WO2010074250A1 - スパッタ装置及び磁気記憶媒体の製造方法 - Google Patents

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宏 鳥井
舸 徐
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
    • G11B5/851—Coating a support with a magnetic layer by sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
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    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
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    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3444—Associated circuits

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a method for manufacturing a magnetic storage medium, and more particularly to a sputtering apparatus and a method for manufacturing a magnetic storage medium in which a predetermined material is embedded in a concave portion of a layer (for example, a recording layer) where irregularities are formed. Is.
  • a method is used in which a distance between a target and a substrate is increased, only ionized sputtered particles are attracted by a substrate bias, and incident from a direction perpendicular to the substrate. According to this method, it is possible to improve bottom coverage.
  • the film is deposited on the top (convex) side of the pattern more than the bottom (concave) side of the pattern. In some cases, the step of the pattern is not relaxed.
  • the film is once thickly deposited, and then IBE (Ion Beam Etching) or RIE (Reactive Ion Etching). Etching was performed using an etching means such as (see Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a magnetic storage medium manufacturing method capable of forming a buried layer with higher production efficiency.
  • the present invention provides a sputtering apparatus comprising a vacuum vessel and two cathodes disposed opposite to each other in the vacuum vessel, the two cathodes being supplied with a high-frequency power supply.
  • Two cathodes capable of generating plasma in a region between them, and a phase adjustment mechanism capable of adjusting the phase of the high-frequency power output supplied to each of the two cathodes to the same phase, and between the two cathodes
  • a substrate holding mechanism for holding the substrate is arranged in a region where plasma is generated.
  • both sides can be formed more flatly using high frequency.
  • plasma is generated on both sides of a substrate by supplying high-frequency power having the same phase to cathodes disposed opposite to each other at a predetermined interval on both sides of the substrate.
  • the provided target is sputtered to form a buried layer.
  • the predetermined interval is preferably 70 mm or less.
  • the present invention can be suitably used for forming a recording magnetic layer embedding layer (a layer embedded in a recess formed in a recording magnetic layer having an unevenness such as an uneven pattern) in a magnetic recording medium.
  • a magnetic recording medium is not limited in its structure and constituent materials as long as it is a magnetic recording medium having a buried layer formed by a high frequency sputtering method.
  • FIG. 1A when using a substrate bias by bringing a substrate (pattern substrate) 1 on which a concavo-convex pattern is formed on a magnetic recording layer close to a cathode (not shown) and using a substrate bias, discharge is performed together with ionized sputtered particles 4.
  • a gas (for example, Ar) ions 2 are also drawn onto the substrate 1.
  • etching of the deposited film by gas ion sputtering occurs simultaneously.
  • part of the etched film (for example, particles) 3 scatters in the space.
  • the deposited film on the side surface or bottom side of the concavo-convex pattern for example, the lower side of the figure such as the wall surface or bottom surface of the concave portion of the concavo-convex pattern
  • a part 3 of the etched film is uneven. Redeposit on the side or bottom of the pattern.
  • gas ions for example, for etching
  • gas ions for example, for etching
  • a mechanism for controlling the phase of the high-frequency power supply supplied to the cathode is provided, and the phase of the high-frequency power supply provided on both sides of the substrate is controlled to make the plasma distribution uniform. , Improve the film distribution.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of an embodiment of a sputtering apparatus suitable for carrying out the present invention.
  • the sputtering apparatus of FIG. 2 is controlled by a control apparatus 215, and has a configuration in which a pair of cathodes capable of high-frequency discharge are installed facing each other in a vacuum vessel 205.
  • Each cathode has a target support surface for supporting the target 209.
  • high-frequency power sources 208A and 208B are independently connected to the cathodes via matching units 207A and 207B.
  • a magnet mechanism 206 for applying a magnetic field is disposed on the back surface of each cathode.
  • the sputtering apparatus of FIG. 2 is configured to dispose the substrate holding mechanism 210 between the two cathodes.
  • the substrate holding mechanism 210 is applied with a bias voltage that can be used for forming an electric field drawn by the bias power source 211 on the substrate 201.
  • the distance between the cathode and the substrate placed on the substrate holding mechanism 210 is such that the distance from the target 209 surface to the substrate surface (hereinafter also referred to as “T / S value”) is 20 mm or more and 70 mm or less, preferably 40 mm or less. Is set to be As a result, ions generated by converting the discharge gas introduced from the gas introduction system 214 into plasma can be uniformly supplied to the processing surface of the substrate, and etching of the deposited film by the ions can be promoted.
  • the distance may be set by adjusting the thickness of the cathode spacer 202 provided between the cathode and the vacuum vessel 205.
  • the diameters of the cathode and the substrate are not particularly limited in the present invention, but those having a disk-like target diameter larger than the diameter of the disk-like substrate can be suitably used.
  • a substrate having a diameter of about 40 to 100 mm can be used for a target diameter of 164 mm.
  • the high frequency power supplies 208A and 208B supply high frequency power (for example, 13.56 MHz to 100 MHz) to the cathode.
  • high frequency power for example, 13.56 MHz to 100 MHz
  • the magnitude of the supplied power is not particularly limited, but can be, for example, 100 W to 500 W.
  • the cathodes on both sides are connected to different high-frequency power sources via matching units.
  • This matching device is a matching device for matching the input impedance to the cathode with the output impedance on the high frequency power source side, and includes a variable impedance element such as a variable capacitor or a variable inductor.
  • the vacuum vessel is grounded, and discharge is generated between the cathode and the cathode by the introduction of the discharge gas 204 using the vacuum vessel as a ground electrode.
