【発明の詳細な説明】
基板上に組成物をスパッタするためのシステム
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、ウィンチェスター型ハードディスクドライブで用いるための磁気記
録媒体の開発に関する。特に、本発明は、最終的にウィンチェスター型ハードデ
ィスクドライブで用いるためのディスク基板上に種々の皮膜組成物を堆積させ、
評価する方法および装置に関する。
2.関連技術の説明
コンピュータ分野では、より強力なハードウェアが登場し、コンピュータと組
み合わせる記憶装置の記憶容量の増大が必要になり、そして特にウィンチェスタ
ー型ハードディスクドライブについては、記憶装置の容量は増大させながら物理
的なサイズは小さくしようとする趨勢が常にあるため、製造者はサイズは小さく
して記憶密度は増加させる新たな方法を常に追求している。このような装置の記
憶容量を増加させる上で重要な要因は、これらの装置で用いる記録媒体あるいは
「ハードディスク」の磁気記憶容量と、この記録媒体に入出力するデータ転送の
精度である。
磁気記録媒体の設計では幾つかの要因が重要である。その要因の一つは保磁力
が高いことであり、高い磁気記録密度を必要とする場合には特に重要である。一
般に、ディスクの保磁力が強くなるほどそのディスク上で得られる磁束密度は高
くなり、その結果、単位面積当たりのデータビット密度が高くなる。記録媒体の
設計で重要な
もう一つの要因は、媒体の耐食性と耐摩耗性である。ディスク媒体の腐食と摩耗
はドライブの寿命全体にわたって発生するものであり、その原因としては、媒体
に対して常に行っている読出・書込動作、読出・書込ヘッドと媒体との偶然の接
触、およびディスクが置かれているディスクドライブの制御された環境内で起き
る汚染がある。
記録媒体の製造者は、ディスク基板上に磁気記録層を形成するために種々の技
術を用いている。その技術の一つはスパッタによる堆積技術である。スパッタ堆
積技術は、従来からあるスパッタプロセスを用いて製造上の利点が得られるため
広く普及している。一般にスパッタ法は、減圧したチャンバ内でアルゴンに代表
される不活性ガスを用い、1個または複数個の基板を固定位置でターゲットに対
して回転させながら堆積を行うか(「プラネタリー」方式)、あるいはターゲッ
トに対して基板を移動させながら行う(「インライン」方式)。
基本的には、この方法は膜として堆積させるターゲット材料の表面を静電的に
加速したアルゴンイオンで叩くものである。一般に、プラズマガス中で電界を用
いてイオンを加速して、ターゲット表面に衝突させる。運動量の伝達により、エ
ロージョン領域として知られているターゲット表面の領域から原子と電子が追い
出される。ターゲットの原子が基板上に堆積し、膜を形成する。基板上に数種類
の材料層を堆積させることにより、耐摩耗性や磁気特性等の特性を最適化する。
これまでに、保磁力等の特定の特性を高めるために、あるいは媒体に生ずる波
形変調等の望ましくない効果を抑制するために、磁気記録媒体用の組成物が幾つ
か開発されている。典型的には、ディスク基板材料はガラス、ニッケル−燐メッ
キしたアルミニウムディスク、またはセラミックス材料である。先ず最初に、基
板表面にクロ
ム層を被覆する。このクロム層は一般に厚さが500Å〜2000Åである。磁
性層は、ニッケル合金、コバルト合金、または鉄合金等のいわゆる「硬質磁性材
料」から成る磁性合金であってよい。一般に、コバルト−クロム−タンタル(C
oCrTa)のスパッタ膜から成る磁性層については、厚さ300Å〜850Å
の範囲に膜を堆積させる。最後に、炭素のオーバコート層を約250Å〜350
Åの厚さに設ける。
スパッタは、膜堆積速度が高いことに加えて、プロセスのパラメータを少し調
節することによりかなりの程度まで膜の性質を調整できる。特に関心をもたれて
いるのは、特定の結晶ミクロ組織と磁気特性を持った膜を生成できるプロセスで
ある。そのため、大規模なスパッタ装置で膜堆積前の基板表面の汚染や劣化を避
けるために、スパッタ圧力、堆積温度、および減圧環境の保守の影響について多
くの研究が行われてきた。
更に、所定の皮膜特性を向上させるために皮膜組成の分野で多くの研究が行わ
れてきた。
膜特性の調整に対する多くの研究は、合金組成に他の元素を導入することによ
って結晶ミクロ組織を操作する点に着目してきた。例えば、Shiroishi,et al.
