(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜する基板を挟んで対向して配設された一対又は複数対のカソードを備えた磁性薄膜の両面同時成膜装置であって、
各カソードは、成膜すべき磁性材料よりなるターゲットと、ターゲットを通して基板に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットとを具備し、
各カソードに具備されたマグネットは、基板に垂直な回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであるとともにこの回転軸の周りに各マグネットを回転させる回転駆動機構が付設されており、さらに、この回転駆動機構は、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させるものであり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置していることを特徴とする磁性薄膜の両面同時成膜装置。
【請求項２】
前記各マグネットの回転速度を検出する検出機構を備え、この検出機構の検出結果に従って各マグネットの回転速度をフィードバック制御する制御部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁性薄膜の両面同時成膜装置。
【請求項３】
成膜すべき磁性材料からなるターゲットを前面に備えるとともにターゲットから前方の空間に磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットを具備したカソードを、成膜する基板を挟んで対向して配設し、カソードに所定の電圧を与えてスパッタリングにより基板の両面に同時に磁性薄膜を作成する磁性薄膜の製造方法において、
前記マグネットは基板に垂直な方向の回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであり、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させながら前記スパッタリングにより成膜を行う方法であり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置していることを特徴とする磁性薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記各マグネットの回転速度を検出し、その検出結果に従って回転速度をフィードバック制御しながら成膜を行うことを特徴とする請求項３記載の磁性薄膜の製造方法。
【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、ハードディスク等の磁気記録媒体を製作する際に必要な磁性薄膜の成膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用の記録媒体として多用されているハードディスク等の磁気記録媒体は、円盤状の基板の両面に磁性薄膜を含む多層膜を作成することにより製作される。具体的には、アルミニウム等の非磁性材料よりなる基板に対して、まずリン化ニッケル（ＮｉＰ）メッキ等の表面硬化、表面研磨、テクスチャー形成等の表面処理を順次を行い、その上に下地膜としてＣｒ膜又はＣｒ合金膜を作成する。その後、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＣｒＰｔＴａ又はＣｏＣｒＰｔＴａＮｉ等の磁性薄膜を作成し、その上に磁気ヘッドの摩擦のための潤滑膜を作成する等の工程を経て、最終的に磁気記録媒体が製作される。
【０００３】
上記工程のうち、下地としてのＣｒ膜又はＣｒ合金膜やＣｏＮｉＣｒ等の磁性薄膜の成膜は、スパッタリングによって行われるのが一般的である。スパッタリングの方式としては、磁気記録特性の向上のため、基板がカソードの前を通過しながら成膜が行われる通過成膜方式から、基板とカソードとが静止対向したまま成膜が行われる静止対向成膜方式に変わってきている。
【０００４】
図８は、このような磁性薄膜の成膜に用いられる従来の両面同時成膜装置及び方法の説明図である。
まず、スパッタリングはマグネトロンスパッタによって行われるのが一般的であり、マグネトロン陰極を使用する。図８に示す両面同時成膜装置は、不図示の真空容器内にマグネトロン陰極であるカソード１を配設する。この場合、両面同時成膜が達成されるよう、カソード１は、図８に示すように、成膜する基板２を挟んで一対のものが対向して配設される。
【０００５】
マグネトロン陰極であるカソード１は、成膜すべき材料よりなるターゲット１１と、ターゲット１１を通して基板２に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネット１２とを具備している。マグネット１２は、円柱状の中心磁石１２１と、中心磁石１２１を所定の間隙をもって取り囲むようにして配設されたリング状の周辺磁石１２２と、中心磁石１２１と周辺磁石１２２とを繋ぐようにして背後に設けられた円板状のヨーク１２３とから主に構成されている。中心磁石１２１と周辺磁石１２２とは、その前面の磁極が異なるよう構成されており、カソード１の前方に弧状の磁力線を設定するようになっている。
【０００６】
そして、カソード１にはスパッタ電源３が接続されており、所定の負の高電圧等のスパッタリングに必要な電圧をカソード１に印加するようになっている。