  • the phase adjuster (phase adjustment mechanism) 213 is the phase of the voltage (high-frequency power output) supplied to the cathodes on both sides of the substrate holding mechanism 210 (in the figure, the potential on each transmission line between each cathode and each matching unit).
  • Phase difference detection unit 217 that detects the phase difference and the phase of the power output to both cathodes are different from each other, by controlling each of the high-frequency power sources 208A and 208B, And a phase adjustment unit 216 for setting the phase of the supplied power (high-frequency power output) to the same phase (phase difference 0 ° ⁇ 45 °).
  • variable capacitor 281 when an output signal of a predetermined frequency of the oscillation circuit OCS is output to the power supply unit 282 via the variable capacitor 281, the variable capacitor 281 is adjusted to a predetermined capacity according to the phase difference.
  • M is a motor for mechanically adjusting the capacity of the variable capacitor 281.
  • the power supplier 282 includes a power amplifier circuit, a bandpass filter, and the like, converts a high-frequency signal whose phase is adjusted to a predetermined high-frequency signal, and supplies the signal to the cathode.
  • the distance between the substrate 201 and the target 209 is set to be relatively short as described above, so that a discharge is generated between the two cathodes. It occurs and plasma is present in a relatively limited area.
  • the discharge is generated between the side wall of the substrate 201 or the grounded vacuum vessel 205 and the cathode and is wider than in the case of the opposite phases. Plasma is formed in the region, and for this reason, the plasma density is uniform in the region near the substrate.
  • the phase adjustment is performed between the film forming processes, but may be performed during the film forming process.
  • the magnet mechanism 206 provided on the back side of the cathode can form a magnetic field in the vacuum vessel that is horizontal to the target surface and orthogonal to the electric field for plasma formation. Due to this magnetic field, the plasma is confined at a high density on the target surface, and a magnetron discharge is generated.
  • the magnet mechanism 206 is not an essential component in the present invention, but by performing magnetron discharge on both sides of the substrate, the ratio of ions of the discharge gas that reaches the substrate can be further increased.
  • the substrate holding mechanism 210 includes conductive support claws 42 and 43 that support the substrate 41 from the side, and a support claw 42 that receives supply from a bias power source outside the vacuum vessel.
  • a base 44 having a connection terminal 45 for supplying a bias voltage to 43 is provided.
  • the substrate 201 can be supported and a bias voltage can be applied to the substrate 201.
  • a DC bias voltage is applied.
  • An AC voltage may be applied as the bias voltage, or a pulsed DC voltage may be applied.
  • the magnitude of the bias voltage can be set to, for example, 100 V to 400 V. By applying a relatively large voltage, the proportion of ions of the discharge gas on the substrate surface can be increased.
  • An LPF Low-pass filter
  • the gas introduction system 214 is provided so as to introduce a discharge gas (for example, Ar) from the upper part of the vacuum vessel 205, and the exhaust unit 212 (such as a cryopump or a turbo molecular pump) is provided at the lower part. Exhaust the inside. Thereby, the pressure during sputtering can be maintained at, for example, 1 Pa to 10 Pa. By making the pressure relatively high, the plasma density of the discharge gas can be increased, and etching by ionization of the discharge gas can be promoted.
  • a discharge gas for example, Ar
  • the exhaust unit 212 such as a cryopump or a turbo molecular pump
  • FIG. 3 shows an example of DTM film formation as an example of film formation using the apparatus having the above configuration for manufacturing a magnetic recording medium.
  • the 3 is in the process of being processed into a DTM, and a soft magnetic layer 302, an underlayer 303, and a recording magnetic layer 304 are formed on a substrate 301.
  • a substrate 301 for example, a 2.5-inch glass substrate or an aluminum substrate can be used.
  • the soft magnetic layer 302 serves as a yoke for the recording magnetic layer 304, and is a soft magnetic material such as an Fe alloy or a Co alloy.
  • the underlayer 303 is a layer for vertically aligning the recording magnetic layer 304, and is, for example, a laminated body of Ru and Ta.
  • the recording magnetic layer 304 is a layer that is magnetized in a direction perpendicular to the substrate 301, and is, for example, a Co alloy.
  • the pitch p (groove width + track width) is, for example, 50 to 100 nm
  • the groove width is 20 to 30 nm
  • the aspect ratio (groove depth / groove width) is 0.12 to 1.2
  • the thickness of the recording magnetic layer 304 is The length d is, for example, 4 to 20 nm.
  • a sputtering apparatus shown in FIG. 2 is used for this laminated body, and the T / S value is 70 mm or less, the high frequency power supplied to the two cathodes is in phase, and the buried layer 305 is formed so that the groove of the recording magnetic layer 304 is filled.
  • the material for forming the buried layer 305 is, for example, Cr, Ti, Ta, Nb, Zr, W, Si, a combination thereof, or a material containing these and other metal elements (for example, Co, Ni), Sputtering is performed using a target containing these.
  • a DLC (diamond-like carbon) 306 is formed (step 3 in FIG. 3).
  • a DTM diamond-like carbon
  • a conventional method can be used as a method for removing the excess buried layer 305. For example, by using a material having an etching rate higher than that of the recording magnetic layer 304 as the buried layer 305, removal of the recording magnetic layer 304 can be suppressed. Can be flattened. By using the sputtering apparatus of this embodiment, the unevenness of the buried layer 305 can be suppressed, so that the trouble of repeating etching can be saved.
  • the condition when removing the excess buried layer 305, the condition may be changed so that the etching amount increases as the unevenness decreases.
  • the film formation rate ratio compared to when the drawing electric field is not formed is a film formation using a film forming gas (for example, a gas containing ionized film forming particles) and an etching gas (for example, a discharge gas).