,“Readand Write Characteristics of Co-Alloy/Cr Thin Films for Longitud
inal Recording”,IEEE Trans.Magn.,Vol.MAG-24,2730-2,1988およびアメ
リカ合衆国特許第4,652,499号(発行:1987年3月24日,発明者:J.K.Howard
,譲受人:IBM)は、コバルト−クロム(CoCr)膜中に白金(Pt)、タン
タル(Ta)、およびジルコニウム(Zr)等の元素を導入して、磁気記録膜の
保磁力および耐食性を高めることを開示している。
クロム下地層(CoNiCr/Cr)上に堆積させたコバルト合
金、ニッケル合金、およびCr合金は、ウィンチェスター型ハードディスクドラ
イブで用いるディスクのような磁気記録媒体のための膜として非常の望ましい。
CoCr合金にタンタルを添加した合金(CoCrTa)も磁気記録媒体用と
して特に好ましい膜である。例えば従来、コバルト、クロム、およびタンタルそ
れぞれについて個別のターゲットを用いるか、あるいはコバルト−クロムのター
ゲットとタンタルのターゲットを用いて、プラネタリー・マグネトロン・スパッ
タプロセスにより、CoCrTa膜を生成することが知られている。しかし、以
下に説明するように、従来の堆積技術では、ウィンチェスター型ハードディスク
ドライブで用いるための十分な機能的能力を持つディスクを製造することができ
なかった。
Fisher,et al.,“Magnetic Properties and Longitudinal Recordong Perfo
rmance of Corrosion Resistant Alloy Films”,IEEE Trans.Magn.,Vol.MAG
22,No.5,352-4,Sept.1986は、CoCr合金スパッタ膜の磁気特性と耐食
性の研究について記載している。Co−16at%Cr合金中の2at%のCrをT
aで置換する(すなわちCo−14at%Cr−2at%Ta合金にする)と、飽和
磁化を増加させることなく保磁力が増加することが分かった。特に、400Åの
膜で1400Oeの保磁力が得られた。更に、3dBでSN比30dB、838
6磁束反転/cm〜1063磁束反転/cm(21300fci〜28100f
ci)の線型ビット密度が得られた。更に、CoCr膜およびCoCrTa膜の
耐食性はCoNi膜に比べて向上していた。
アメリカ合衆国特許第4,940,548号(発行:1990年8月21日、発明者:Furusaw
a,et al.、譲受人:Hitachi,Ltd.)には、Taを用いてCoCr合金(およ
びCoNi合金)の耐食性を高めることが
開示されている。CoCr合金に10at%のTaを添加した合金(クロム含有量
5〜25at%)をクロムの多層上にスパッタして、基板表面の仕上げ(textur
ing)をしなくとも変調が少なく、非常に好ましい結晶ミクロ組織と磁気異方性
とを持った磁性膜を生成した。
スパッタによる磁気媒体を高いスループットで製造できることにある程度成功
したマグネトロン・スパッタプロセスが開発された。例えば、アメリカ合衆国特
許第4,735,840号および第4,894,133号(発行:それぞれ1988年4月5日および19
90年4月16日)に記載された大容量プレーナ直流マグネトロンインラインスパッ
タ装置は、ウィンチェスター型ハードディスクドライブ技術に用いるためのディ
スク上の多層磁気記録膜を形成する。この装置は、単一のスパッタチャンバ内に
個々の層をスパッタするための幾つかの領域が連続して設けてあり、ペレットま
たはその他の鉛直方向キャリア上に基板を載せて予熱した状態でチャンバ内を最
大速度約10mm/sec(1.97ft/min)、平均速度は僅かに約3mm/secで進行さ
せる。第1のスパッタ領域では、周縁部を表面仕上げしたディスク基板上に、ク
ロム(1000Å〜5000Å)を堆積させる。次のスパッタ領域では、CoN
iのような磁性合金の層(200〜1500Å)を堆積させる。最後に、アモル
ファス炭素のような耐摩耗性・耐食性材料の保護層(200〜800Å)を堆積
させる。
高スループットの装置はスパッタによる媒体を多量に製造する上で多くの利点
がある反面、最初に堆積皮膜を実験的に生成させるには経済的な面で実用的でな
い。新しい組成物を少量実験する場合、インライン装置ではクロムや磁性材料の
各ターゲットのコストが1500ドル〜2000ドルのオーダーになる可能性が
ある。ターゲット材料が合金材料であると更にコストが高くなる。本出願人によ
る米国特許出願第07/686,886号に記載されている装置は、スパッタ
処理中に最大1MWのパワーが必要である。その上、磁性層組成の変化を試験す
るためには、従来技術のドライブで用いるために特別に磁性合金ターゲットを調