また、各々のマグネット１２の前側には、バッキングプレート１３を介在させてターゲット１１が配設されている。ターゲット１１は、成膜する薄膜の材料に応じて選定された材料の板状の部材である。またバッキングプレート１３はターゲット１１を所定の位置に配設するためのものである。
【０００７】
また、図８の装置は、基板２と各カソード１の間の空間に所定の放電用ガスを導入する不図示のガス導入手段を備えている。放電用ガスとしては、アルゴン等のスパッタ率の高い不活性ガスが用いられる。
【０００８】
図８に示す装置の動作を説明しながら、従来の両面同時成膜方法について説明する。図８に示すように、成膜する基板２は、不図示の基板搬送系によって、対向するカソード１の間の位置に配置される。この状態でガス導入系が動作して所定の流量で放電用ガスが基板２とカソード１の間の空間に導入される。
そして、スパッタ電源３が動作して各カソード１に所定の電圧が印加され、導入された放電用ガスがこの電圧による電界によってイオン化し、イオンがターゲット１１をたたくことによってスパッタ放電が生じる。放電の過程でスパッタされたターゲット１１の材料は、基板２に向けて飛行し、基板２の表面に付着して堆積することで成膜が行われる。
例えばＣｏＮｉＣｒよりなる磁性薄膜を作成する場合、ＣｏＮｉＣｒよりなるターゲット１１を使用してスパッタリングを行う。
【０００９】
上述した従来の装置及び方法において、特定の目的でマグネット１２を回転させながらスパッタリングを行う場合がある。この場合、図８に示すようにマグネット１２に回転駆動機構４を付設して回転させるが、各回転駆動機構４は、同じ向きにマグネット１２を回転させる。つまり、図８に示すように、各々のマグネット１２の回転は、基板２に垂直な一方の向きから見た場合、互いに逆向きとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決しようとする課題は、磁性薄膜の成膜において、保磁力等の磁気特性の面内分布を向上させることにある。即ち、例えば前述したハードディスク等の磁気記録媒体では、記録面上の円周方向等において均一な磁気特性分布を持つことが要求される。この場合、例えば円周方向の保磁力分布が不均一になると、円周方向の出力分布を意味するモジュレーション特性（エンベローブともいう）が悪化することが知られている。モジュレーション特性の悪化は、磁気記録媒体に書き込んだ情報を消去する際、消去後に残留磁気が不均一に分布し、消去後の記録面からの出力が円周方向で分布をもってしまう問題を招く。さらには、モジュレーション特性の悪化は、磁気記録媒体に情報を書き込んだり磁気記録媒体から情報を読み出したりするときのエラー率の上昇にもつながる。
本願発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、磁気特性の面内分布が改善される磁性薄膜の両面同時成膜装置及び方法を提供して、磁気記録媒体等の性能改善に寄与することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、成膜する基板を挟んで対向して配設された一対又は複数対のカソードを備えた磁性薄膜の両面同時成膜装置であって、各カソードは、成膜すべき磁性材料よりなるターゲットと、ターゲットを通して基板に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットとを具備し、各カソードに具備されたマグネットは、基板に垂直な回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであるとともにこの回転軸の周りに各マグネットを回転させる回転駆動機構が付設されており、さらに、この回転駆動機構は、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させるものであり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置しているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記各マグネットの回転速度を検出する検出機構を備え、この検出機構の検出結果に従って各マグネットの回転速度をフィードバック制御する制御部が設けられているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、成膜すべき磁性材料からなるターゲットを前面に備えるとともにターゲットから前方の空間に磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネットを具備したカソードを、成膜する基板を挟んで対向して配設し、カソードに所定の電圧を与えてスパッタリングにより基板の両面に同時に磁性薄膜を作成する磁性薄膜の製造方法において、
前記マグネットは基板に垂直な方向の回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものであり、対を構成するカソードに具備された各マグネットを、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転させながら前記スパッタリングにより成膜を行う方法であり、
