JPS63206469A - スパツタ方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパッタ方法および装置に係り、より詳しくは
、基板ホルダー上に装着した複数の基板を公転と同時に
自転させることによって、基板全面に均一なスパッタ膜
を形成するスパッタ方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、磁気ディスクに用いられる酸化物磁性薄膜の製造
方法として、１つには鉄又は鉄合金ターゲットを使用し
、アルゴン−酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタ
リング等により鉄を主成分とする非磁性へマタイト（α
−ＦｅｚＯｚ）膜を形成した後、還元、酸化等の工程を
経て強磁性酸化物（Ｆｅ、０．→γ−Ｆｅｚｅｓ）を得
る方法があり、−最に「間接形成法」と称されている（
特開昭５３−３９’／７号および同５５−１１３３１６
号公報）。間接形成法は媒体の磁気特性も良好であり、
再現性も良いがスパタの成膜速度が小さく、水素還元工
程等、作製工程数が多いため、生産性に難点があると考
えられる。

一方、鉄又は鉄合金ターゲットを使用し、アルゴン−酸
素の混合ガススパッタリング雰囲気及びスパッタ電圧等
を制御した反応スパッタリングによって、基板上に直接
強磁性酸化物マグネタイト（Ｆｅ＋０４）を形成した後
、大気酸化処理等の工程を経てマグヘマイト（γ−Ｆｅ
２０：＋）を得る方法があり、「直接形成法」と称され
ている（特開昭５２−４５８９８号公報）。直接形成法
は成膜速度も比較的高く、水素還元工程を省略できるた
め、生産性の向上が期待でき、量産時の製造方法として
は最も有効と考えられる。この直接形成法による酸化鉄
薄膜を生成する反応スパッタ現象は次のようなメカニズ
ムによるものである。即ち、鉄又は鉄合金ターゲットか
らスパッタされた金属原子は基板表面に沈着すると共に
雰囲気中の酸素原子と会合結合する。

その基板表面が基板の回転移動等によりプラズマ雰囲気
からはずれている間に沈着膜の酸化反応の促進及び結晶
化配列が規定される。そして、基板が一回転して基板表
面が再びプラズマ雰囲気中にさらされ、金属原子が沈着
する過程を繰り返す。

こうして、基板上にＦｅｚｅｓが形成される。

従来、このような方法で作成される磁気記録媒体は、デ
ィスク基板寸法２００ｆｌφ以上の大口径ディスクに限
られている。このような磁気記録媒体は、ディスク基板
の中心を軸として基板を自転させ、また膜厚修正板を使
用するなどの工夫をしてスパッタ条件の最適化をはかり
、それによって膜厚分布及び磁気特性等の膜質の均一化
、特にディスク円周方向に関する均一化を達成し、実用
化されてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような大口径ディスクを製造する方法では、ター
ゲットに対して一枚の基板が装着され、一枚毎に成膜さ
れる。しかし、この方式をそのまま小口径ディスク（３
，５インチφ、３．９インチφ、５．２５インチφ）等
に転用することは、生産機としての量産効率が悪く、コ
スト面を考慮すると実用性は乏しい。

そこで、小口径ディスクを製造する際に、第５図を参照
すると、基板自体を回転させる代りに、大口径の円形基
板ホルダー１の同一円周上に小口径基板２を複数個装着
し、基板ホルダー１を回転させて成膜する方式が提案さ
れているのは周知の事実である。第５図中、３は基板を
保持するための治具である。かかる方式によっても、先
に述べたメカニズムに基づく反応スパッタ現象は実現さ
れ、小口径ディスク基板２上にＦｅ、Ｏ，膜が形成され
る。

大口径のディスクに成膜する方式では、ディスク基板中
心を軸として自転するので、スパッタ条件等の最適化を
図ることによって、ディスク円周方向に関する膜質を均
一にすることは可能であったし、また記録再生特性では
同一トラック内の膜質の均一性が保たれれば半径方向に
関する膜質の若干の不均一性は実用上問題とならなかっ
たので、前記のスパッタ方式により実用的な磁気記録媒
体が得られていた。しかしながら、複数の小口径基板を
大型円形ホルダーに装着して成膜する場合には、成膜時
のホルダーの自転は基板自体に対しては公転であるので
、基板の円周方向に関する膜質の均一性の実現は極めて
難かしいという問題がある。

