(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
少なくとも一つの基板を保持する基板保持具と、
基板保持具に保持された基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、
各ターゲットを一体に回転させる主回転機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、各ターゲットが前記基板の前を通過している最中に当該ターゲットに電力を供給する制御を行うものであることを特徴とする多層膜作成装置。
【請求項２】
基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
少なくとも一つの基板を保持する基板保持具と、
基板保持具に保持された基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、
各ターゲットを一体に回転させる主回転機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、各ターゲットが前記基板の前を通過している最中に当該ターゲットに電力を供給する制御を行うものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に複数の前記基板を保持するものであり、
前記電力供給系は、各ターゲットが各基板の前を通過している最中に各ターゲットに並行して電力を供給して各基板に並行して成膜を行うものであることを特徴とする多層膜作成装置。
【請求項３】
基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
複数の基板を保持する基板保持具と、
基板保持具に保持された各基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、各ターゲットを一体に回転させる主回転機構と、
複数の基板を保持した基板保持具を成膜チャンバー内に搬送し、成膜後に搬出する搬送機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記搬送機構は、前記回転軸の方向で見た際、前記所定の領域内に各基板が位置する位置で前記基板保持具を停止させるものであることを特徴とする多層膜作成装置。
【請求項４】
前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、前記各ターゲットが前記主回転機構により回転して前記各基板の前に位置している際に各ターゲットに並行して電力を供給して各基板に並行して成膜を行うものであることを特徴とする請求項３記載の多層膜作成装置。
【請求項５】
前記複数のターゲットは互いに異なる材料のものであり、前記電力供給系は、前記各ターゲットが前記各基板の前に位置して成膜が行われる際、各基板において前記各ターゲットによる成膜の順序が同じ順序になるよう各ターゲットへの電力供給を制御するものであることを特徴とする請求項２又は４記載の多層膜作成装置。
【請求項６】
前記各カソードは、前記スパッタ放電をマグネトロン放電にする磁石機構を有しており、前記主回転機構は、前記ターゲットとともにこの磁石機構を一体に回転させるものであり、
前記磁石機構は、前記ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成するものであるとともに、前記磁石機構を前記ターゲットの中心軸の周りに回転させる副回転機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の多層膜作成装置。
【請求項７】
前記副回転機構は、前記主回転機構の回転動力により前記磁石機構を回転させるものであることを特徴とする請求項６記載の多層膜作成装置。
【請求項８】
前記副回転機構は、前記主回転機構の回転動力とは別の回転動力により前記磁石機構を回転させるものであることを特徴とする請求項６記載の多層膜作成装置。
【請求項９】
前記各ターゲットから放出されるスパッタ粒子が、別のターゲットからのスパッタ粒子に混ざらないように遮蔽する遮蔽具が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の多層膜作成装置。
【請求項１０】
前記主回転機構は、前記基板保持具に保持された基板と対向した面内で前記各ターゲットを回転させるものであることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の多層膜作成装置。
【請求項１１】
磁気記録層の厚さ方向に磁化して情報を記録する垂直磁気記録媒体を製造する垂直磁気記録媒体製造方法であって、
前記磁気記録層は、第一第二の二種の薄膜を交互に積層した人工格子より成るものであり、人工格子を構成する前記第一の薄膜を作成する工程と、前記第二の薄膜を作成する工程とが、同一の成膜チャンバー内でスパッタリングにより行われる方法であり、
前記第一の薄膜を作成するためのターゲットと、前記第二の薄膜を作成するためのターゲットとを、基板に対向する面内で一体に回転させながら、基板に前記第一第二の二種の薄膜を交互に積層する動作を含んでおり、
前記スパッタリングのために各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御し、ターゲットが前記基板に対向していない場合には電力の供給を停止するとともに、ターゲットが前記基板に対向している際には供給する電力を制御して膜厚を調整することを特徴とする垂直磁気記録媒体製造方法。
【請求項１２】
磁気記録層の厚さ方向に磁化して情報を記録する垂直磁気記録媒体を製造する垂直磁気記録媒体製造装置であって、前記磁気記録層は、第一第二の二種の薄膜を交互に積層した人工格子より成るものであり、
人工格子を構成する前記第一の薄膜をスパッタリングにより作成した後、同一チャンバー内でスパッタリングにより前記第二の薄膜を作成を作成して積層する成膜チャンバーを備えており、この成膜チャンバーは、前記第一の薄膜を作成するためのターゲットと、前記第二の薄膜を作成するためのターゲットとを、基板に対向する面内で一体に回転させる主回転機構を備えており、
前記スパッタリングのために各ターゲットに供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであって、ターゲットが前記基板に対向していない場合には電力の供給を停止するとともに、ターゲットが前記基板に対向している際には供給する電力を制御して膜厚を調整するものであることを特徴とする垂直磁気記録媒体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置に関し、特に、垂直磁気記録媒体の製造に好適に使用される多層膜作成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板の表面に所定の薄膜を作成することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイス、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示デバイス、磁気記録ディスク等の記録媒体を始めとする各種製品の製造に広く行われている。このような薄膜作成には、品質の良い薄膜を高速に作成できることから、スパッタリングが多く採用されている。
このようなスパッタリングによる薄膜作成においては、製品の機能を満足するため、所望の多層膜を作成することがある。例えば、磁気記録媒体の製造においては、基板上に下地膜を作成し、その上に磁気記録層として磁性膜を積層する。磁性膜も一種ではなく、幾つかの異なる磁性膜を積層することが多い。
【０００３】
このような多層膜を作成する多層膜作成装置は、内部で薄膜が作成されるチャンバー（以下、成膜チャンバー）の構成において、大きく分けて二つのパターンがある。一つは、一つの成膜チャンバーで多層膜を作成する構成である。この場合は、一つの成膜チャンバー内に複数のターゲットがあり、基板は、各ターゲットに対向する位置に順次搬送される。もう一つは、各薄膜がそれぞれ専用の成膜チャンバーで作成されるよう、薄膜を積層する数だけ成膜チャンバーを設ける構成である。基板は、各成膜チャンバーに順次搬送され、成膜される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者の単一チャンバーの構成では、ターゲット相互の汚損の問題がある。つまり、ある層の薄膜を作成している際、別の層の薄膜を作成するターゲットからのスパッタ粒子（スパッタによりターゲットから放出された粒子、通常は原子）が基板に到達してしまうことがある。このため、各層の薄膜の品質が低下し易いという問題がある。