整する必要がある。そのため、未試験の合金または実験的な皮膜を用いてディス
クを製造するには、費用が問題になる。
従来、個々のディスク基板上に種々の皮膜組成物をスパッタするための装置は
存在していたが、実機試験用のドライブ装着可能なディスクを作製することが、
これまでは不可能であった。従来のプラネタリー装置の大部分で装備されている
ターゲットハンドラーは、ターゲットに対してディスクの位置は変えるが方位は
変えない。その上、従来の装置は、基板表面全体にわたって均等な組成分布が得
られるような最適化はなされていなかった。そのため、膜分布はディスク中心で
厚く、ディスク周縁部で薄くなっていた。実際にドライブで用いるのに適したデ
ィスクは、読出・書込ヘッドがディスク表面上方を滑らかに移動できるようにす
るために、ディスク表面全体にわたって厚さ分布が均一でなけらばならない。
発明の概要
そこで本発明の目的は、ディスクドライブ実機環境で新しい磁気媒体皮膜組成
物を経済的に試験するための方法および装置を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、単一スパッタ磁気記録ディスクを開発するための
方法および装置を提供することである。
本発明の更にもう一ーつの目的は、ディスクドライブで新しい皮膜組成物を試
験するための方法および装置を提供することである。
本発明の尚もう一つの目的は、ディスク表面に堆積する磁性皮膜層の組成を急
速且つ経済的に変える手段を含む上記方法および装置
を提供することである。
本発明の更にもう一つの目的は、ディスク基板上に複数種類の皮膜組成物を同
時に堆積させるための独特な方法および装置を提供することである。
本発明の上記およびその他の目的は、ディスクドライブ用の磁気ディスクを製
造するための装置の前提となっている。一般に、本発明の装置は、スパッタチャ
ンバと、第1成分を含む第1ターゲットおよび第2成分を含む第2ターゲットに
組み合わせられ、該チャンバ内で該ディスクの表面に、該ディスクの周縁全体に
わたって均一な分布で、多成分皮膜を同時にスパッタする少なくとも第1および
第2のスパッタマグネトロンとを含む。別の態様では、チャンバ内にターゲット
と対向させて基板保持用の回転チャックを配置する。
別の態様では、スパッタする元素または複数元素の組成物の一つをそれぞれ含
むターゲット4つを4つのマグネトロンアセンブリに隣接して設ける。更に、常
にターゲットと磁石とのアセンブリの各々がディスクのほぼ4分の1に対して露
出するようにターゲットと磁石アセンブリの各々を相互に隔離するようにシール
ド構造体を設ける。
別の態様では、ディスクドライブ用のディスクを製造する方法が提供される。
この方法は、シールされた環境中に少なくとも3つのスパッタマグネトロンに対
向させてディスクを配置する工程と、このディスクを加熱し回転させる工程と、
上記マグネトロンを起動することにより少なくとも3種類の皮膜をディスク上に
同時に堆積させる工程であって、どの時点においてもディスクの一部分のみがい
ずれか1つのマグネトロンに対して露出するようにする工程とを含む。
図面の簡単な説明
図1は、本発明によりディスクドライブ用の磁気記録ディスクを製造する装置
の斜視図である。
図2は、本発明による装置の背面の平面図である。
図3は、本発明によるディスクドライブを製造する装置の一部を切り取った斜
視図である。
図4は、図2の装置の線4−4に沿った断面図である。
図5は、本発明による装置の内部部材の部分分解斜視図である。
図6は、図2の装置の線6−6に沿った断面図である。
図7は、本発明の装置の部分断面図であり、本発明に従って用いることができ
るタイプの異なる2つのマグネトロンカソードアセンブリを示す。
図7Aは、本発明の装置の部分断面図であり、本発明に従って用いるための別
のマグネトロンアセンブリを示す。
図8は、本発明に用いることができるスパッタシールドの一態様の平面図であ
る。
望ましい態様の説明
本発明によれば、個々の磁気記録ディスクを製造するための独特な方法および
装置が提供される。この装置および方法にを用いることにより、ディスク上にス
パッタされる種々の新しい組成物を備えたディスクを経済的に製造できるので、
スパッタによる磁気ディスクの製造において多層皮膜構造での実験が容易になる
。この装置によれば、実際のハードディスクドライブのような実機環境条件下で
新しいディスク皮膜組成物を試験できる経済的且つ効率的な方法が可能になる。
図1に、ディスクスパッタ装置10の斜視図を示す。装置10は、
全体が円筒形ボディー12で作られているハウジングと、前面プレート16と、
背面プレート14とを備えており、これらは全てアルミニウム製である。前面プ
レート16および背面プレート14は複数のソケットヘッドビスで円筒形ハウジ