  • a film forming gas for example, a gas containing ionized film forming particles
  • an etching gas for example, a discharge gas
  • the deposition rate ratio exceeds 90%, the etching gas is not easily drawn into the substrate by the drawing electric field, the etching becomes insufficient, and the effect of flattening the film surface becomes small.
  • the etching amount is too high, the film formation efficiency may be reduced and the film thickness distribution may be reduced. Therefore, although not limited, it is preferable that the deposition rate ratio is selected from a range of 55% to 75%.
  • the film formation rate during film formation using a material embedded in the flat surface of the substrate without applying an electric field was determined, and the electric field was applied under the same film formation conditions. In this case, the film forming speed is obtained, and the ratio thereof is calculated. If the target film formation speed ratio cannot be obtained by this operation, the film formation conditions are variously changed so that the target film formation speed ratio can be obtained.
  • the actual buried layer is formed by using the film formation conditions that provide the desired film formation rate ratio.
  • the film formation speed ratio can be adjusted by one or more parameters selected from the pressure inside the vacuum vessel (process pressure) at the time of film formation, the application condition of the drawing electric field, the distance between the substrate and the target, and the like. Among these conditions, it is preferable to adjust the film formation rate ratio by both the bias voltage applied to the substrate for adjusting the drawing electric field and the process pressure.
  • the high-frequency sputtering apparatus for double-sided film formation can also be used when forming the recording magnetic layer 304, the base layer 303, and other etching stop layers.
  • the power supplied to the cathodes arranged on both sides of the substrate in the same phase double-sided film formation with high film thickness uniformity is possible.
  • high-frequency power having the same phase is supplied to two cathodes arranged opposite to each other, so that the distance between each of the substrate and the cathode is shortened (for example, 70 mm or less). Even if the distance between the two cathodes is reduced, it is possible to suppress the high-frequency waves supplied to the two cathodes from interfering with each other. Accordingly, even if the distance between the two cathodes is shortened and high-frequency power is supplied to the cathode, interference of the high-frequency power can be suppressed, so that the plasma formed by the cathode can be made uniform. Furthermore, since high frequency power can be used in a state where the interference is reduced, gas ions corresponding to the film-forming particles can be efficiently generated.
  • the film thickness distribution formed by the uniform plasma can be made uniform, and the buried layer The unevenness formed can be suppressed. Therefore, the buried layer can be flattened without repeating the formation and etching of the buried layer, and a reduction in production efficiency and an increase in apparatus cost can be suppressed.
  • Example 1 In Example 1, a sputtering apparatus shown in FIG. 2 was used to form a film on a 95 mm flat substrate.
  • the film formation conditions are as follows: T / S value is 28 mm, discharge gas type is argon, the flow rate of argon is 500 sccm, discharge gas pressure is 5 Pa, and no bias is applied to the substrate.
  • the cathode power supply frequency is 13.56 MHz and the discharge power is 500 W.
  • the target material is Cr.
  • the phase difference of the high frequency supplied to both cathodes is 0 °, that is, the in-phase state has better uniformity of the film thickness distribution on the substrate than the opposite phase. It was found that the film rate was slightly low. This is presumably because the discharge between the cathodes spreads the most, thereby making the discharge distribution near the substrate more uniform.
  • Example 2 the T / S value was set to 100 mm (comparative example) on a DTM medium substrate in which grooves having a pitch of 100 nm (groove width of 50 nm) and a depth of 20 nm were formed in a plurality of radial directions using the sputtering apparatus shown in FIG. ) And 40 mm.
  • the film forming conditions are as follows: the discharge gas type is Ar, the discharge gas pressure is 9 Pa, high frequency power of 13.56 MHz is supplied to the cathode at 500 W, a DC voltage of ⁇ 200 V is applied as the substrate bias, and the target The material is Cr.
  • Example 3 In Example 3, the relationship between the process pressure, the bias voltage, and the deposition rate ratio was examined. Using the sputtering apparatus (T / S value: 40 mm) shown in FIG. 2, high frequency power of 13.56 MHz and the same phase is applied to both cathodes, and DC voltages of 0, ⁇ 100 V, ⁇ 200 V, and ⁇ 300 V are applied to the substrate. When a target (material: Cr) was deposited on a flat substrate surface under each process pressure condition, the relationship shown in the graph of FIG. 5 was obtained.
  • the film formation rate ratio is the film formation rate when the film is formed on the flat surface under the same condition while applying the bias voltage to the film formation rate when the film is formed on the flat surface without applying the bias voltage to the substrate. It is the ratio of speed.
  • Film formation was performed on a DTM medium substrate in which grooves having a pitch of 100 nm (groove width of 50 nm) and a depth of 20 nm were formed in a plurality of radial directions using the same conditions as described above for each film formation rate ratio.
  • FIG. 6 shows conditions a and b (condition a: process pressure 3 Pa, condition b: process pressure 9 Pa) in which a bias voltage with a film formation rate ratio of 100% is not applied, and condition c (process pressure 9 Pa with a film formation rate ratio 60%). , A bias voltage of ⁇ 200 V) is schematically shown.
  • the amount of etching of the convex film and the amount of drawing into the concave are both small, so that there is a large difference between the film forming amount of the convex and the film forming amount of the concave. It was confirmed that it was formed.
  • the condition b although the amount of drawing into the concave portion was increased, it was confirmed that a void was formed because the etching amount of the film of the convex portion was small.
  • the condition c it was confirmed that the concave portions were filled without forming voids, and the film thickness difference between the concave portions and the convex portions was suppressed to be small.