後者の複数チャンバーの構成ではこのような問題はないものの、成膜チャンバー間を基板が移動するのに時間を要するため、作成された薄膜の表面が酸化されて汚染層が形成されてしまう場合がある。特に、垂直磁気記録媒体等の磁気記録媒体の製造においては、磁性膜を２０層程度積層する場合がある。このように多数の層を積層する成膜を行う場合、成膜チャンバー間を移動する回数も多くなるため、界面に汚染層が形成される可能性が高くなってしまう。
【０００５】
また、複数チャンバー方式は、薄膜の数だけ成膜チャンバーを設けるので、各成膜チャンバーを通して基板を搬送する機構が大がかりとなったり、搬送に時間を要するため生産性が著しく低下したり、装置の占有面積が大きくなったりする問題がある。
垂直磁気記録媒体等の磁気記録媒体の製造の際のような多数の層を積層する必要がある場合、複数チャンバー方式を採用すると、層の数に応じて多数の成膜チャンバーを連続して接続しなければならず、装置の占有面積の増大が著しい。また、各成膜チャンバーにおいて、圧力やガス流量などの成膜条件を精度よく制御しなければならず、必要な信頼性で装置を運転するためには、非常に複雑で大がかりにシステムになってしまう。
【０００６】
一方、前者の単一チャンバー方式でも、成膜チャンバー内で基板が移動する必要があるため、積層する薄膜の数が多くなると、移動のための機構が大がかりとなったり、移動に要する時間が生産性を圧迫したりする問題がある。
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、品質のよい多層膜を作成できる装置であって、機構がそれほど大がかりにならず、生産性の点でも優れた装置を提供する技術的意義がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
少なくとも一つの基板を保持する基板保持具と、基板保持具に保持された基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、
各ターゲットを一体に回転させる主回転機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、
前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、各ターゲットが前記基板の前を通過している最中に当該ターゲットに電力を供給する制御を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
少なくとも一つの基板を保持する基板保持具と、
基板保持具に保持された基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、
各ターゲットを一体に回転させる主回転機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、各ターゲットが前記基板の前を通過している最中に当該ターゲットに電力を供給する制御を行うものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に複数の前記基板を保持するものであり、
前記電力供給系は、各ターゲットが各基板の前を通過している最中に各ターゲットに並行して電力を供給して各基板に並行して成膜を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、基板の表面にスパッタリングにより多層膜を作成する多層膜作成装置であって、
複数の基板を保持する基板保持具と、
基板保持具に保持された各基板にスパッタリングにより多層膜が内部で作成される成膜チャンバーと、
各々ターゲットを備えているとともに成膜チャンバー内に設けられた複数のカソードと、
カソードに電圧を印加してスパッタ放電を生じさせる少なくとも一つのスパッタ電源と、各ターゲットを一体に回転させる主回転機構と、
複数の基板を保持した基板保持具を成膜チャンバー内に搬送し、成膜後に搬出する搬送機構とを備えており、
前記ターゲットは、それらの中心軸がある円周上に位置するよう配置されており、
前記主回転機構は、前記円周と同軸の回転軸の周りに各ターゲットを一体に回転させるものであり、
前記基板保持具は、前記回転軸の方向で見た際の所定の領域内に前記基板を保持するものであり、
前記所定の領域内は、回転する前記ターゲット上の二つの点の軌跡によって形成されるものであり、前記二つの点のうちの一つは、前記回転軸に最も近い点であり、もう一つの点は、前記回転軸から最も遠い点であり、
前記搬送機構は、前記回転軸の方向で見た際、前記所定の領域内に各基板が位置する位置で前記基板保持具を停止させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記複数のターゲットに前記スパッタ放電のための電力を供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであり、
電力供給系は、前記各ターゲットが前記主回転機構により回転して前記各基板の前に位置している際に各ターゲットに並行して電力を供給して各基板に並行して成膜を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項２又は４の構成において、前記複数のターゲットは互いに異なる材料のものであり、前記電力供給系は、前記各ターゲットが前記各基板の前に位置して成膜が行われる際、各基板において前記各ターゲットによる成膜の順序が同じ順序になるよう各ターゲットへの電力供給を制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記各カソードは、前記スパッタ放電をマグネトロン放電にする磁石機構を有しており、前記主回転機構は、前記ターゲットとともにこの磁石機構を一体に回転させるものであり、
前記磁石機構は、前記ターゲットの中心軸に対して非対称の磁界を形成するものであるとともに、前記磁石機構を前記ターゲットの中心軸の周りに回転させる副回転機構が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項６の構成において、前記副回転機構は、前記主回転機構の回転動力により前記磁石機構を回転させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項６の構成において、前記副回転機構は、前記主回転機構の回転動力とは別の回転動力により前記磁石機構を回転させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、前記請求項１乃至８いずれかの構成において、前記各ターゲットから放出されるスパッタ粒子が、別のターゲットからのスパッタ粒子に混ざらないように遮蔽する遮蔽具が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、前記請求項１乃至９いずれかの構成において、前記主回転機構は、前記基板保持具に保持された基板と対向した面内で前記各ターゲットを回転させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、磁気記録層の厚さ方向に磁化して情報を記録する垂直磁気記録媒体を製造する垂直磁気記録媒体製造方法であって、
前記磁気記録層は、第一第二の二種の薄膜を交互に積層した人工格子より成るものであり、人工格子を構成する前記第一の薄膜を作成する工程と、前記第二の薄膜を作成する工程とが、同一の成膜チャンバー内でスパッタリングにより行われる方法であり、
前記第一の薄膜を作成するためのターゲットと、前記第二の薄膜を作成するためのターゲットとを、基板に対向する面内で一体に回転させながら、基板に前記第一第二の二種の薄膜を交互に積層する動作を含んでおり、
前記スパッタリングのために各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御し、ターゲットが前記基板に対向していない場合には電力の供給を停止するとともに、ターゲットが前記基板に対向している際には供給する電力を制御して膜厚を調整するという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、磁気記録層の厚さ方向に磁化して情報を記録する垂直磁気記録媒体を製造する垂直磁気記録媒体製造装置であって、
前記磁気記録層は、第一第二の二種の薄膜を交互に積層した人工格子より成るものであり、人工格子を構成する前記第一の薄膜をスパッタリングにより作成した後、同一チャンバー内でスパッタリングにより前記第二の薄膜を作成を作成して積層する成膜チャンバーを備えており、