ング12に固定されている(図1には前面プレート16についてのみ示した)。
装置10の保守時に前面プレート16を取り外せるように、グリップハンドル2
0および22が設けてある。
図1および図2に示したように、ハウジングの内部にアクセスできるように、
前面プレート16にドア40が設けてある。ドア40は、ヒンジ43、ヒンジブ
ロック44およびヒンジピン45を含むヒンジアセンブリ42によって前面プレ
ート16に取り付けられている。モーター55、カプリング59、強磁性流体貫
通路53、およびモーター取り付けプレート56を含むモーターアセンブリがド
ア40に設けてあり、これにより、スパッタ装置10に装入するディスク基板2
5を保持したチャックアセンブリを回転させる。
3つのクランプ461〜463を用いてドア40を前面プレート16に固定する
。各クランプ46は、クランプスペーサアーム47をヘックスジャムナット48
によって前面プレート16に固定した構成である。スペーサアーム47に固定さ
れているトグルシュークランプ49が、ドア40を前面プレート16にクランプ
する。ドア40に設けてあるハンドル38は、ユーザがドア40をヒンジピン4
5の周りに回転させてハウジング内にアクセスするために用いる。装置に10に
設けてある3つのビューポート27、28および29によって、ユーザが装置1
0内での処理を目視でモニタできるようになっている。個々のビューポートは、
窓クランプリング26によ
さ1.5mmのガラス窓24を固定して構成してある。Oリング
(図示せず)がクランプリング26とガラス基板24との間に設けてあり、ポー
ト27、28、29のための個々のクランプリングはそれぞれソケットヘッドビ
ス27a、28a、29aによってドア40または円筒形ハウジング12に固定
してある。
本発明の記載から理解されるように、ポート28および29は円筒形ボディー
12の両側面に対称的に配置してあるので、ハウジング内のスパッタ環境により
近い位置にある。そのため、ポート28、29にはそれぞれ窓シャッターアセン
ブリ160a、bが備えてあり、漂遊スパッタ原子から窓24を保護している。
個々のスパッタアセンブリ160a、bは、シャッター161aをハンドル16
2a、bに接続しているシャフト163がカプリング164a、bによってボデ
ィー12を貫通して取り付けた構成である。容易に理解されるように、ハンドル
162a、162bを回すと、シャッター161a等の窓シャッターが回転して
、窓24a、24bに対して近づいたり離れたりする。
前面プレート16の表面に4つの1インチ貫通孔が設けてある。これらの貫通
孔は、直径1インチのプラグ90と背面フランジ91(図4)が嵌め込まれてい
て、予備チャンバ(アンチチャンバ)32内に位置しており、ワッシャー92と
ソケットヘッドビス93によって背面プレート16に固定されている。フランジ
91内のOリング94が予備チャンバ32をシールしており、外圧によってスパ
ッタ処理が影響を受けないようになっている。背面壁16と貫通前面プレート1
6とに固定されている2つの冷媒エルボウカプリング982および983が、以下
に詳述するようにハウジング内部に冷媒材料を供給する。
ドア40に設けられた電気用貫通路23によって、装置内部空間へのヒータ系
用および基板バイアス供給用(以下で説明)の配電路
になっている。
スパッタ装置10は、ソケットヘッドボルト17と六角ナット19によってパ
イプマウント15に固定されたベースフランジ13によって直径8インチのパイ
プマウント15に取り付けられている。(図3)パイプマウント15内にはマウ
ンティングフランジ11a上にフィルタースクリーン11が設けてある。パイプ
マウントのベース部分には粗引きポンプと直径8インチの低温排気ポンプとがあ
って、ディスク25のスパッタ開始にあたり予備チャンバ32とスパッタチャン
バ30とを排気する。当然、装置10を排気する前には、ドア40は閉鎖位置(
図4)に固定する必要がある。
図3から図6を参照して、スパッタ装置10の内部部材を説明する。図3は装
置10を一部切り取った斜視図である。図4は図2の線4−4に沿った断面図で
ある。図5は、スパッタアセンブリおよび装置10のその他の部材の組み立て分
解図である。図6は、図2の線6−6に沿った上面図である。
装置10の内部は、スペーサ36を通して設けたソケットヘッドキャップボル
ト33によって前面プレート16に固定された内部チャンバ壁34によって、ス
パッタチャンバ30と予備チャンバ32に分割されている。内部チャンバ壁34
には円形開口部35があって、ドア40が閉鎖位置(図1、2、4)にある時に
ディスク25をスパッタチャンバ30に対して露出できるようになっている。ス
パッタチャンバ30に隣接して、図2および図3に示すように、スパッタマグネ