  • the film formation rate ratio is preferably 90% or less in order to sufficiently exhibit the effect of planarizing the film surface.
  • the film formation rate ratio is selected from a range of 55% to 75%.
  • the film formation rate ratio is preferably 90% or less, and more preferably 55% to 75%. It's not essential to set up What is important in the present invention is that when high-frequency power is supplied to two cathodes arranged opposite to each other, the phases of the high-frequency power supplied to the two cathodes are the same. By setting in this way, even if the two cathodes are arranged close to each other, interference between high-frequency powers can be suppressed and uniform plasma can be formed, so that the buried layer can be flattened. Can do it.

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Abstract

本発明は、磁気記録媒体の製造において、より生産効率の高い埋め込み層の形成が可能なスパッタ装置及び磁気記憶媒体の製造方法を提供する。本発明の一実施形態では、基板（２０１）を挟んで対向するカソードを配置し、各カソードへ印加する高周波電力を同位相とする。このとき、各カソードと基板（２０１）との間の距離を小さくすることが好ましい。更に、引き込み電界によりプラズマ中の正イオンを基板（２０１）に引き込みながら埋め込み層の成膜を行うも好ましい。

Description

スパッタ装置及び磁気記憶媒体の製造方法
　本発明は、スパッタ装置および磁気記憶媒体の製造方法に関し、より詳細には、凹凸が形成された層（例えば、記録層）の凹部に所定の材料を埋め込むスパッタ装置および磁気記憶媒体の製造方法に関するものである。
　従来、半導体デバイスによく用いられるパターン埋め込み方式としては、ターゲットと基板間距離を離し、イオン化されたスパッタ粒子のみを基板バイアスによって引き込み、基板と垂直方向から入射する方式が用いられている。この方式によれば、ボトムカバレージを向上させることが可能である。しかし、このような方式では、基板上に凹凸状のパターンを有する記録層が形成されている場合、該パターンのトップ（凸部）側もパターンのボトム（凹部）側以上に膜堆積されるため、パターンの段差が緩和されない場合がある。
　このため、例えばＢＰＭ（Ｂｉｔ　Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｍｅｄｉａ）、ＤＴＭ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　Ｔｒａｃｋ　Ｍｅｄｉａ）などの平坦化が必須の磁気記録媒体においては、一旦厚く膜堆積して、ＩＢＥ（Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのエッチング手段を用いてエッチングを行っていた（特許文献１参照）。
特開２００５－２３５３５７号公報
　しかしながら、記録層等に形成された凹凸パターンの膜表面段差が大きい場合、凹部への埋め込みのための成膜と平坦化のためのエッチングとのサイクルを数回繰り返す必要があり、生産効率低下や装置コスト上昇を招いていた。　
　本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、より生産効率の高い埋め込み層の形成が可能なスパッタ装置及び磁気記憶媒体の製造方法を提供することをその目的とする。
　このような目的を達成するために、本発明は、スパッタ装置であって、真空容器と、前記真空容器内において対向配置された２つのカソードであって、高周波電力の供給により該２つのカソードの間の領域にプラズマを生成可能な２つのカソードと、前記２つのカソードの各々へ供給される高周波電源出力の位相を同位相に調整可能な位相調整機構とを備え、前記２つのカソードの間のプラズマが生成される領域に、基板を保持する基板保持機構が配置されるように構成されていることを特徴とする。
　さらに、本発明は、基板上に設けられた記録磁性層が有する凹凸パターンに対して、高周波スパッタリング法により埋め込み層を成膜する磁気記録媒体の製造方法であって、真空容器中に対向配置され、ターゲットを支持する２つのカソードの間の領域に、前記記録磁性層を有する基板を保持する基板保持機構を配置する工程と、前記真空容器中に放電用のガスを導入し、前記２つのカソードに同位相の高周波電力を供給して、前記基板両面にプラズマを生成する工程とを有し、該前記プラズマを用いたスパッタにより前記ターゲットから生じたスパッタ粒子、および前記放電用のガスイオンにより、前記埋め込み層の高周波スパッタリング法による成膜を行うことを特徴とする。
　本発明のように、高周波を用いてより平坦に両面成膜できる。
本発明の原理を説明する模式図である。 本発明の原理を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る成膜例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る基板保持機構の正面図である。 本発明の一実施形態に係る、プロセス圧力とバイアス電圧と成膜速度比との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る、各条件で埋め込み材料を成膜したときの成膜状態を示す模式図である。