この成膜チャンバーは、前記第一の薄膜を作成するためのターゲットと、前記第二の薄膜を作成するためのターゲットとを、基板に対向する面内で一体に回転させる主回転機構を備えており、
前記スパッタリングのために各ターゲットに供給する電力供給系が設けられており、この電力供給系は、各ターゲットに供給する電力を各々独立して制御するものであって、ターゲットが前記基板に対向していない場合には電力の供給を停止するとともに、ターゲットが前記基板に対向している際には供給する電力を制御して膜厚を調整するものであるという構成を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。以下の説明では、ハードディスクのような磁気記録媒体を製造する際に使用される多層膜作成装置が想定されている。
図１は、本願発明の第一の実施形態の多層膜作成装置の側面断面概略図である。図１に示す装置は、排気系１１を備えた成膜チャンバー１と、成膜チャンバー１内の所定位置に基板９を配置するための基板保持具９０と、スパッタ放電を生じさせるためのカソードユニット３等から主に構成されている。
【０００９】
成膜チャンバー１は、気密な真空容器であり、基板９の出し入れを行うための不図示の開口を備えている。この開口は、不図示のゲートバルブによって開閉される。
成膜チャンバー１には、内部にスパッタ放電用のガスを導入するガス導入系１２が設けられている。ガス導入系１２は、アルゴン等のスパッタ率の高いガスを導入する。
【００１０】
基板保持具９０は、基板９を垂直に立った姿勢で保持するものである。基板保持具９０は、二枚の基板９を同時に保持できるようになっている。二枚の基板９は、同じ垂直な面に沿っており、同じ高さ（即ち、それらの中心点を結ぶ方向が水平）となっている。
図２及び図３は、図１に示す装置における基板保持具９０の構成を説明する図であり、図２はその正面概略図、図３は側断面概略図である。
基板保持具９０の構成は、保持具本体９２と保持具本体９２に設けられた保持爪９１とからなる構成である。保持爪９１は合計で六つ設けられており、三つが一組となって一枚の基板９を保持する。
【００１１】
本実施形態における基板保持具９０は、図２に示すように、その下端部には小さな磁石（以下、保持具側磁石）９６を多数備えている。各保持具側磁石９６は、上下の面に磁極を有している。そしてこの保持具側磁石９６は、図２に示すように、配列方向に交互に逆の磁極になっている。
また、基板保持具９０の下側には、隔壁８３を挟んで磁気結合ローラ８１が設けられている。磁気結合ローラ８１は丸棒状の部材であり、図２に示すように、螺旋状に延びる細長い磁石（以下、ローラ側磁石）８２を有している。このローラ側磁石８２は互いに異なる磁極で二つ設けられており、二重螺旋状になっている。
【００１２】
磁気結合ローラ８１は、ローラ側磁石８２が隔壁８３を挟んで保持具側磁石９６に向かい合うよう配置されている。隔壁８３は、透磁率の高い材料で形成されており、保持具側磁石９６とローラ側磁石８２とは、隔壁８３を通して磁気結合している。尚、隔壁８３の基板保持具９０側の空間は真空側（成膜チャンバー１の内部側）であり、磁気結合ローラ８１側の空間は大気側である。このような磁気結合ローラ８１は、搬送ラインに沿って設けられている。
【００１３】
また、図３に示すように、基板保持具９０は、水平な回転軸の回りに回転する主プーリ８４の上に載せられている。主プーリ８４は、基板保持具９０の移動方向に沿って多数設けられている。また、基板保持具９０の下端部分には、垂直な回転軸の回りに回転する一対の副プーリ８５，８５が当接している。この副プーリ８５，８５は、基板保持具９０の下端部分を両側から挟むように押さえて基板保持具９０の転倒を防止している。この副プーリ８５，８５も基板保持具９０の移動方向に多数設けられている。
図３に示すように、磁気結合ローラ８１には傘歯車を介して駆動棒８６が連結されている。そして、駆動棒８６には移動用モータ８７が接続されており、駆動棒８６を介して磁気結合ローラ８１をその中心軸の周りに回転させるようになっている。
【００１４】
磁気結合ローラ８１が回転すると、図２に示す二重螺旋状のローラ側磁石８２も回転する。この際、ローラ側磁石８２が回転する状態は、保持具側磁石９６から見ると、交互に異なる磁極の複数の小さな磁石が一列に並んでその並びの方向に沿って一体に直線移動しているのと等価な状態となる。従って、ローラ側磁石８２に結合している保持具側磁石９６は、ローラ側磁石８２の回転とともに直線移動し、この結果、基板保持具９０が全体に直線移動し、基板９が搬送されることになる。この際、図３に示す主プーリ８４及び副プーリ８５，８５は従動する。
【００１５】
本実施形態では、基板９の両面に同時に成膜するため、基板保持具９０に保持された基板９の両側にカソードユニット３が配置されている。カソードユニット３は、ターゲット３０や磁石機構５を含んでいる。
図４を使用して、カソードユニット３の詳細な構造について説明する。図４は、図１に示すカソードユニット３の詳細を示す側面断面図である。図１に示す左右のカソードユニット３は同様の構造（基板９を挟んで対称の構造）であり、図４にはそのうち左側のカソードユニット３の詳細が示されている。尚、図４は、図示の都合上、完全な鉛直面での断面図ではなく、図５におけるＸ−Ｘ面での矢視方向から見た断面となっている。
【００１６】
まず、成膜チャンバー１の側壁部には、カソードユニット３の断面積よりも少し大きな開口が設けられている。カソードユニット３は、この開口に挿通されている。
成膜チャンバー１の側壁部の外面には、ユニット取付枠６が固定されている。ユニット取付枠６は、図４に示すような段差のある断面形状の円筒である。ユニット取付枠６の端面は、Ｏリングのような封止部材６０を介して成膜チャンバー１の側壁部の外面に固定されている。
【００１７】
ユニット取付枠６の内側には、主ホルダー３１が設けられている。主ホルダー３１もほぼ円筒であり、ユニット取付枠６と同軸上に設けられている。以下、この主ホルダー３１の中心軸を「基準軸」と呼び、図４にＡで示す。
主ホルダー３１の右側の端部には、右ホルダーフランジ３１１が設けられている。右ホルダーフランジ３１１には、カソード取付枠３２が固定されている。カソード取付枠３２は、図４に示すような断面形状のほぼ円筒状であり、基準軸Ａと同軸上に設けられている。
【００１８】
カソード取付枠３２の右側の端面は成膜チャンバー１内に位置し、この端面に空洞形成板３３が固定されている。空洞形成板３３には、バッキングプレート３４が固定されている。バッキングプレート３４には、ターゲット押さえ３１０によりターゲット３０が着脱可能に取り付けられている。左から順に、一つの空洞形成板３３、一つのバッキングプレート３４及び一つのターゲット３０が重ね合わされ、これらで一つのカソードが構成されている。各カソードは、カソード取付枠３２の右端面に固定されている。図４からは明らかではないが、カソード取付枠３２の右端面には、三つのターゲット３０の位置に対応して三つの円形の開口が形成されている。各カソードは、この開口にそれぞれ固定されている。空洞形成板３３及びバッキングプレート３４は、ターゲット３０より少し大きいほぼ円盤状である。尚、カソードとは、スパッタ放電用の電圧が印加される部材の意味であり、本実施形態では、ターゲット３０、空洞形成板３３、バッキングプレート３４等により一つのカソードが構成されている。
【００１９】
図５は、ターゲット３０の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。図５に示すように、本実施形態では、一つのカソードユニット３に三つのターゲット３０が設けられている。各ターゲット３０は同じ大きさの円盤状である。各ターゲット３０は、基準軸Ａ上の点を中心とする円周上に均等間隔で（即ち、１２０度毎に）設けられている。空洞形成板３３は、バッキングプレート３４とともに、空洞３３０を形成する形状となっている。この空洞３３０内には、後述するように、冷媒が供給される。
【００２０】
本実施形態の装置の第一の大きな特徴点は、各ターゲット３０の中心点が通る円周と同軸の回転軸の周り（即ち、基準軸Ａの周り）に回転させる主回転機構が設けられている点である。主回転機構は、上述した主ホルダー３１と、主ホルダー３１を回転させるモータのような回転駆動源３５１等によって構成されている。
具体的に説明すると、主ホルダー３１の左側の端部には、左ホルダーフランジ３１２が設けられている。左ホルダーフランジ３１２の周面は、ギヤ歯（以下、フランジ側ギヤ歯）になっている。そして、回転駆動源３５１の出力軸には、フランジ側ギヤ歯に噛み合うギヤ歯を持つ駆動ギヤ３５２が連結されている。回転駆動源３５１が駆動されると、駆動ギヤ３５２を介して主ホルダー３１が基準軸Ａの周りに回転する。