トロンアセンブリ60が設けてある。マグネトロンアセンブリ60は4つのスパ
ッタマグネトロン621〜624を含む。スパッタマグネトロンアセンブリ60に
隣接して設けたシールドアセンブリ70は、実際のディスク25をスパッタチャ
ンバに隣接して配し、起動状態のアセンブリ60に対して露出した時に、個々の
スパッタマグネトロン621〜624(装置が作動した状態で)の磁束をディスク
25の表面領域の4分の1毎に隔離するためのものである。
スパッタチャンバ30内には、ソケットヘッドビス61によってマグネトロン
アセンブリ60が背面プレート14に固定されている。背面壁14にはドア40
用の開口よりも僅かに大きい開口があって、スパッタマグネトロン621〜624
をスパッタチャンバ30内に装入できるようにしてある。シールドアセンブリ7
0は、ソケットヘッドビス(図示せず)によって背面壁14に接続されたマウン
ティングフランジ71によって背面壁14に固定されている。図3〜図5に示し
たように、シールドアセンブリ70の円筒形主部72は一端がマグネトロンアセ
ンブリ60に隣接し、他端が内部チャンバ壁34に隣接して配置されている。上
記他端にある内側フランジ73が、内部壁34の開口35に対応する開口74を
規定している。円筒形ケーシング72に取り付けた交差する4つのシールド壁7
61〜764によって、スパッタマグネトロン621〜624が十字形配置となって
いる。交差するシールド壁761〜764によって円筒形ケーシング72は、分離
した4つの領域771〜774に分割されていて、領域771〜774の1つ1つが
マグネトロン621〜624の1つ1つに対応している。これにより、ディスク基
板25スパッタシールド76に隣接して配置された時に、各時点においてディス
ク基板25の4分の1が1つのマグネトロンに対して露出する。以下に説明する
ように、ディスク基板を急速回転させ、同時にマグネトロンを起動すると、実際
のディスクドライブで用いるのに適した磁気記録ディスクが製造できる。スパッ
タエネルギー、ターゲット組成、および/またはシールドを変えることにより、
単一層から成る膜において任意の元素の組成物を何種類でも得ること
ができる。
図3、4、および6に示したように、モーター55をチャックアセンブリ50
に接続し、前記のようにドア40に取り付けて、チャックアセンブリ50を選択
的に回転できるようにしてある。図4に詳細に示したように、モーター55は、
ソケットヘッドビス54によってドアに固定された強磁性流体貫通路53によっ
てドア40に接続されていて、Oリング56aが貫通路53とドア40との間を
シールしている。モーターマウント56は貫通路53に固定され、モーターカプ
リング58を収容している。カプリング58は、アルミニウム波材で作製したも
のを2つの固定ネジで固定することにより、モーター55の出力シャフト55A
と強磁性流体貫通路53の出力シャフト53aとのカプリングにフレキシビリテ
ィーを持たせて、各シャフトの軸合わせができるようにしてある。カプリング5
9はモーターマウント57をモーター55に固定している。チャックアセンブリ
50のディスクホルダー52は4つの固定ネジ(図示せず)によってインシュレ
ータポスト51に固定されている。ワッシャ52Aは、ボタンヘッド六角ネジ5
1Aと共にディスク25を所定位置に固定する。貫通路53のシャフト53aは
インシュレータポスト51に接続されていて、ポスト51はディスク25がディ
スクホルダー52内に固定されているときにディスクホルダー52に固定されて
いる。モーター55は600rpmまでのディスク回転を生起できる。
図3〜図6に示したように、スパッタマグネトロンアセンブリ60は、カソー
ドマウンティングプレート63によって背面プレート14に固定されている4つ
のスパッタマグネトロン621〜624で構成されている。マウンティングプレー
ト63はソケットヘッドビス61によって背面プレート14にネジ止めされてい
る。ウォー
タージャケット64がカソードマウンティンプレート63を取り巻いており、2
つのOリング63a、63bによってスパッタカソード621〜624内を循環す
る冷却水に対する水密シールをしている。個々のスパッタマグネトロン621〜
624は六角ビス62aによってカソードマウンティングプレート63に固定さ
れている。カソードマウンティングプレート63内のガスチャネル66はエルボ
ウフィッティング65に接続されている。エルボウ65はガス供給源に接続され
ていて、アルゴン等のスパッタガスをスパッタチャンバ30および予備チャンバ
32に供給できるようになっている。水等の液体冷媒が給水出口67によって個
々のスパッタマグネトロン621〜624に接続される。カバー68はスパッタマ
グネトロンアセンブリ60を収容しており、その切欠領域(図示せず)によって