　上記課題を解決するために、本発明では、基板の両側に所定の間隔で対向配置されたカソードに、同位相の高周波電力を供給することにより基板両面にプラズマを発生させて、基板の両側に設けられたターゲットをスパッタし、埋め込み層の成膜を行う。上記所定の間隔は、７０ｍｍ以下であることが好ましい。また、上記ターゲットのスパッタの際に、プラズマ中の正イオンを基板に引き込むための引き込み電界を形成し、該引き込み電界により上記正イオンを基板に引き込みながら、上記埋め込み層の成膜を行っても良い。　
　本発明は、磁気記録媒体における記録磁性層の埋め込み層（凹凸パターンといった凹凸を有する記録磁性層に形成された凹部に埋め込まれた層）の形成に好適に利用できる。かかる磁気記録媒体としては、高周波スパッタリング法による埋め込み層を有する磁気記録媒体であれば、その構造や構成材料は限定されない。
　本発明における埋め込み層の形成について、図１Ａ、１Ｂを用いて説明する。図１Ａに示すように、磁性記録層に凹凸パターンが形成されている基板（パターン基板）１とカソード（不図示）とを近づけて、基板バイアスを用いる場合、イオン化されたスパッタ粒子４と共に、放電ガス（例えばＡｒ）のイオン２も基板１上に引き込まれる。その結果、膜堆積と同時に、ガスイオンスパッタによる堆積膜のエッチングも同時に起こる。凹凸パターントップ側（例えば、凹凸パターンの凸部の頂部といった、図の上方側）の堆積膜がイオンスパッタされた場合、エッチングされた膜の一部（例えば粒子）３が空間に飛散する。これに対して、凹凸パターンの側面やボトム側（例えば、凹凸パターンの凹部の壁面や底面といった、図の下方側）の堆積膜がイオンスパッタされた場合、エッチングされた膜の一部３は凹凸パターンの側面やボトム側に再堆積する。その結果、凹凸パターンのトップ側の堆積膜のみが選択的にエッチングされ、凹凸パターンの側面やボトム側に膜堆積が生じた状態で成膜が進む。その結果、最終的に形成された膜表面は図１Ｂに示したように、元の凹凸パターンよりも平坦化された形になる。
　このように、イオンによる基板の凹凸パターン表面での、特に、凹凸パターンのトップ側での選択的なエッチングを実現するために、基板に設けられた凹凸パターンにエッチングのためのガスイオン（例えば、放電ガスのイオン２）を十分に供給すると同時に、基板に設けられた凹凸パターンに到達する成膜粒子に対応するガスイオン（例えば、イオン化されたスパッタ粒子４）の割合を上げる必要がある。
　基板に設けた凹凸パターンへのガスイオン供給を果たすために、カソードと基板間の距離を縮め、カソード上のターゲット放電によって発生したガスイオンを基板バイアスで引き込むのは有効である。成膜粒子に対応するガスイオン（成膜粒子ガスイオン）の割合を上げるためには、高周波によるスパッタ成膜が最も適する。
　しかし高周波放電のカソードと基板間の距離を縮めることは、両カソードの高周波が互いに干渉することに繋がる。そこで、それを解決するために、本発明では、カソードへ供給される高周波電源出力の位相を制御する機構を設け、基板両側に設けられる高周波電源の位相を制御することで、プラズマ分布を均一化し、成膜分布を改善する。
　図２に、本発明を実施する上で好適なスパッタ装置の一実施形態の概略構成を示す。図２のスパッタ装置は、制御装置215によって制御されるものであり、真空容器205に、高周波放電対応のカソード１対が対向して設置された構成を有する。各カソードは、ターゲット209を支持するためのターゲット支持面を有する。また、各カソードにはそれぞれ独立して高周波電源208A、208Bが整合器207A、207Bを介して接続されている。各カソードの背面には磁界を印加するための磁石機構206が配置されている。真空容器205の少なくとも内壁面は接地電極として機能するように構成されており、各カソードとの間への放電用ガスのガス導入系214からの導入により放電203が生じるようになっている。真空容器205内の圧力は、排気手段212とガス導入系214からの放電用のガス等の導入204とにより制御できるようになっている。埋め込み層が形成される凹凸パターンを有する基板201は、基板保持機構210によって支持された状態で、不図示の搬送機構によって真空容器205内に搬送され、両カソードの中間位置に停止する。すなわち、基板保持機構210は、真空容器205内のカソード上のターゲット209と対向する所定位置に配置される。このように、図２のスパッタ装置は、２つのカソード間に基板保持機構210を配置するように構成されている。基板保持機構210には、バイアス電源211により引き込み電界形成用として利用し得るバイアス電圧が基板201にかかるようになっている。
　カソードと基板保持機構210上に載置された基板との間の距離は、ターゲット209表面から基板表面の距離（以下、「Ｔ／Ｓ値」とも言う）が２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下、好ましくは４０ｍｍ以下になるよう設定される。これにより、ガス導入系214から導入される放電用ガスのプラズマ化により発生したイオンを均一に基板の被加工面に供給でき、このイオンによる堆積膜のエッチングを促進できる。なお、カソードと真空容器205間に設けたカソードスペーサ202の厚み調整により、上述の距離に設定してもよい。カソードや基板の径は、本発明では特に限定されないが、円盤状のターゲットの直径が、円盤状の基板の直径より大きいものを好適に用いることができる。例えば、ターゲットの直径１６４ｍｍに対し、４０～１００ｍｍ程度の直径の基板を用いることができる。
　高周波電源208Ａ，208Ｂは、カソードに高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ～１００ＭＨｚ）を供給する。高周波電源を用いることで、放電用ガスのイオン化率を高め、放電用ガスのイオンによるエッチングレートを高めることができる。供給電力の大きさは、特に限定されないが、例えば１００Ｗ～５００Ｗとすることができる。両側のカソードは、夫々別の高周波電源に整合器を介して接続されている。この整合器は、カソードへの入力インピーダンスを高周波電源側の出力インピーダンスにあわせるための整合器であり、例えば可変コンデンサや可変インダクタなどの可変インピーダンス素子を備える。