一般に、ターゲットとよばれるカソード上の空間で発生
するＡ、イオン粒子は近傍の電界及び磁界の局所的な差
異の影響を受けて存在するため、ターゲツト面上へ均一
な確率で衝突することはなく、従ってターゲットからス
パッタされた金属原子が基板に到達する確率も場所によ
り異なる。さらに、スパッタ雰囲気中に酸素などの反応
性ガスを導入する反応性スパッタにおいてはターゲット
表面の部分的酸化など、選択スパッタ現象が現出する可
能性が高く、この選択スパッタ現象によっても基板表面
の膜質が不均一化される。この傾向は特にマグネトロン
カソード方式を採用したスパッタの場合に顕著であるが
、普通のカソード方式のスパッタでも完全には是正され
ない。即ち、基板がターゲット表面やプラズマ雰囲気を
通過する際に沈着する鉄の状態により、後の酸化反応も
規定されるので、Ｆｅ１０４膜の膜質はターゲット表面
を通過する際の基板の各部分の軌跡によって異ってくる
。

従って、小口径基板を基板ホルダーに装着し、基板の公
転のみによって成膜した場合、ディスクは円周方向の膜
質が不均一となり、記録再生測定における出力波形（Ｔ
ＡＡ（Ｔｒａｃｋ　Ａｖｅｒａｇｅ　Ａｍｐｒｉｔｕｄ
ｅ）エンベロープ）にモジュレーションが現出する。

以上は、磁気ディスク用の酸化物磁性薄膜の製造に関し
て説明したが、基板ホルダーに複数の基板を装着して基
板ホルダーを回転させながらスパッタする場合に、基板
の円周方向の膜質の均一化が困難であるという事情は、
その他一般のスパッタ方法および装置においても共通で
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、前述の如き問題点を解決し、と
りわけ、磁気記録媒体として良好な緒特性を具備した小
口径（３，５インチφ、３．９インチφ、５．２５イン
チφ）の磁気ディスクを量産効率良く製造する方法およ
び装置について研究を重ねた結果、複数の基板を装着し
た基板ホルダーを自転させて基板に公転運動を与えると
ともに、装着された基板にも自転運動を与えながらスパ
ッタを行い成膜する方法および装置が実用上有効である
ことを見い出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、基板ホルダーに複数個の基板を装
着し、基板ホルダーを回転させて基板に公転運動を与え
るとともに、基板ホルダーに関して基板を自転させなが
ら、基板上にスパッタ膜を　　　　゛形成することを特
徴とするスパッタ方法、ならびに、複数個の基板を装着
できる基板ホルダーを具備するスパッタ装置において、
基板ホルダーを回転させて基板ホルダーに装着された基
板に公転運動を与える機構と、基板ホルダーに装着され
た基板に基板ホルダーに関する自転運動を与える機構と
を有することを特徴とするスパッタ装置にある。

本発明の方法によれば、基板が公転とともに自転も行な
うので、基板の各部分がターゲット表面のプラズマ中を
通過する際の公転軌道が順次ずれてゆき、その結果、タ
ーゲット表面のスパッタの状態の差異による基板上の膜
質の不均一性、とくに基板の円周方向の不均一性が是正
されるものである。基板の公転および自転の速度あるい
は速度比は限定的ではなく、公転と自転が組合されるだ
けで膜質は顕著に均一化されることが確認された。