外部のガス供給ラインおよび水供給ラインをエルボウ65および入口67のよう
な導管に接続できるようになっている。(もちろん、マグネトロン内の冷媒循環
を行うために、スパッタマグネトロン62について、エルボウ65のようなフィ
ッティングが2つ(1つは入口、1つは出口として)必要である。)。
シャッター80は、ディスク基板25をスパッタマグネトロンアセンブリ62
に対して選択的に露出できるようにするために設けてある。露出シャッター80
は、回転式強磁性流体貫通路84によって背面プレート14に固定されているシ
ャッターマウント82に接続されていて、スパッタチャンバ30と外部環境とを
隔離する。ハンドル86は強磁性流体貫通路84に接続されていて、装置の操作
員が、図3に示したように、露出シャッター80を解放露出位置および閉鎖遮蔽
位置に選択的に回転させ、ディスク25を露出または遮蔽することができるよう
になっている。
図3および図5に示したように、穴78および79がそれぞれシ
ールドアセンブリ70および内部チャンバ壁34に設けてあり、スパッタチャン
バ30および予備チャンバ32内の圧力を均一化できるようになっている。実際
、穴78、79を設けずに、スパッタガスをチャネル66から導入してシャッタ
ー80を閉鎖すると、スパッタアセンブリ70とハウジング内部の残部との間に
圧力差が生じる。そこで、シャッター80を開くとチャンバ内の圧力が変わり、
許容されない状態になる。それは、スパッタ圧力は、ディスクをスパッタプラズ
マに対して露出する前に最適化しておくべき特性要因だからである。
図3〜図6に示したように、スパッタチャンバ30および予備チャンバ32に
それぞれ別個の冷却ラインが設けてあり、これら2つのラインがシールドアセン
ブリ70と取り巻いている。背面プレート14を貫通して設けた流出カプリング
961によって、冷媒ライン951は循環冷媒供給源に接続されている。Oリング
91はカプリング961を背面プレート14から分離しており、エルボウフィッ
ティング981が背面プレート14の外側に接続されている。第2のカプリング
(図示せず)が、貫通路84に対して水平方向反対側に設けてあり、これにより
、カプリング961からシールドアセンブリ70の周りをコイル状に回って第2
のカプリング(図示せず)までの冷媒流路が構成される。第2の冷媒ライン952
が、内部チャンバ壁34内の円形開口部35を取り巻いて設けてある。第2冷
媒ライン952は、カプリング962からカプリング963まで続いており、これ
らカプリングはいずれも背面チャンバ壁16を貫通して設けてあって、それぞれ
エルボウフィッティング982および983に固定してある。
冷媒は、スパッタマグネトロン621〜4およびシールドアセンブリ70を一定
温度に保つために必要である。マグネトロン621〜4
は電源に接続されたときに熱を発生し、これがアルゴンガスを励起してプラズマ
状態にする。個々のスパッタマグネトロンのカソードに1kWのオーダーの電力
を印加してスパッタプラズマを発生させる。これにより発生した多量の熱を、装
置内循環冷媒流によって除去しなければならない。
チャックアセンブリ50上の基板25の温度を上昇させるために加熱アセンブ
リ100(図3、6、7)が設けてある。基板を加熱することは、ディスク基板
上にスパッタされる膜の品質向上に役立つ。加熱アセンブリ100は、ハウジン
グ101をクロスビーム1
このインシュレータ103を、ネジ106によってドア40に固定されたヒータ
ーマウントアセンブリ104上に設けた構成である。ハウジング101に支持さ
れた反射体105および加熱要素107が協働してディスクホルダー52の背面
に輻射熱を提供する。加熱用電源(図示せず)は一般にスパッタマグネトロン用
電源とは別個にあって、電気用貫通路23を通る配線によって加熱要素107に
接続している。この加熱アセンブリ100は基板25の温度を約300℃にまで
上昇させることができる。
図6に示したように、装置の操作員がディスク25およびディスクホルダー5
2の温度をモニターできるように、赤外線検知アセンブリ110がドア40に設
けてある。検知アセンブリ110は、窓フィッティング111をソケットヘッド
ネジ112によってドア40に固定した構成である。カルシウムフロライドガラ
ス板113を窓フィッティング111の端部に配置しキャップ114によってこ
れに固定してあり、これらを保持するために、2つのOリング(図示せず)を、
1つはキャップ114とガラス113との間に、もう1つはガラス113とフィ
ッティング111との間に入れてある。
検知器115として適当な一例は、Dexter Research Center,Inc.製のKBR窓
付Thermopile Detectorに増幅器を組み合わせてフィッティング111内に設置