　真空容器は接地されており、これにより真空容器を接地電極として、放電用ガスの導入204によりカソードとの間で放電が発生する。
　位相調整器（位相調整機構）213は、基板保持機構210の両側のカソードに供給される電圧（高周波電源出力）の位相（図では、各カソードと各整合器の間の各伝送路上の電位の位相）を夫々検出し、その位相差を検出する位相差検出部217と、両カソードに出力される電力の位相が異なる場合に、各高周波電源208Ａ、208Ｂを制御することで、２つのカソードに供給される電力（高周波電源出力）の位相を同位相（位相差０°±４５°）にする位相調整部216と、を有する。図２の例では、発振回路ＯＣＳの所定周波数の出力信号を可変容量コンデンサ２８１を介して電力供給器２８２に出力する際に、位相差に応じて所定の容量に可変容量コンデンサ２８１を調整する。図中、Ｍは可変容量コンデンサ２８１の容量を機械的に調整するためのモータである。電力供給器２８２は、電力増幅回路やバンドパスフィルタなどを備えており、位相が調整された高周波信号を所定の高周波信号に変換してカソードに供給する。
　例えば、２つのカソードに供給される電力を逆位相とした場合、上述のように基板201とターゲット209との間の距離が比較的短く設定されていることから、当該２つのカソード間で放電が発生し、比較的限定された領域にプラズマが存在することとなる。これに対し、２つのカソードに供給される電力を同位相にした場合は、放電は基板201や接地された真空容器205の側壁とカソードとの間で発生し、逆位相とした場合よりも広い領域にプラズマが形成されることとなり、このため基板近傍の領域ではプラズマ密度が均一になる。　
　位相の調整は、成膜処理の合間に行うが、成膜処理中に行ってもよい。
　カソードの裏面側に設けられた磁石機構206により、ターゲット表面に水平で、プラズマ形成用の電界に直交する磁界を真空容器内に形成することができる。この磁界によりターゲット表面にプラズマが高密度に閉じ込められ、マグネトロン放電が発生する。なお、磁石機構206は本発明において必須の構成ではないが、基板の両面側でマグネトロン放電を行うことで、基板に届く放電用ガスのイオンの割合をより高めることができる。
　基板保持機構210は、図４の正面図に示すように、基板41を側方から支持する導電性の支持爪42、43と、真空容器外部のバイアス電源からの供給を受けて支持爪42、43にバイアス電圧を供給する接続端子45とを有する基体44を備えている。この基板保持機構210の構成によって、基板201を支持すると共に基板201にバイアス電圧印加が可能になっている。本実施形態では、直流のバイアス電圧を印加する。バイアス電圧として、交流電圧を印加してもよいし、パルス状の直流電圧を印加してもよい。バイアス電圧の大きさは、例えば１００Ｖ～４００Ｖとすることができ、比較的大きな電圧を印加することで、基板表面における放電用ガスのイオンの割合を高めることができる。なお、ＬＰＦ（Ｌｏｗ－ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ）は、バイアス電源側に放電用の高周波出力が入力するのを防ぐフィルタである。
　また、ガス導入系214は、真空容器205の上部から放電用ガス（例えば、Ａｒ）を導入するように設けられ、排気手段212（クライオポンプやターボ分子ポンプなど）は下部に設けられ、スパッタ装置内を排気させる。これにより、スパッタ時の圧力を例えば１Ｐａ～１０Ｐａに保つことができる。比較的高圧にすることで、放電用ガスのプラズマ密度を高め、放電用ガスのイオン化によるエッチングを促進できる。
　図３に、上記構成の装置を磁気記録媒体の製造用として用いた成膜例として、ＤＴＭの成膜例を示す。
　図３の工程１の積層体は、ＤＴＭに加工途中のものであり、基板301上に、軟磁性層302と、下地層303と、記録磁性層304と、が形成されている。基板301としては、例えば２．５インチのガラス基板やアルミニウム基板を用いることができる。軟磁性層302は、記録磁性層304のヨークとしての役割を果たす層であり、例えばＦｅ合金やＣｏ合金などの軟磁性材料である。下地層303は、記録磁性層304を垂直配向させるための層であり、例えばＲｕとＴａの積層体等である。記録磁性層304は、基板301に対して垂直方向に磁化される層であり、例えばＣｏ合金などである。このときのピッチｐ（溝幅＋トラック幅）は例えば５０～１００ｎｍ、溝幅は２０～３０ｎｍ、アスペクト比（溝深さ／溝幅）は０．１２～１．２、記録磁性層304の厚さｄは例えば４～２０ｎｍである。
　この積層体に対し、図２に示すスパッタ装置を用い、Ｔ／Ｓ値を７０ｍｍ以下、２つのカソードへ供給する高周波電力を同位相とし、記録磁性層304の溝が埋まるように埋め込み層305を成膜する。埋め込み層305の形成材料は、例えば、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｗ，Ｓｉや、これらの組合せ、又は、これらと他の金属元素（例えば、Ｃｏ，Ｎｉ）の含有物であり、これらを含有するターゲットを用いてスパッタする。具体的には、ＣｏＴｉ、ＣｏＴａ、ＣｏＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＷ、ＣｏＳｉ、ＮｉＴｉ、ＮｉＴａ、ＮｉＮｂ、ＮｉＺｒ、ＮｉＷ、ＮｉＳｉ（組成比は任意）のターゲットなどが挙げられる。本実施形態では、上記構成のスパッタ装置を用いているので、図３の工程２に示すように埋め込み層305に生じる凹凸を小さくできる。