基板ホルダーを回転（自転）させると共に、基板を基板
ホルダーに関して自転させる機構は、特に限定されず、
要するに基板の公転と自転がともに実現されればよい。

しかし、本発明の好ましい態様によれば、基板ホルダー
が第１図に示す如き形態を存することによって、簡単な
手段で基板に公転と自転を与えることができる。同図を
参照すると、円板状基板ホルダー１１は鉛直に配置され
、基板ホルダー１１の中心１２を軸として回転（自転）
可能にされている。この基板ホルダー１１のディスク基
板１３を装着する部分は第１図（Ｃ）に示す如き断面構
造の円形溝１４を有する。この円形溝１４の底の直径は
基板の直径より僅かに大きい。ディスク基板１３はこの
ような断面構造の円形溝１４に落として込まれ、基板１
３の外径チャンバ一部分が溝１４の側面によって支えら
れるので、基板ホルダー１１から落下しない。装着すべ
きディスク基板１３の外径をＤとすると、基板ホルダー
１１の基板挿入口１５の直径Ｇは基板１３の外径りより
ごく僅かに大きくて基板１３を出し入れできればよい。

基板１３を保持する円形溝１４の底の直径■は基板１３
の直径りとの差によって基板１３に自転運動を与える性
質を有するが、少なくとも基板１３を溝で支持できる必
要があり、一方あまり深いと基板１３のスパッタ面が阻
害されるので好ましくない。一般的には、■＝（１，０
１〜１．０５）　Ｄの関係を満たすように、すなわち、
溝１４の底の直径１を基板の直径りより１〜５％程度大
きくする。

このような基板ホルダー１１によれば、基板ホルダー１
１を常法に従って回転（自転）させるだけで、基板１３
は基板ホルダー１１の回転によって生ずるモーメントの
作用によって基板ホルダー１１の円形溝１４上を転がり
運動し、しかも基板１３は基板ホルダー１１に支持され
て落下することはない。

例えば、直径３７０１ｍφの基板ホルダーに中心から１
３９．５　ｔｘｈφの円周上に３．５インチφのディス
ク基板の中心が来るように基板を装着し、この基板ホル
ダーを回転させた場合、３．５インチφの基板の公転（
基板ホルダー自転）および自転の速度は下記のような関
係になる。

公転数（ｒ、ｐ、ｍ、）　　　　　　自転数（ｒ、　ｐ
、ｍ、　）この公転と自転の関係は、本来、基板直径と
溝の直径との差の分だけズレる関係である。しかし、滑
りがあるためか遠心力（公転数）の差によって自転数の
比率が変化することが見られる。

表１の場合、基板の自転数は公転数に比べてかなり少な
いが、このような公自転によってもスパッタ膜が均一化
されることが後記実施例の如く実験によって確認されて
いる。

このような円形基板ホルダー１１は、第２図を参照する
と、複数個の基板を装着した後、普通、対向した左右両
面のターゲット２１　、２２の中央に垂直に配置され、
スパッタが実施される。スパックは、雰囲気ガス、例え
ば、アルゴンのプラズマ２３をターゲット２１　、２２
に衝突させ、ターゲットからたたき出された粒子を、必
要に応じて雰囲気ガスと反応させて、基板上に析出させ
ることによって行なわれる。２４は磁力線で、プラズマ
を収束させる働きをするものである。

本発明におけるスパッタの方法および装置は、基板が公
転とともに自転もする点を除けば、従来の方法および装
置と同様である。

〔作　用〕

基板の自公転機構を具備した基板ホルダーを使用するこ
とにより、基板各部におけるスパッタ粒子の付着軌道が
平均化され、結果として基板面内の膜質の均一化が実現
される。

〔実施例〕

以下実施例により本発明の特徴を詳細に説明する。

正殿％ アルミニウムディスク基板上に陽極酸化処理によりアル
マイト膜を形成し、表面研磨により表面を平滑（最大表
面粗さＲｍａｘ　Ｚ　Ｏ，０２μｍ）に仕上げた。３．
５インチφの磁気ディスク基板を第５図に示す如く大口
径円形基板ホルダーの中心から１３９．５ｍの円周上に
固定して装着した（以下公転式ホルダーと称す）。次い
で、対向型コンベンショナルカソード方式のスパッタ装
置にて、鉄を主成分としたターゲットを使用し、アルゴ
ン−酸素の混合ガスのスパッタリング雰囲気及びスパッ
タ電圧を制御した反応性スパッタリングによって、基板
上にＦｅｔＯａ膜を形成した。成膜中、基板には公転の
みが与えられた。得られたＦｅ、Ｏ，膜に大気酸化処理
を施し、γ−Ｆｅ２０．の酸化鉄磁性薄膜を形成した。