主ホルダー３１は、ユニット取付枠６によって保持されている。ユニット取付枠６と主ホルダー３１の間には、ベアリング７が設けられており、上記主ホルダー３１の回転を許容するようになっている。
【００２１】
カソード取付枠３２内には、磁石機構５が設けられている。磁石機構５は、各ターゲット３０の背後にそれぞれ設けられている。磁石機構５は、中央磁石５１と、中央磁石５１を取り囲む円筒状の周辺磁石５２と、中央磁石５１と周辺磁石５２とをつなぐヨーク５３とから主に構成されている。中央磁石５１と周辺磁石５２による磁力線５０は、図４に示すように、ターゲット３０を貫き、ターゲット３０の前方の放電空間に弧状に形成される。ターゲット３０と磁力線５０とによって形成される閉空間内に電子がマグネトロン運動しながら閉じこめられ、高効率のマグネトロン放電が達成される。
【００２２】
ヨーク５３は、ターゲット３０より少し小さい円盤状であり、垂直に立てて設けられている。中央磁石５１は例えば円柱状で、周辺磁石５２は例えば円環状である。ターゲット３０の中心軸とヨーク５３の中心軸は同軸であるが、中央磁石５１や周辺磁石５２の配置や形状は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称の形状になっている。即ち、磁石機構５によって形成される磁界は、ターゲット３０の中心軸に対して非対称となっている。これは、後述するように磁石機構５が回転した際、ターゲット３０の表面における時間平均した磁界強度が均一になるようにするためである。
【００２３】
本実施形態の装置の第二の大きな特徴点は、各磁石機構５をターゲット３０の中心軸と同軸の回転軸の周りに回転させる副回転機構が設けられている点である。副回転機構は、前述した主回転機構の回転動力により各磁石機構５を回転させるものとなっている。
具体的に説明すると、副回転機構は、各磁石機構５に設けられた従動ギヤ３６１と、主回転機構の回転動力を各磁石機構５の回転動力に変換する静止ギヤ３６２とから主に構成されている。
従動ギヤ３６１は、ヨーク５３の下面に固定されている。従動ギヤ３６１は、ターゲット３０の中心軸と同軸である。従動ギヤ３６１の中心から水平に延びるようにして軸棒３６３が固定されている。この軸棒３６３は、ベアリング７を介してカソード取付枠３２に保持されている。
【００２４】
一方、前述した主回転機構の回転駆動源３５１は、ベース板３００に取り付けられている。ベース板３００は、垂直な姿勢で設けられている。ベース板３００には、スピンドルが挿通されているスピンドル用開口が設けられている。そして、スピンドル用開口の縁から水平に延びるようにして、ギヤホルダー３６０が設けられている。ギヤホルダー３６０は、基準軸Ａと同軸のほぼ円筒状である。
静止ギヤ３６２は、ギヤホルダー３６０の先端に固定されている。静止ギヤ３６２のギア歯は、基準軸Ａと同軸であり、基準軸Ａに対して外側の向いている。そして、図４に示すように、静止ギヤ３６２は各従動ギヤ３６１に噛み合っている。静止ギヤ３６２と各従動ギヤ３６１の位置関係及び噛み合いが、図５に併せて示されている。
【００２５】
図４及び図５から解るように、各磁石機構５は、軸棒３６３を介してカソード取付枠３２に連結されているので、回転駆動源３５１によって主ホルダー３１が回転し、各ターゲット３０が基準軸Ａの周りに回転する際、各磁石機構５や各従動ギヤ３６１も、自らの中心軸から偏心した基準軸Ａの周りに一体に回転する。以下、このような偏心した軸周りの回転を公転と呼ぶ。従動ギヤ３６１は基準軸Ａよりの箇所で静止ギヤ３６２に噛み合っているので、上記公転の際、従動ギヤ３６１は、ターゲット３０と同軸の中心軸の周りに回転する。従動ギヤ３６１は、ターゲット３０と同軸なので、結局、従動ギヤ３６１は、自らの中心軸と同軸の回転軸の周りに回転することになる。以下、このような自らの中心軸と同軸の回転を自転と呼ぶ。従動ギヤ３６１の自転に伴い、磁石機構５も一体に自転する。結局、磁石機構５は、基準軸Ａの周りの公転と、ターゲット３０の中心軸の周りの自転とを同時に行うことになる。尚、ギヤホルダー３６０とユニット取付枠６の間には、ベアリング７が設けられている。
【００２６】
一方、主ホルダー３１の中央を貫くようにしてスピンドル３７が設けられている。スピンドル３７は、先端部分で空洞形成板３３やバッキングプレート３４等を保持している。スピンドル３７は、右側の部分が円柱状であり、左側の部分がほぼ同径の円筒状となっている。
スピンドル３７の右側の円柱状の部分（以下、円柱部）には、空洞３３０内に冷媒を導入する冷媒導入路３７１が設けられている。冷媒導入路３７１は、途中から三つに分岐しており、この分岐した先が、各ターゲット３０の背後の空洞３３０につながっている。また、円柱部には、各空洞３３０から冷媒を排出する冷媒排出路３７２が設けられている。冷媒排出路３７２は、図４からは明らかでないが、各空洞３３０のそれぞれに三つ設けられている。
スピンドル３７の左側の円筒状の部分（以下、円筒部）内には、冷媒導入路３７１につながる冷媒導入管３７３と、冷媒排出路３７２につながる冷媒排出管３７４が設けられている。図４では一つしか描かれていないが、冷媒排出管３７４は、各冷媒排出路３７２のそれぞれに設けられている。
【００２７】
また、スピンドル３７の円柱部及び円筒部を貫くようにして給電ロッド３８１が設けられている。給電ロッド３８１は、各ターゲット３０にスパッタ放電用の電力を供給するものである。図４では一つの給電ロッド３８１しか描かれていないが、実際には三つの給電ロッド３８１が設けられている。
図４に示すように、給電ロッド３８１の先端は、空洞形成板３３に接触している。空洞形成板３３やバッキングプレート３４は、ステンレスや銅のような金属であり、空洞形成板３３及びバッキングプレート３４を介してターゲット３０に給電されるようになっている。尚、給電ロッド３８１とスピンドル３７との間、及び、空洞形成板３３やバッキングプレート３４とスピンドル３７との間には、不図示の絶縁材が設けられている。このため、給電ロッド３８１が供給する電力がスピンドル３７側に漏れないようになっている。また、各カソードの間にも不図示の絶縁材が設けられており、各カソードは相互に絶縁されている。
【００２８】
図６は、冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。図６に示すように、給電ロッド３８１は、空洞形成板３３の最も基準軸Ａよりの位置で空洞形成板３３に接触している。給電ロッド３８１の接触位置を、空洞形成板３３の中心を原点として０度とすると、冷媒導入路３７１及び冷媒排出路３７２は、給電ロッド３８１を挟んで少し角度が付いた位置で空洞３３０につながっている。
【００２９】
前述した回転に伴い、スピンドル３７も基準軸Ａの周りに自転する。スピンドル３７の自転に拘わらず、電力供給や冷媒の流通ができるよう、スリップリング３８２及びロータリージョイント３７５が設けられている。図４に示すように、スリップリング３８２は、スピンドル３７の左側の端部を取り囲むよう設けられている。スリップリング３８２には、ケーブルによって各給電ロッド３８１が結線されている。そして、スリップリング３８２には、各ターゲット３０に対応してそれぞれ設けられた三つのスパッタ電源４が接続されている。
スリップリング３８２は、回転する円筒体の外側面に板バネ状の部材を接触させて導通を確保するものである。ここに使用するスリップリング３８２としては、例えばグローブテック社製の「φ１５０−６０  ３ｃｈ  ＳＲ」等が挙げられる。
【００３０】
また、ロータリージョイント３７５は、スピンドル３７の左側の端部に接続されている。ロータリージョイント３７５には、冷媒導入管３７３につながる冷媒導入口３７６と、冷媒排出管３７４にそれぞれつながる三つの冷媒排出口３７７が設けられている。ロータリジョイントは、スピンドル３７の回転に拘わらず、冷媒導入管３７３と冷媒導入口３７６との連通、及び、各冷媒排出管３７４と各冷媒排出口３７７との連通を確保するようになっている。このようなロータリージョイント３７５としては、例えば光洋油圧社製のロータリージョイント３７５ＫＴ−４−０２−１Ｗが使用できる。
【００３１】
上記ロータリージョイント３７５の冷媒導入口３７６と各冷媒排出口３７７は、図４に示すように、配管３７８及びサーキュレータ３７９を介してつながっている。サーキュレータ３７９により所定の温度に維持された冷媒は、冷媒導入口３７６、冷媒導入管３７３及び各冷媒導入路３７１を経由して各空洞３３０に導入される。そして、冷媒は、各空洞３３０から、各冷媒排出路３７２、各冷媒排出管３７４及び各冷媒排出口３７７を経てサーキュレータ３７９に戻る。
尚、上述した三つの給電ロッド３８１、スリップリング３８２及び三つのスパッタ電源４は、ターゲット３０にスパッタ放電用の電力を供給する電力供給系を構成している。そして、各スパッタ電源４は、独立して出力電圧を調整できるようになっており、ターゲット３０に供給される電力が独立して制御されるようになっている。