したものである。この検知器115の実体は、シリコンの窓を持つフォトダイオ
ードであり、これにより基板25の温度を測定し、装置の操作員がディスクの温
度昇降勾配および所望温度を較正できるようにしたものである。ドア40にある
孔116は、ユーザが検知器115を選択的に挿入・取り出しするためのもので
ある。
図6には、シールドアセンブリ70に隣接して配置された、キャパシンタンス
マノメータ用のカプリングアセンブリ120も示した。マノメータにより、ユー
ザがスパッタチャンバ30内のガス圧力をモニターできる。MKS Instruments,I
nc.製のタイプのキャパシンタンスマノメータは、この装置用に適している。カ
プリングアセンブリは、センターリング123とそれにクランプされたOリング
124とを持つクランプフィッティング122によって、Tフィッティング12
1を装置10に固定した構成である。導管125によってアセンブリ70内のガ
ス圧力がTフィッティング121に直接かかる。その後に、キャパシンタンスマ
ノメータを装置に隣接させて配置しTフィッティングのどちらかの出口に接続さ
せることができる。このようにして、キャパシタンスマノメータにより測定され
た圧力は装置10の内部全体にわたって安定化され、それにより、ユーザがスパ
ッタ前およびスパッタ中のスパッタ圧力を正確に制御できる。
装置の操作員が被覆処理中にディスクホルダー52にバイアス電位を印加して
ディスク基板25にバイアスをかけられるように、電極アセンブリ126(図4
に示す)が設けてある。基板にバイアスをかけることは、多くの被覆用途におい
て有用であることが見出さ
れている。図4に示したように、バイアス印加アセンブリ126は、一般にセラ
ミックス等の高耐圧絶縁体で作られたポスト127と、弧状(図の紙面内の湾曲
弧)の銅電極128とを備えていて、後者が弧形であることにより、回転中のデ
ィスクホルダー52に電極がブラシ当接し、モーターアセンブリに大きな抵抗を
負荷することなくスプリング的に十分接触して、ディスク基板25にバイアス印
加できる。
図7は、図6と同じ斜視図についての部分拡大断面図であり、スパッタマグネ
トロンアセンブリ62a〜dの部材を詳細に示す。図7には、設計の異なる2つ
のカソードが示してあり、1つは磁性被覆ターゲット用、もう1つは非磁性被覆
ターゲット用である。当業者には理解できるはずであるが、各アセンブリの特定
の配置、位置および構成は、用いる材料と製造する皮膜構造に依存する。
アセンブリ621はコバルトやコバルト合金等の磁性被覆ターゲット材料また
はその複合材料の場合に用いることができる。図7のアセンブリ624は非磁性
ターゲット材料の場合に用いるのに適したカソードアセンブリの一例である。こ
れらの説明に関して、アセンブリ621とアセンブリ624は類似した部材を持っ
ているので、同様な部材は同じ参照番号を用い、それに下添字を付して区別した
。
図7に示したように、アセンブリ621および624のどちらも、アノード13
1を六角ナットネジ132によってカソード取り付けブロック63に固定してあ
る。カソードアセンブリは、カソード本体133を絶縁リング135内の六角ナ
ットビス(図示せず)によってカソード取り付けプレート63に接続した構成で
ある。カソード本体133は絶縁リング135によってカソード取り付けプレー
ト63から分離されている。絶縁リング135内にあるOリング141によって
、スパッタチャンバ30と外部環境との間を密閉シー
ルしてある。カソード本体133と絶縁体135との間にOリング139が設け
てある。アセンブリ621では、カソード本体133内にディスク状磁石1451
および1452とリング状磁石1461および1462がある。永久磁石145お
よび146は図7に示した方向の力Fを持つように磁気的に付勢されている。(
容易に理解されるように、磁気的な極性を逆にしてもマグネトロンの性能には影
響ない。)同様に、アセンブリ624では、カソード本体133内にディスク状
磁石1453とリング状磁石147がある。カソード133に設けた冷媒用フィ
ッティング140が、スパッタターゲット1381に隣接して形成された冷媒チ
ャネル144までの導管となっている。冷媒がフィッティング140からチャネ
ル144に供給されてこれらを循環し、フィッテング140と同じ別のフィッテ
ング(図示せず)から排出され、それによって、アセンブリ621〜624内を正
常な温度レベルに保ち、スパッタマグネトロンのダメージを防止する。背面磁極
片136により、磁石145、146、および147をカソード本体133内に
固定してある。カソードナット137により、ターゲット1381または1382
がカソード本体133に固定されている。
非磁性アセンブリ624はターゲット材料1382がカソードアセンブリ621