このときのスパッタ条件等の詳細な処理条件については
下記表２に示す。成膜された酸化鉄磁性薄膜の膜厚は１
３００人であった。

実施■ 比較例と同様の３．５インチφの磁気ディスク基板を、
第１図に示す如き、基板が公転と自転を同時に行なう機
構を具備したホルダーに装着した（以下自公転式ホルダ
ーと称す）。次いで、比較例と同一のスパッタ装置にて
、同様の反応性スパッタリングをによって、但し、成膜
中基板に自転と公転を同時に与えて、基板上にＦｅ、Ｏ
，膜を形成した後、比較例と同様に大気酸化処理及び保
護膜潤滑剤処理を行なった。

このときのスパッタ条件等の詳細な処理条件についても
表２に示した。又、このときに使用した自公転ホルダー
の公転数と自転数の関係は表１に示した通りである。従
って、この実施例では、３．５インチφのディスク基板
が３Ｏｒ、ｐ、ｍ、　Ｘ　１３ｍ１ｎ−３９０回スパッ
タ領域を通過し、その間に基板は０、７　ｒ、ｐ、ｍ、
　Ｘ　１３ｍ１ｎ＝　９．１回自転したことになる。

また、成膜された酸化鉄磁性薄膜の膜厚は１３００人で
あった。

以上の要領にて作製した各ディスクについて、！磁変換
特性及び静磁気特性等の緒特性を測定した。静磁気特性
は３．５インチ−ディスクの内周から外周にかけて任意
部分１６点について測定した。

その測定結果を表３に示す。

また、比較例および実施例の各ディスクについて回転数
３６００ｒｐ−で円周方向に記録電流１ｗｗ５０ｍＡの
信号を入力し、それを読出した時の出力を中心から５３
ｍｍの地点について測定したＴＴＡ（Ｔｒａｃｋ　Ａｖ
ｅｒａｇｅＡｍｐｒｉ　ｔｕｄｅ）エンベロープの例を
第２図および第３図にそれぞれ示す。

表３および第２図、第３図を見れば、本発明による自公
転ホルダーを用いることによって、膜質の均一性が顕著
に改良されていることが明白である。

〔発明の効果〕

以上詳述したことから明らかなように、本発明の方法及
び装置を使用すれば、小口径の基板にスパッタ成膜する
際に、基板面内の膜質が均一化されて複数個の基板を大
型ホルダーに装着して成膜する方式が採用可能になるこ
とから、量産効率が著しく向上し、その実用的効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　（ａ）　（Ｃ）はそれぞれ実施例の基板
ホルダーを示す正面図、部分拡大正面図および部分断面
図、第２図は本発明によりスパッタを行なう様子を表わ
す模式図、第３図および第４図は比較例および実施例の
磁気ディスクのＴＡＡエンベロープを表わす図、第５図
は従来例の基板ホルダーを示す正面図である。 ＋　１−°°基、仮ホルダー、１手・・・円形溝。 ｊ５・・・墓扱挿入口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板ホルダーに複数個の基板を装着し、基板ホルダ
   ーを回転させて基板に公転運動を与えるとともに、基板
   を基板ホルダーに関して自転させながら、基板上にスパ
   ッタ膜を形成することを特徴とするスパッタ方法。 ２、複数個の基板を装着できる基板ホルダーを具備する
   スパッタ装置において、基板ホルダーを回転させて基板
   ホルダーに装着された基板に公転運動を与える機構と、
   基板ホルダーに装着された基板に基板ホルダーに関する
   自転運動を与える機構とを有することを特徴とするスパ
   ッタ装置。 ３、前記基板ホルダーが円板形基板ホルダーからなり、
   装着すべき円形基板の直径より僅かに大きい直径の基板
   装入口と、該基板装入口と同心で該基板装入口の直径よ
   り僅かに大きい直径の円形溝と、からなる複数個の円形
   基板装着部を有し、かつ該基板ホルダーの中心を軸に回
   転可能である特許請求の範囲第２項記載のスパッタ装置
   。