【００３２】
上記カソードユニット３の構造において、成膜チャンバー１内で維持される真空のリークがないよう、Ｏリングのような封止部材が必要な箇所に設けられている。特に、本実施形態では、ユニット取付枠６と主ホルダー３１との間に、磁性流体シール６１を用いている。磁性流体シール６１は、磁性流体を使用した封止部材であり、主ホルダー３１の回転を許容しつつ、主ホルダー３１とユニット取付枠６との間の空間からのリークを防止している。
【００３３】
本実施形態の装置は、上述した成膜チャンバー１を含む複数の真空チャンバーを基板９の搬送ラインに沿って接続したインライン式の装置となっている。各真空チャンバーの構成やレイアウトについては、特開平８−２７４１４２号公報の開示を参考にすることができる。また、基板９を保持した基板保持具９０を各真空チャンバーに移動させる構成の詳細についても、特開平８−２７４１４２号公報に開示のものと同じものを採用することが可能である。
【００３４】
次に、成膜時の各ターゲット３０と基板９との位置関係について説明する、図７は、図１乃至図６に示す実施形態の装置における成膜時の各ターゲット３０と基板９との位置関係について説明する正面概略図である。
前述したように、各ターゲット３０は、その中心が基準軸Ａを中心とする円周上に１２０度ずつ離れて位置する位置に設けられている。以下、この円周を基準円周と呼び、図７にＳＣで示す。
【００３５】
一方、基板保持具９０は、前述した通り、二枚の基板を同じ高さ、即ち中心点を結ぶ線が水平になるよう保持するものとなっている。この際、基板保持具９０は、図７に示すように、正面から見たとき、二枚の基板９の中心点が基準円周ＳＣ上に位置する位置関係で二枚の基板９を保持するようになっている。より一般的に言えば、各基板９の中心軸が基準円周ＳＣに垂直に交差する位置関係で保持するようになっている。不図示の搬送系は、成膜チャンバー１内で、図７に示す位置関係になる位置で基板保持具９０を停止させるようになっており、この位置で成膜が行われる。
【００３６】
また、図１及び図４に示すように、本実施形態の装置は、遮蔽具３９を備えている。遮蔽具３９は、各ターゲット３０から放出されるスパッタ粒子が、隣接する別のターゲット３０からのスパッタ粒子に混ざらないように遮蔽するものである。遮蔽具３９の構成について、図４及び図８を使用して説明する。図８は、図４に示す遮蔽具３９の正面概略図である。
図４に示すように、遮蔽具３９は、スピンドル３７及び空洞形成板３３に固定されている。図４及び図８から解るように、遮蔽具３９は、帯板状の部材を組み合わせた構成であり、各ターゲット３０が設けられた空間を仕切るよう設けられている。本実施形態では、三つのターゲット３０が設けられているため、遮蔽具３９は、正面から見ると三つ又状である。
【００３７】
図４において、遮蔽具３９が無いと、ターゲット３０の相互汚染の問題が生ずる。即ち、あるターゲット３０から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット３０に付着することがある。付着した他のターゲット３０からのスパッタ粒子は、再スパッタされて放出されるものの、各ターゲット３０が異種の材料で形成されている場合、ターゲット３０からそのターゲット３０の本来の材料ではないものが放出されることになる。このようなことがあると、ある層の薄膜に別の層の薄膜の成分が不純物として混ざることになり、多層膜の品質が低下する。  本実施形態では、遮蔽具３９があるため、あるターゲット３０から放出されたスパッタ粒子が他のターゲット３０に付着することが抑制されている。従って、上述したような相互汚染が防止される。尚、遮蔽具３９によって、別のターゲット３０からのスパッタ粒子が直接基板９に到達することも防止される。
【００３８】
また、図４に示すように、ターゲット３０と基板９との間には、シールド板３９１が設けられている。シールド板３９１は、基板９やターゲット３０と平行な姿勢であり、基板９とほぼ同じ大きさの開口が設けられている。この開口も円形であり、基板９が基板保持具９０によって前述した位置に停止した際、シールド板３０の開口が基板９と同軸の位置になるようになっている。尚、開口は、基板９に合わせて二つ設けられている。
このシールド板３９１は、主に、別のターゲット３０（対向していないターゲット３０）からのスパッタ粒子が直接基板９に到達するのを防止するものである。前記遮蔽具３９と併せて、シールド板３９１により、多層膜の品質がさらに高くなるようにしている。
【００３９】
次に、上記構成に係る本実施形態の多層膜作成装置の動作について説明する。不図示のロードロックチャンバーにおいて基板保持具９０に基板９が搭載される。基板保持具９０は、不図示のプリヒートチャンバーに移動して基板９の予備加熱が行われる。その後、基板保持具９０は、図１及び図４に示す成膜チャンバー１に移動する。基板保持具９０は、前述したように、二枚の基板９の中心点が正面視で基準円周ＳＣ上に位置する位置で停止する。
【００４０】
そして、回転駆動源３５１が動作し、前述した通り、ターゲット３０及び磁石機構５の公転と磁石機構５の自転とが開始される。公転の回転速度は、１０〜３００ｒｐｍ程度、自転の回転速度は１６〜５００ｒｐｍ程度である。また、成膜チャンバー１内は、排気系１１によって予め所定の圧力まで排気されている。不図示のゲートバルブを閉じた後、ガス導入系１２によって所定のガスが所定の流量で導入される。この状態で、各スパッタ電源４が後述するシーケンスで動作し、各給電ロッド３８１を介してターゲット３０に所定の電圧が印加される。この電圧は、負の高電圧又は高周波電圧である。
電圧印加によって、基板９とターゲット３０との間に電界が形成され、スパッタ放電が生じる。スパッタ放電の過程で、イオン衝撃されたターゲット３０の表面から粒子（通常は原子）が放出される。放出された粒子（スパッタ粒子）が基板９の表面に到達し、この到達が重なって薄膜が作成される。
【００４１】
上記成膜の際、カソードユニット３の回転と各スパッタ電源４の動作のタイミングとを最適化することにより、基板９に対し所望の多層膜が作成できる。この点について、図９を使用して説明する。図９は、図１乃至図８に示す装置における多層膜の作成について示した図である。
説明の都合上、図９に示すように三つのターゲット３０をターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとし、三つの薄膜ａがターゲット３０Ａにより作成され、薄膜ｂがターゲット３０Ｂにより作成され、薄膜ｃがターゲット３０Ｃにより作成されるとする。また、二枚の基板９についても、図９に示すように、向かって左側を基板９Ｘとし、右側を基板９Ｙとする。さらに、図４に示すスパッタ電源４についても、ターゲット３０Ａに電力を供給するものをスパッタ電源４Ａ、ターゲット３０Ｂに電力を供給するものをスパッタ電源４Ｂ、ターゲット３０Ｃに電力を供給するものをスパッタ電源４Ｃとする。
【００４２】
まず、図９（１）に示すように、基板９Ｘがターゲット３０Ａに対向し、基板９Ｙがターゲット３０Ｂに対向する位置で基板保持具９０が停止する。この際、正面から見たとき、ターゲット３０Ａの時計回り側の縁が基板９Ｘの中心付近に位置している。
図９（１）に示す状態で、まず、スパッタ電源４Ａが動作を開始し、ターゲット３０Ａにより基板９Ｘに対して成膜が行われる。即ち、薄膜ａが作成される。この成膜の際、主回転機構が動作し、三つのターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが基準軸Ａを中心として時計回りの向きに一体に回転する。
【００４３】
そして、ターゲット３０Ａが基板９Ｘの前を通り過ぎた後、図９（２）に示すように、ターゲット３０Ｂの時計回り側の縁が正面視で基板９Ｘの中心付近に位置すると（即ち、カソードユニット３が１２０度時計回りに回転すると）、今度はスパッタ電源４Ｂが動作を開始する。この結果、基板９Ｘに対してターゲット３０Ｂによる成膜、即ち薄膜ｂの作成が開示される。
ターゲット３０Ｂによる基板９Ｘに対する成膜は、ターゲット３０Ｂが基板９Ｘの前を通り過ぎるまで続く。そして、カソードユニット３がさらに１２０度時計回りに回転し、図９（３）に示すように、ターゲット３０Ｃの時計回り側の縁が正面視で基板９Ｘの中心付近に位置すると、今度はスパッタ電源４Ｃが動作を開始する。この結果、基板９Ｘに対するターゲット３０Ｃによる成膜、即ち薄膜ｃの作成が開始される。
【００４４】
