらを収容する真空室とを備え、
ターゲット材と該ターゲット材に対面した基板との間に
電圧を印加して該基板表面に薄膜を形成するスパッタリ
ング装置において、該ターゲットクランプのエッジ部を曲面としたことを特
徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】バッキングプレートと、該バッキングプ
レート上に配置されたターゲット材と、該ターゲット材
の近傍に配置されたチムニー及びアースシールドと、こ
れらを収容する真空室とを備え、ターゲット材と該ター
ゲット材に対面した基板との間に電圧を印加して該基板
表面に薄膜を形成するスパッタリング装置において、ターゲットクランプ、チムニー及びアースシールドより
なる群から選ばれる１種又は２種以上を構成する材料の
線膨張係数が、前記ターゲット材の線膨張係数Ｌ（７０
０Ｋ）に対してＬ−５×１０^-6〜Ｌ＋５×１０^-6Ｋ
^-1（７００Ｋ）であることを特徴とするスパッタリング
装置。
【請求項３】バッキングプレートと、該バッキングプ
レート上に配置されたターゲット材と、該ターゲット材
の近傍に配置されたチムニー及びアースシールドと、こ
れらを収容する真空室とを備え、ターゲット材と該ター
ゲット材に対面した基板との間に電圧を印加して該基板
表面に薄膜を形成するスパッタリング装置において、ターゲットクランプ、チムニー、アースシールド及び真
空室内壁よりなる群から選ばれる少なくとも１種は、そ
の表面に凹凸が形成されていることを特徴とするスパッ
タリング装置。
【請求項４】磁気記録媒体を製造するためのスパッタ
リング装置であることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１項に記載のスパッタリング装置。