の磁性ターゲット材料よりもかなり厚い。更に、アセンブリ624にはカソード
アセンブリ611に用いる永久磁石個数の約半分が必要であるが、各アセンブリ
の永久磁化方向は同じである。当業者に理解されるはずであるが、カソードアセ
ンブリに直流バイアスをかけてスパッタを起こさせる。良く理解されている原理
によれば、このバイアスは300〜700Vの範囲内であり、アルゴンガスの圧
力内においてはターゲットからのスパッタを起こさせる。磁石145は、スパッ
タターゲット近傍のスパッタプラズマ
中の電子をより多く維持し、それによってスパッタレートを増加させる作用があ
る。それにより、加速されたアルゴンイオンによってターゲット材料が追い出さ
れ、ターゲット材料と対向して配置されたディスク基板に衝突する。図7Aに、
この装置で用いるのに適した別の態様の磁性カソードアセンブリ611aを示す。
図7に示したアセンブリと同様な部材には同様な参照番号を付した。図7aにお
いて、カソード本体133aはアセンブリ621の本体133よりも厚く、本体
の幅全体にわたって磁石145、146を収容する孔が設けてある。ターゲット
材料に隣接する領域にまでの磁束の伝導を向上させるために、磁石146に隣接
してステンレス鋼プラグ133a、133bが設けてある。プラグ133a、1
33bは、420系または430系ステンレス鋼のような透磁性ステンレス鋼で
作られていることが望ましい。2つの背面磁極片136a、136bがそれぞれ
磁石1462および1452に当接している。
図8に、シールド構造体70内に付加的なシールド150を設けた別の態様を
示す。シールド150は、発明の背景の節で述べたようなコバルト−クロム−タ
ンタル皮膜のように、ある元素が他の元素よりも遅いレートでスパッタする組成
物のスパッタを最適化するために設けてある。すなわち、シールド150を設け
たことにより、特定の組成において特定の元素の所要パーセンテージが少ない場
合、スパッタレートが遅いためにスパッタ元素と装置内の水蒸気のバックグラウ
ンドとの相互作用により酸化物が形成されない。発明の背景の節で述べたような
皮膜では、タンタルはドーズ量が少ないので、組成物中の他の元素よりも非常に
小さいレートでスパッタする。この場合、装置内に存在する水蒸気の量により、
不必要なTaO2が形成することがある。TaO2の形成を防止するために、タン
タルをより大きいレートでより小さい面積にスパッタして同じ混合比の
組成物を得ることができる。容易に理解されるように、酸化物形成防止に必要で
あれば、異種の皮膜材料を異なるレートでスパッタするようにシールド構造体を
調整することができる。
本発明のスパッタ装置10の使用を以下に説明する。
相対パーセンテージ10.5%−4%−85.5%のCo−Cr−Taの皮膜
を生成させるために、アセンブリ621にはCoのターゲット材料を、アセンブ
リ622にはCrのターゲット材料を、アセンブリ623にはTaのターゲット材
料を、そしてアセンブリ624には炭素のターゲット材料を配置する。基板をチ
ャック上に取り付けて約300rpmで回転させながら、スパッタチャンバを5
×10-7Torrの圧力にまで減圧し、アルゴンガスをチャンバ内に流入させて1.
0mTorrにする。加熱アセンブリ100を起動させて基板を約200〜250℃
の温度に加熱する。最適スパッタ環境に到達したら、200〜800Vのバイア
スをスパッタアセンブリに印加してスパッタを起こさせる。スパッタ環境が出来
上がったら、シャッター80を回転させてディスク基板をスパッタ環境に露出す
る。典型的には、この露出を約10分間継続させた後に、シャッターを「閉鎖」
位置に戻す。上記の各要因値は形成する皮膜のタイプによって変わることが理解
されるはずである。記録および読出の容量を持つ、ドライブにかけられる状態の
ディスクがこうして製造される。
上記の例はスパッタ装置および方法の一使用例に過ぎないことは勿論である。
この装置の最大の利点は、温度、圧力、パワー、ターゲット組成等、多数のパラ
メータを変化させて、スパッタ膜の組成および特性におよぼす上記変化の影響を
容易に調べられる点である。
本発明の多くの特徴および利点は当業者にとって明らかであろう。この明細書
および添付の請求の範囲の範囲内で多くの変更が考えら
れる。
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(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
G11B 5/84 B 7303−5D
5/85 C 7303−5D
H01F 41/18 9057−5E
(72)発明者 ウォード,キース エー.
アメリカ合衆国,カリフォルニア 95118,
サンホセ,ジョセフ レーン 5125