また、図９（３）に示す状態になる前に、ターゲット３０Ａの時計回り側の縁が基板９Ｙの中心付近に位置する。この際、スパッタ電源４Ａが動作しており、従って、基板９Ｙに対するターゲット３０Ａによる成膜、即ち薄膜ａの作成が行われる。尚、図９（２）の状態からこの時までの間、スパッタ電源４Ａは動作を継続していてもよいが、動作を中断して再開した方がターゲット３０Ａの消費量や電力消費量の無駄が無くせるので好適である。ターゲット３０Ａによる基板９Ｙの成膜は、図９（３）になるまで続く。
図９（３）に示す状態からカソードユニット３がさらに１２０度時計回りに回転すると、図９（４）に示す状態となる。この状態になる前に、ターゲット３０Ｂの時計回り側の縁が基板９Ｙの中心付近に位置する状態となる。この時から、基板９Ｙに対するターゲット３０Ｂによる成膜即ち薄膜ｂの作成が開始され、図９（４）に示す状態まで続く。同様に、ターゲット３０Ｂの時計回り側の縁が基板９Ｙの中心付近に位置する状態まで、スパッタ電源４Ｂは一時的に動作を停止させておくことが好ましい。
【００４５】
そして、図９（４）に示す状態からカソードユニット３がさらに１２０度時計回りに回転すると、図９（５）に示す状態となる。この状態になる前に、ターゲット３０Ｃの時計回り側の縁が基板９Ｙの中心付近に位置する状態となる。この時から、基板９Ｙに対するターゲット３０Ｃによる成膜即ち薄膜ｃの作成が開始され、図９（５）に示す状態まで続く。同様に、ターゲット３０Ｃの時計回り側の縁が基板９Ｙの中心付近に位置する状態まで、スパッタ電源４Ｃは一時的に動作を停止させておくことが好ましい。尚、図９（３）の状態の後、ターゲット３０Ａやターゲット３０Ｂが再び基板９Ｘの前を通過するが、この際には、再び薄膜ａ，ｂが基板９Ｘに作成されないよう、スパッタ電源４Ａ，４Ｂは停止される。
図９（１）の状態から図９（５）の状態までの過程で、各基板９Ｘ，９Ｙに薄膜ａ，ｂ，ｃがこの順で積層される。これで成膜チャンバー１における１タクトの動作が終了である。その後、排気系１１が成膜チャンバー１内を再度排気した後、基板保持具９０が移動して基板９が成膜チャンバー１から搬出される。その後、基板保持具９０は、不図示のアンロードロックチャンバーに移動し、基板保持具９０から成膜済みの基板９が回収される。
【００４６】
そして、別の基板９Ｘ，９Ｙを保持した別の基板保持具９０が成膜チャンバー１に搬入されると、同様の動作を繰り返す。尚、次のタクトを開始するまでに、カソードユニット３は、図９（５）に示す状態から２４０度（又は逆向きに１２０度）回転し、図９（１）の状態となっている。
上述したように、本実施形態の装置は、カソードユニット３を回転させながら、各ターゲット３０を順次基板９に対向させることで多層膜が作成される。即ち、ある層の薄膜を作成した後、基板９の搬送動作を介在させることなくすぐに次の層の薄膜が同一の成膜チャンバー１内で作成される。このため、生産性が高く、装置の占有面積の増大も抑制され、界面に汚染層が形成される問題もない。そして、遮蔽具３９やシールド板３９１がターゲット３０の相互汚損を防止するので、この点でも多層膜の品質が低下することもない。
【００４７】
そして、カソードユニット３の回転の際、正面視において、ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの中心点が描く軌跡（即ち、基準円周ＳＣ）上に基板９Ｘ，９Ｙの中心点が位置するので、膜厚や膜質の点でより均一な薄膜が基板９の表面に作成される。但し、ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃや基板９Ｘ，９Ｙの大きさによっては、基板９Ｘ，９Ｙが正面視で基準円周ＳＣ上に位置していなくても均一な成膜が行える。つまり、均一な成膜のためには、正面視で、基板９Ｘ，９Ｙがターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃからはみ出さないようになっていれば良い。この点について、図１０を使用して一般的に説明する。図１０は、成膜の均一性の基板配置位置に対する依存性について示した正面概略図である。均一な成膜のためには、基準軸Ａに沿った方向で見た際、基板９がある領域内で保持されていれば足りる。図１０は、この領域を示している。図１０において、Ｌ１及びＬ２は、回転するターゲット３０上の二点によって描かれる軌跡である。このうち、軌跡Ｌ１は、基準軸Ａに最も近い点によって描かれる軌跡である。軌跡Ｌ２は、基準軸Ａから最も遠い点によって描かれる軌跡である。図１０（１）に示すように、基準軸Ａに沿って見た際、軌跡Ｌ１と軌跡Ｌ２によって形成される内に基板９が位置していれば、基板９はターゲット３０からはみ出していないので、均一な成膜が行える。一方、図１０（２）に示すように、軌跡Ｌ１及び軌跡Ｌ２によって形成される領域内に基板９が位置していないと、均一な成膜は難しくなる。従って、基板保持具９０や搬送機構は、図１０（１）に示す関係を満足するよう設計されることが望ましい。
【００４８】
尚、上記ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの回転の際、各磁石機構５も公転即ちターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとともに回転する。これには、マグネトロンスパッタリングを常に達成しつつ多層膜を作成できるようにする技術的意義がある。
また、磁石機構５が公転に加え自転もするようになっている点は、エロージョンの均一化によりターゲット３０を長寿命化させる効果がある。周知のように、スパッタを繰り返すうちにターゲット３０は侵食（エロージョン）され、徐々に厚さが薄くなる。エロージョンの進行度合いは、ターゲット３０の表面方向で均一ではなく、スパッタ放電が効率良く行われる所では速く進行し、効率良く行われない所では遅く進行する。そして、スパッタ放電の効率は磁石機構５による磁界の分布に依存する。従って、磁石機構５が自転しない場合、磁界強度の高い所ではエロージョンは速く、磁界強度の低い所では遅くなってしまう。このため、磁界強度の高い所ではエロージョンがターゲット３０の厚さ程度まで進行してターゲット３０の寿命が来た場合でも、磁界強度が低い所ではまだかなりの厚さが残っている場合がある。この状態でもターゲット３０は交換しなければならず、残った部分のターゲット３０の材料は成膜に使用されず、無駄に廃棄されてしまう。
【００４９】
しかしながら、本実施形態のように磁石機構５が自転する場合、磁界強度を時間的に均一にする（即ち、時間積分した磁界強度はターゲット３０の面方向で均一になる）ので、ターゲット３０のエロージョンも均一に進行する。このため、ターゲット３０の寿命を長くし、無駄になるターゲット３０の材料を減らすことができる。
尚、前述したように、本実施形態の装置では、副回転機構が主回転機構の回転動力を利用して各磁石機構５を自転させている。この構成は、回転駆動源及び回転駆動の導入系を一つにして、機構を全体に簡略にする技術的意義がある。
【００５０】
また、電力供給系が各ターゲット３０に供給する電力を独立して制御できるようになっている点は、各成膜の特性に応じて成膜条件を独立して調整することで多層膜の作成を最適化する技術的意義がある。例えば、ある層の薄膜については材料の特性等から成膜速度が遅くなり易い場合、そのターゲット３０をスパッタするスパッタ電源４の出力を他のスパッタ電源４より大きくするようにする。
尚、上記の点は、磁石機構５についても同様に言える。即ち、磁石機構５として電磁石からなるものを使用し、各磁石機構５での通電電流を独立して制御するようにする。これによって各層の薄膜の成膜条件を最適化できる。
【００５１】
次に、第二の実施形態の多層膜作成装置について説明する。
図１１は、第二の実施形態の多層膜作成装置の要部を示す図であり、第二の実施形態におけるカソードユニット３の詳細を示す側面断面概略図である。
前述した第一の実施形態では、カソードユニット３が回転しながら各スパッタ電源４が動作して成膜が行われた。一方、この第二の実施形態では、成膜の合間ではカソードユニット３は回転するものの、成膜時にはカソードユニット３は静止しており、各基板９Ｘ，９Ｙに対してターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが静止対向しながら成膜が行われるようになっている。
【００５２】
第二の実施形態の装置は、第一の実施形態と各部の構成はほぼ同じである。但し、主回転機構及び副回転機構の構成が若干異なっている。具体的に説明すると、図１１に示すように、この実施形態においても、回転駆動源３５１の出力軸には、フランジ側ギヤ歯に噛み合うギヤ歯を持つ駆動ギヤ３５２が連結されている。回転駆動源３５１が駆動されると、駆動ギヤ３５２を介して主ホルダー３１が基準軸Ａの周りに回転する。これにより、各ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが一体に基準軸Ａの周りに回転する。