　その後、エッチング等により余剰の埋め込み層305を除き、記録磁性層304を露出させた後（図３の工程３）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）306を形成することで（図３の工程３）、ＤＴＭを作製する。余剰の埋め込み層305を除く方法としては、従来の方法を用いることができ、例えば、記録磁性層304よりもエッチングレートの高い材料を埋め込み層305として用いることで、記録磁性層304の除去を抑え、平坦化することができる。本実施形態のスパッタ装置を用いることで、埋め込み層305の凹凸を抑えることができるので、エッチングを繰り返したりする手間を省ける。
　なお、例えば、余剰の埋め込み層305を除く際に、その凹凸が小さくなるに従って、エッチング量が大きくなるように条件を変更したりしてもよい。
　本発明では、引き込み電界を形成しない時と比較した成膜速度比が９０％以下となる条件で、高周波スパッタリング法により埋め込み材料を成膜することが更に好ましい。ここで、引き込み電界を形成しない時と比較した成膜速度比は、成膜用ガス（例えば、イオン化された成膜粒子を含むガス）とエッチング用ガス（例えば、放電ガス）とを用いる成膜において、引き込み電界を形成せずに平坦面に成膜した場合の成膜速度に対する、引き込み電界を形成しながら同じ条件で平坦面に成膜した場合の成膜速度の比である。また、成膜速度は、単位時間当たりに成膜される膜厚を基準としている。
　成膜速度比が９０％を超えると、引き込み電界によるエッチング用ガスの基板への引き込みが弱く、エッチングが不十分となり膜表面平坦化の効果は小さくなる。また、あまりにエッチング量が高い条件では、成膜効率が低減し、膜厚分布も低減することがある。よって、限定ではないが、成膜速度比が５５％～７５％の範囲から選択されることが好ましい。
　目的とする成膜速度比を得るには、引き込み電界をかけない状態での基板平坦面への埋め込み材料を用いた成膜時の成膜速度を求め、同一成膜条件で引き込み電界をかけた場合の成膜速度を求め、これらの比を算出する。この操作で目的とする成膜速度比が得られない場合は、目的とする成膜速度比が得られるように成膜条件を種々変更する。こうして得られた目的とする成膜速度比が得られる成膜条件を用いて、実際の埋め込み層の形成を行う。
　成膜速度比の調整は、成膜時の真空容器内圧力（プロセス圧力）、引き込み電界の印加条件、基板とターゲットの距離などから選択される１以上のパラメータによって行うことができる。これらの条件の中でも、引き込み電界を調整するための基板に印加するバイアス電圧及びプロセス圧力の両方によって成膜速度比の調整を行うことが好ましい。
　なお、埋め込み層３０５のほか、上記記録磁性層３０４や、下地層３０３、その他エッチングストップ層等を成膜する場合にも、本発明に係る両面成膜用の高周波スパッタ装置を用いることができ、基板の両側に配置されたカソードへと供給される電力を同位相とすることで、膜厚均一性の高い両面成膜が可能である。
　このように、本発明では、対向配置される２つのカソードに、同位相の高周波電力を供給しているので、たとえ基板とカソードの各々との間の距離を短くして（例えば、７０ｍｍ以下）、上記２つのカソードの間の間隔を小さくしても、該２つのカソードに供給される高周波が互いに干渉することを抑えることができる。従って、２つのカソード間の距離を短くし、かつ高周波電力をカソードに供給しても、該高周波電力の干渉を抑えることができるので、上記カソードにより形成されるプラズマを均一にすることができる。さらに、上記干渉を低減した状態で高周波電力を用いることができるので、成膜粒子に対応するガスイオンを効率良く生成することができる。
　よって、本発明では、記録磁性層に形成された凹凸パターンにおいて、表面段差が大きい場合であっても、上記均一なプラズマにより成膜される膜厚分布を均一にすることができ、埋め込み層に形成される凹凸を抑えることができる。従って、埋め込み層の成膜およびエッチングを繰り返さなくても、埋め込み層の平坦化を図ることができ、生産効率の低下や装置コストの上昇を抑えることができる。
　（実施例１）　
　実施例１では、図２に示すスパッタ装置を用い、９５ｍｍの平坦な基板上に成膜を行った。成膜条件は、Ｔ／Ｓ値が２８ｍｍであり、放電用ガスの種類がアルゴンであり、該アルゴンの流量が５００ｓｃｃｍであり、放電用ガスの圧力が５Ｐａであり，基板へのバイアス印加がなしであり、カソード供給電力周波数が１３．５６ＭＨｚであり、放電パワーが５００Ｗである。また、ターゲット材料は、Ｃｒである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この結果、表１に示すように両カソードに供給される高周波の位相差が０°、つまり同相の状態の方が、逆相に比べて、基板上の膜厚分布の均一性がよく、成膜レートが若干低いことが分かった。これは、カソード間の放電が最も広がり、それによって基板付近の放電分布がより均一になったためと考えられる。
　（実施例２）　
　実施例２では、図２に示すスパッタ装置を用い、ピッチ１００ｎｍ（溝幅５０ｎｍ）、深さ２０ｎｍの溝を複数径方向に形成したＤＴＭ媒体基板上に、Ｔ／Ｓ値を各１００ｍｍ（比較例）、４０ｍｍとして成膜を行った。成膜条件は、放電用ガスの種類がＡｒであり、放電用ガスの圧力が９Ｐａであり、カソードに１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５００Ｗ供給し、基板バイアスとして直流電圧－２００Ｖを印加し、ターゲット材料はＣｒである。
　結果、Ｔ／Ｓ値を１００ｍｍの条件に比べて、Ｔ／Ｓ値を４０ｍｍとした場合、成膜後膜表面の凹凸が抑えられていることが確認された。
　（実施例３）　
　実施例３では、プロセス圧力とバイアス電圧と成膜速度比との関係について調べた。図２に示すスパッタ装置（Ｔ／Ｓ値：４０ｍｍ）を用い、両カソードに１３．５６ＭＨｚ、同位相の高周波電力を印加し、基板に０，－１００Ｖ，－２００Ｖ，－３００Ｖの各直流電圧を印加し、各プロセス圧力条件にて、ターゲット（材料：Ｃｒ）を平坦な基板面に成膜したところ、図５のグラフに示すような関係が得られた。ここで、成膜速度比は、基板にバイアス電圧を印加せずに平坦面に成膜した場合の成膜速度に対する、バイアス電圧を印加しながら同じ条件で平坦面に成膜した場合の成膜速度の比である。