【００５３】
一方、ベース板３００には、図４に示すようなギヤホルダー３６０や静止ギヤ３６２は取り付けられておらず、ベース板３００には、ギヤホルダー３６０と同様の形状の静止円筒体３６４が取り付けられている。そして、静止円筒体３６４と各磁石機構５とは切り離されており、第一の実施形態のように連結されてはいない。
そして、各磁石機構５を自転させる副回転機構は、それぞれの磁石機構５に接続された内部回転駆動源５４によって構成されている。各内部回転駆動源５４は、図４に示す軸棒３６３及びそれを取り囲むベアリング７に代えて設けられており、軸棒３６３と同様に水平な回転軸の周りに各磁石機構を回転させるものとなっている。尚、内部回転駆動源５４は、主ホルダー３１に対して取り付けられており、主ホルダー３１の回転とともに公転するようになっている。
【００５４】
図１２は、図１１に示す第二の実施形態における成膜時の各ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと基板９Ｘ，９Ｙとの位置関係について説明する正面概略図である。前述したように、本実施形態の装置は静止対向型である。図１２に示すように、成膜時には、正面視で、二枚の基板９Ｘ，９Ｙは中心点が三つのターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのうちの二つの中心点とそれぞれ一致する位置で基板保持具９０は静止するようになっている。
【００５５】
次に、上記構成に係る第二の実施形態の装置の動作について説明する。説明の都合上、三つの磁石機構をそれぞれ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとする。また、三つの内部回転駆動源を、５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃとする。
第一の実施形態の場合と同様に、二枚の基板９を保持した基板保持具９０が成膜チャンバー２内に搬入され、図１２に示す位置で停止する。この状態で、まず基板９Ｘに対向したターゲット３０Ａのスパッタ電源４Ａが動作し、基板９Ｘに薄膜ａが作成される。他のスパッタ電源４Ｂ，４Ｃは停止したままである。この際、主ホルダー３１は静止したままであるが、ターゲット３０Ａの背後の磁石機構５Ａは内部回転駆動源５４Ａにより回転する。
【００５６】
所定の成膜時間が経過した後、スパッタ電源４Ａ及び内部回転駆動源５４Ａが停止する。そして、主回転機構が動作し、カソードユニット３を全体に１２０度時計回りに回転させて停止させる。この結果、基板９Ｘには、ターゲット３０Ｂが同軸上に位置して対向する状態となる。この状態で、スパッタ電源４Ｂが動作し、基板９Ｘに薄膜ｂが作成される。この際、ターゲット３０Ｂの背後の磁石機構５Ｂを回転させる内部回転駆動源５４Ｂが動作する。尚、他のスパッタ電源４Ａ，４Ｃ及び他の内部回転駆動源５４Ａ，５４Ｃは、停止したままである。
【００５７】
所定の成膜時間が経過した後、スパッタ電源４Ｂ及び内部回転駆動源５４Ｂが停止する。そして、主回転機構が動作し、カソードユニット３を全体に１２０度時計回りに回転させて停止させる。この結果、基板９Ｘにはターゲット３０Ｃが同軸上に位置して対向するとともに、基板９Ｙにはターゲット３０Ａが同軸上に位置して対向する状態となる。
この状態で、スパッタ電源４Ｃ及びスパッタ電源４Ａが動作し、基板９Ｘに対して薄膜ｃが作成されるとともに、基板９Ｙに対して薄膜ａが作成される。この際、ターゲット３０Ｃの背後の磁石機構５Ｃが内部回転駆動源５４Ｃにより回転し、ターゲット３０Ａの背後の磁石機構５Ａが内部回転駆動源５４Ａにより回転する。尚、スパッタ電源４Ｂ及び内部回転駆動源５４Ｂは停止したままである。
【００５８】
所定の成膜時間が経過した後、スパッタ電源４Ｃ，４Ａ及び内部回転駆動源５４Ｃ，５４Ａが停止する。そして、主回転機構が動作し、カソードユニット３を全体に１２０度時計回りに回転させて停止させる。この結果、基板９Ｙにターゲット３０Ｂが同軸上に位置して対向した状態になる。この状態で、スパッタ電源４Ｂが動作し、基板９Ｙに薄膜ｂが作成される。この際、ターゲット３０Ｂの背後の磁石機構５Ｂを回転させる内部回転駆動源５４Ｂが動作する。尚、他のスパッタ電源４Ａ，４Ｃ及び他の内部回転駆動源５４Ａ，５４Ｃは、停止したままである。
【００５９】
所定の成膜時間が経過した後、スパッタ電源４Ｂ及び内部回転駆動源５４Ｂが停止する。そして、主回転機構が動作し、カソードユニット３を全体に１２０度時計回りに回転させて停止させる。この結果、基板９Ｙにターゲット３０Ｃが同軸上に位置して対向した状態になる。この状態で、スパッタ電源４Ｃが動作し、基板９Ｙに薄膜ｃが作成される。この際、内部回転駆動源５４Ｃが動作し、ターゲット３０Ｃの背後の磁石機構５Ｃを回転させる。尚、他のスパッタ電源４Ａ，４Ｂ及び他の内部回転駆動源５４Ａ，５４Ｂは、停止したままである。
【００６０】
所定の成膜時間が経過すると、二つの基板９Ｘ，９Ｙに対する成膜がすべて終了し、基板保持具９０は成膜チャンバー２外に搬出される。そして、次の基板９Ｘ，９Ｙが搬入されるまでの間に、カソードユニット３は全体に２４０度時計回りに回転し、当初の姿勢に復帰する。
【００６１】
この第二の実施形態では、成膜時に、ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが基板９Ｘ，９Ｙに同軸上に静止対向するので、常時回転させながら成膜する第一の実施形態に比べ、成膜の制御性等の点で優れている。そして、ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが静止中にも磁石機構５Ａ，５Ｂ，５Ｃが回転するので、エロージョンの均一化の効果は同様に得られる。
この第二の実施形態では、各磁石機構５Ａ，５Ｂ，５Ｃの背後にそれぞれ内部回転駆動源５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃを設けたが、一つの回転駆動源によって各磁石機構５Ａ，５Ｂ，５Ｃを同時に回転させるようにしても良い。例えば、第一の実施形態と同様に従動ギヤ３６１と静止ギヤ３６２とを設ける。そして、静止ギヤ３６２を回転駆動源３５１とは別に設けられた回転駆動源で回転させ、静止ギヤ３６２及び従動ギヤ３６１を介して各磁石機構５を同時に回転させる。この際、主ホルダー３１が従動して回転しないよう、回転駆動源３５１は逆向きのトルクを発生させる。
【００６２】
上記各実施形態において、基板保持具９０が二枚の基板９を同時に保持するものである点は何ら限定的ではなく、一枚のみでも良いし、三枚又はそれ以上でも良い。尚、基板保持具９０が三枚の基板９を保持するものである場合には、各基板９の中心点が１２０度ずつ離れて保持されることが好ましい。また、各実施形態においては、いずれかのスパッタ電源４が動作しないアイドル状態があったが、多層膜作成のプロセス内容によってはアイドル状態が無いかより短い場合もある。尚、上述した多層膜作成装置は、磁気記録媒体の他、ＬＳＩ、液晶ディスプレイ、プレズマディスプレイ等の製造に用いることができる。
【００６３】
磁気記録媒体や磁気ヘッドなどの製造においては、いわゆる層間結合構造を有する多層膜を形成することがあるが、上記各実施形態の装置は、この分野にも応用することができる。例えば、磁気記録媒体（長手方向記録も含む）の製造においては、見かけ上、磁気記録層の厚さを薄くしながら、熱ゆらぎの問題を解消するため、物理的な磁気記録層の体積を大きく（厚さを厚く）することがある。具体的には、例えば、ルテニウムのような膜を間に挿入しながらＣｏＣｒ膜のような磁性膜を多数積層した構造の磁気記録層が採用されることがある。最上層のＣｏＣｒ膜の磁化量は下側の各層に比べて少し大きく設定されるとともに、その下側の各層のＣｏＣｒ膜はＲｕ膜を介して層間反強磁性結合するようにする。層間反強磁性結合している多層ＣｏＣｒ膜により全体の磁気記録層の体積がかせげるので、熱ゆらぎの問題が解消できる。各実施形態の装置は、このような層間結合をさせる多層膜の形成にも効果的に使用できる。
【００６４】
次に、垂直磁気記録媒体の製造に関する発明の実施形態について説明する。
図１３は、実施形態の方法及び装置により製造される垂直磁気記録媒体の断面概略図である。
図１３に示す垂直磁気記録媒体は、ディスク状の基板９と、基板９上に形成された磁気記録層とより成っている。磁気記録層は、基板９に垂直な方向での磁化により記録が行われる垂直磁化膜９０１より成っている。そして、本実施形態の磁気記録媒体は、図１３中に拡大して示すように、垂直磁化層９０１が、二種の層９０２，９０３を交互に積層した多層膜から構成されている。
【００６５】
積層された二種の薄膜９０２，９０３は、いわゆる人工格子を構成するものである。二種の薄膜を積層することによる形成した垂直磁化層は、人工格子と呼ばれている。これは、単原子ないし二原子分程度の薄い二種の磁性膜を交互に積層したものである。人工格子によると、積層方向（膜の厚さ方向）での保磁力が大きくなる磁気異方性が高く得られる。この理由は、ある層の粒子とその層を挟む上下の別の層の粒子との交換相互作用により、層間方向での磁気モーメントが層の面方向に比べて強くなることによるものと考えられている。人工格子より成る垂直磁化層は、他のものに比べて垂直磁気異方性が高く、いわゆる角形比が大きいので、垂直磁気記録媒体用として有望視されている。
【００６６】
垂直磁気記録媒体用の人工格子としては、例えばＣｏ膜とＰｄ膜を交互に積層したもの、Ｃｏ膜とＰｔ膜を交互に積層したもの等が知られている（図１３に示す例はＣｏ／Ｐｄ）。また、Ｃｏ膜の代わりにＣｏＢのようなＣｏ系膜（合金膜又は化合物膜）を使用する場合（例えばＣｏＢ／Ｐｄ）もあるし、Ｆｅ膜又はＦｅ系膜をＣｏ膜の代わりに使用する場合もある。しいずれにしても、垂直磁気異方性が高い磁気特性の良い垂直磁化層を形成するには、一層の膜を薄くし、なるべく多く積層することが好ましい。
【００６７】
この他、図１３に示すように、基板９と垂直磁化層９０１の間に裏打ち層９０４を有する。裏打ち層９０４は、磁気記録の際の磁気ヘッドによる磁界を垂直磁化層中でより垂直になるようにするものである。また、基板９と裏打ち層９０４との間、及び、裏打ち層９０４と垂直磁化層９０１との間に、下地層９０５，９０６を有する。下地層９０５，９０６は、シード層とも呼ばれ、裏打ち層９０４や垂直磁化層９０１の結晶化度や配向特性等を制御するためのものである。また、垂直磁化層９０１の上には保護層９０７が形成されている。
【００６８】
図１３に示す垂直磁気記録媒体は、多層膜作成装置を使用して製造することができる。即ち、前述した各実施形態の多層膜作成装置は、垂直磁気記録媒体製造装置の発明の実施形態にも該当する。
図１３に示す二種の薄膜９０２，９０３を第一薄膜９０２，第二薄膜９０３とする。例えば、図９において、ターゲット３０Ａは第一薄膜９０２用、ターゲット３０Ｂは第二薄膜９０３用、ターゲット３０Ｃは第一薄膜９０２用とする。カソードユニット３を回転させながら、基板９Ｘに対してターゲット３０Ａにより第一薄膜９０２を形成した後、ターゲット３０Ｂにより第二薄膜９０３を形成し、その後ターゲット３０Ｃにより第一薄膜９０２を形成する。これで終了ではなく、カソードユニット３の回転を続け、第一薄膜９０２の形成と第二薄膜９０３の形成とを交互に行う。もう一つの基板９Ｙについても、基本的に同様である。尚、第一薄膜９０２が二つのターゲット３０Ａ，Ｃで継続して形成されることになるので、この場合にはそれらのスパッタ電源４Ａ，４Ｃの出力を低下させる等して膜厚を調整する。
【００６９】
このようにして、カソードユニット３を回転させながら、第一薄膜９０２と第二薄膜９０３とから成る層を所定数積層し、人工格子を形成する。このようにすると、基板９の搬送動作を介在させることなく、第一薄膜９０２の形成してからすぐに第二薄膜９０３が同一の成膜チャンバー１内で形成される。従って、生産性が高く、装置の占有面積の増大も抑制され、界面に汚染層が形成される問題もない。特に、人工格子では、層間の交換相互作用を利用するので、層の界面に汚染層が形成されると、垂直磁気異方性が低下したり、磁気特性が悪くなったりする問題があるが、本実施形態によれば、このような問題はない。また、遮蔽具３９やシールド板３９１がターゲット３０の相互汚損や別のターゲット３０からのスパッタ粒子の混入を防止するので、この点でも人工格子の品質が高く得られる構成となっている。
【００７０】
尚、上記実施形態では、二つのターゲット３０Ａ，３０Ｃを第一薄膜９０２用とし、一つのターゲット３０Ｂを第二薄膜９０３用としたが、ターゲットを二つだけ設けて、一方を第一薄膜９０２用、他方を第二薄膜９０３用としても良い。また、三つのターゲットがある場合でも、一つのターゲットを休止させて二つのターゲットのみで成膜を行ってもよい。さらに、四つのターゲットを設けて、その二つを第一薄膜９０２用、残りの二つを第二薄膜９０３用としてもよい。
尚、上述した各実施形態では、複数のスパッタ電源４を設けて、各々のターゲット３０にそれぞれ電圧を印加したが、複数のターゲット３０で一つのスパッタ電源４を共用する場合もある。従って、スパッタ電源４は少なくとも一つあれば足りる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１又は請求項２記載の発明によれば、生産性が高く、装置の占有面積の増大も抑制され、界面に汚染層が形成される問題もない。また、膜厚や膜質の点でより均一な薄膜より成る多層膜が、基板に作成される。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、マグネトロン放電によって高効率かつ高速のスパッタが行えるのに加え、磁石機構がターゲットと一体に回転するので、さらに均一な成膜が行えたり、磁界の効果を無駄なく使用したりできる効果が得られる。その上、磁石機構による磁界がターゲットの中心軸に対して非対称であるとともに、磁石機構がターゲットの中心軸の周りに回転するので、ターゲット上のエロージョンが均一になる。このため、ターゲットを長寿命化させることができる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、副回転機構が主回転機構の回転動力により磁石機構を回転させるので、回転導入のための機構が簡略化される。
また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に加え、遮蔽具がターゲットの相互汚損を防止するので、この点でも多層膜の品質が低下することもない。
また、請求項１１又は請求項１２記載の発明によれば、垂直磁気記録媒体の製造において、生産性が高く、装置の占有面積の増大も抑制される。そして、人工格子を構成する薄膜の界面に汚染層が形成される問題がないので、垂直磁気異方性が高く磁気特性の優れた垂直磁気記録媒体が製造できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施形態の多層膜作成装置の断面概略図である。
【図２】図１に示す装置における基板保持具９０の構成を説明する正面概略図である。
【図３】図１に示す装置における基板保持具９０の構成を説明する側断面概略図である。
【図４】図１に示すカソードユニット３の詳細を示す断面図である。
【図５】ターゲット３０の形状や配置位置等を説明する側面概略図である。
【図６】冷媒の導入排出位置及び給電位置について説明する側面概略図である。
【図７】図１乃至図６に示す実施形態の装置における成膜時の各ターゲット３０と基板９との位置関係について説明する正面概略図である。
【図８】図１及び図４に示す遮蔽具３９の正面概略図である。
【図９】図１乃至図８に示す装置における多層膜の作成について示した図である。
【図１０】成膜の均一性の基板配置位置に対する依存性について示した正面概略図である。
【図１１】第二の実施形態の多層膜作成装置の要部を示す図であり、第二の実施形態におけるカソードユニット３の詳細を示す側面断面概略図である。
【図１２】図１１に示す第二の実施形態における成膜時の各ターゲット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと基板９Ｘ，９Ｙとの位置関係について説明する正面概略図である。
【図１３】実施形態の方法及び装置により製造される垂直磁気記録媒体の断面概略図である。
【符号の説明】
１  成膜チャンバー
１１  排気系
１２  ガス導入系
３  カソードユニット
３０  ターゲット
３５１  回転駆動源
４  スパッタ電源
５  磁石機構
９  基板
９０  基板保持具
【図１】
0004460209.tif 000002
【図２】
0004460209.tif 000003
【図３】
0004460209.tif 000004
【図４】
0004460209.tif 000005
【図５】
0004460209.tif 000006
【図６】
0004460209.tif 000007
【図７】
0004460209.tif 000008
【図８】
0004460209.tif 000009
【図９】
0004460209.tif 000010
【図１０】
0004460209.tif 000011
【図１１】
0004460209.tif 000012
【図１２】
0004460209.tif 000013
【図１３】
0004460209.tif 000014