　各成膜速度比について上記と同一の条件を用いて、ピッチ１００ｎｍ（溝幅５０ｎｍ）、深さ２０ｎｍの溝を複数径方向に形成したＤＴＭ媒体基板上に成膜を行った。
　図６に、成膜速度比１００％のバイアス電圧を印加しない条件ａ，ｂ（条件ａ：プロセス圧力３Ｐａ，条件ｂ：プロセス圧力９Ｐａ）と、成膜速度比６０％の条件ｃ（プロセス圧力９Ｐａ，バイアス電圧－２００Ｖ）の成膜状態を模式的に示す。
　図６に示すように、条件ａの場合は凸部の膜のエッチング量、凹部への引き込み量が共に少ないため凸部の成膜量と凹部の成膜量に大きな差が生じ、大きなボイドが形成されることが確認された。条件ｂでは、凹部への引き込み量が増えてはいるが、凸部の膜のエッチング量が少ないため、ボイドが形成されていることが確認された。これに対し、条件ｃでは、ボイドが形成されることなく、凹部が充填され、凹部と凸部の膜厚差が小さく抑えられているのが確認された。
　このことから、膜表面平坦化の効果を十分に発揮するためには、成膜速度比が９０％以下であることが好ましい。また、あまりにエッチング量が高い条件では、成膜効率が悪いばかりでなく、膜厚分布も悪くなることもある。よって限定では無いが、成膜速度比が５５％～７５％の範囲から選択されることが好ましい。
　なお、本発明では、上述のように、引き込み電界を用いる場合、成膜速度比を９０％以下とすることが好ましく、５５％～７５％とすることがさらに好ましいが、成膜速度比をどのように設定するのかが本質ではない。本発明で重要なことは、対向配置された２つのカソードに高周波電力を供給する場合において、該２つのカソードに供給される高周波電力の位相を同位相にすることである。このように設定することで、上記２つのカソードを近づけて配置しても、高周波電力同士の干渉を抑えることができ、均一なプラズマを形成することができるので、埋め込み層の平坦化を図ることができるのである。

Claims (8)

  1. 　真空容器と、
    　前記真空容器内において対向配置された２つのカソードであって、高周波電力の供給により該２つのカソードの間の領域にプラズマを生成可能な２つのカソードと、
    　前記２つのカソードの各々へ供給される高周波電源出力の位相を同位相に調整可能な位相調整機構とを備え、
    　前記２つのカソードの間のプラズマが生成される領域に、基板を保持する基板保持機構が配置されるように構成されていることを特徴とするスパッタ装置。
  2. 　前記スパッタ装置は、
    　凹凸パターンで形成される記録磁性層と、前記凹凸パターンの凹部に位置する埋め込み層とを有する磁気記録媒体を製造可能であり、
    　前記プラズマ中の正イオンを、前記基板保持機構にて保持された基板に引き込むバイアス電圧を該基板に印加するためのバイアス電圧印加手段と、
    　前記２つのカソードの各々に同位相の高周波電力を供給して、前記領域にプラズマを生成し、かつ前記バイアス電圧により形成された引き込み電界により該プラズマ中の正イオンを前記基板保持機構にて保持された基板に引き込みながら前記埋め込み層の成膜を行わせる制御手段と
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
  3. 　前記２つのカソードはそれぞれ、ターゲットを支持するためのターゲット支持面を有し、
    　前記領域に前記基板を保持する基板保持機構を配置し、前記ターゲット支持面に前記ターゲットを配置する場合において、前記基板の表面と前記ターゲットの表面との間の距離が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
  4. 　前記高周波電源出力を前記カソードに供給する２つの高周波電源をさらに備え、
    　前記位相調整機構は、
    　前記２つのカソードの各々へ供給される高周波電源出力の位相を検出する位相差検出手段と、
    　前記位相の検出の結果、前記２つのカソードの各々へ供給される高周波電源出力の位相が異なる場合、前記２つのカソードの各々へ供給される高周波電源出力の位相が同位相になるように、前記２つの高周波電源をそれぞれ制御する位相調整手段と
    　を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
  5. 　基板上に設けられた記録磁性層が有する凹凸パターンに対して、高周波スパッタリング法により埋め込み層を成膜する磁気記録媒体の製造方法であって、
    　真空容器中に対向配置され、ターゲットを支持する２つのカソードの間の領域に、前記記録磁性層を有する基板を保持する基板保持機構を配置する工程と、
    　前記真空容器中に放電用のガスを導入し、前記２つのカソードに同位相の高周波電力を供給して、前記基板両面にプラズマを生成する工程とを有し、
    　該前記プラズマを用いたスパッタにより前記ターゲットから生じたスパッタ粒子、および前記放電用のガスイオンにより、前記埋め込み層の高周波スパッタリング法による成膜を行うことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  6. 　前記プラズマ中の正イオンを、前記基板保持機構にて保持された基板に引き込むバイアス電圧を該基板に印加する工程をさらに有し、
    　前記バイアス電圧により形成された引き込み電界により前記スパッタ粒子および前記放電用のガスイオンを前記基板に引き込みながら前記埋め込み層の成膜を行うことを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
  7. 　前記バイアス電圧、及びプロセス圧力を調整することで、前記引き込み電界を形成しない時と比較した成膜速度比が９０％以下となる条件で、前記成膜を行うことを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体の製造方法。
  8. 　前記基板の表面と前記ターゲットの表面との間の距離が７０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
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