前記マグネットは、中心磁石と、中心磁石を取り囲む異極性の周辺磁石とを備えており、中心磁石は、径の異なる半円柱部を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石は、径の異なる二つの半円筒状の部材を同心状に向かい合わせて配置した構成であり、径の大きい方の半円筒部は径の大きい方の半円柱部の外側に位置し、径の小さな方の半円筒部は径の小さい方の半円柱部の外側に位置しているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記各マグネットの回転速度を検出し、その検出結果に従って回転速度をフィードバック制御しながら成膜を行うという構成を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る磁性薄膜の両面同時成膜装置の主要部の概略構成を示すとともに実施形態に係る両面同時成膜方法について説明する図である。
【００１３】
図１に示す磁性薄膜の両面同時成膜装置は、不図示の真空容器内に成膜する基板２を挟んで対向して配設された一対のカソード１と、各々のカソード１にスパッタ放電のための電圧を印加するスパッタ電源３と、各カソード１と基板２との間の空間に放電用ガスを導入する不図示のガス導入系と、各カソード１に具備されたマグネット１２を後述のような方式で回転させる回転駆動機構４と、各マグネット１２の回転速度もしくは回転角度のずれ又はその両方を検出する検出機構５と、検出機構５の検出結果に従って所定のフィードバック制御を行う制御部６とから主に構成されている。
【００１４】
まず、一対のカソード１は、マグネトロン陰極という意味では従来と同様であり、成膜すべき磁性材料よりなるターゲット１１と、ターゲット１１を通して基板２に向けて磁力線を漏出させて磁場を設定するマグネット１２とを具備している。しかしながら、本実施形態のマグネット１２は、基板２に垂直な回転軸４１に対して非対称状の分布の磁場を設定するという点で従来のものとは大きく異なっている。
【００１５】
即ち、本実施形態におけるマグネット１２は、従来のものと同様に中心磁石１２１とこれを取り囲む異極性の周辺磁石１２２とを有するが、中心磁石１２１は、径の異なる半円柱状の部材を平坦な側面を向かい合わせて接合したような形状のものであり、周辺磁石１２２は、径の異なる半円筒状の部材を図１に示すように同心状に向かい合わせて配設した構成である。これら中心磁石１２１及び周辺磁石１２２は、板状のヨーク１２３の表面に固定されており、ヨーク１２３は、これらの磁石の形状に合わせて、半周部分の外径が少し小さくなったほぼ円板状の部材になっている。
【００１６】
図２は、図１のカソード１に採用されたマグネット１２の効果についての説明図である。まず、図２（ａ）は、図１に示すマグネット１２の径の大きな部分の中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によって形成される磁力線及びターゲット１１のエロージョン形状を示し、図２（ｂ）は径の小さな部分の中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によって形成される磁力線及びターゲット１１のエロージョン形状を示している。そして、図２（ｃ）は、マグネット１２を回転させた際に実際に得られるターゲット１１のエロージョン形状を示している。
【００１７】
マグネトロンスパッタは、前方に弧状に漏出させた磁力線によってプラズマを閉じ込め、高効率でスパッタ放電を生じさせる。この場合、スパッタによって生じるターゲット１１のエロージョン形状は、磁力線のパターンに依存する。つまり、図２の（ａ）（ｂ）に示すように、径の大きな中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によっては径の大きな位置に強いエロージョンを生じ、径の小さな中心磁石１２１及び周辺磁石１２２によっては、径の小さな位置に強いエロージョンを生じる。
そして、カソード１を回転させると図２（ｃ）に示すように二つのエロージョンが合成され、径方向において広範な領域により均一なエロージョンが生じる。尚、エロージョン領域が拡大することは、ターゲット１１の利用効率の向上に寄与し、均一なエロージョンは膜厚分布等の成膜の均一性に寄与する。
【００１８】
次に、図１に戻り、本実施形態の装置及び方法の大きな特徴点を成す回転駆動機構４、検出機構５及び制御部６の構成について説明する。
本実施形態における回転駆動機構４は、上述の通り、エロージョン領域の拡大とエロージョンの均一化のため、基板２に垂直な方向の回転軸４１の周りにカソード１を回転させるようになっている。この際、本実施形態の装置及び方法では、基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きに且つ同じ回転速度で回転させている。
【００１９】
具体的には、本実施形態における回転駆動機構４は、カソード１の背面に接続された回転軸４１と、この回転軸４１に連結されたモータ４２とから主に構成されている。
回転軸４１は、上記半円柱状の部材からなる中心磁石１２１及び半円筒状の部材からなる周辺磁石１２２の中心軸と同軸上に配設されている。そして、回転軸４１を介してマグネット１２を回転させるモータ４２には、本実施形態ではステッピングモータ（パルス制御モータ，パルスモータともいう）が使用され、回転の向きが任意に選択できるとともに、２〜２００ＲＰＭ程度の範囲で回転速度を調整できるものが好適に使用できる。このようなステッピングモータは、例えばオリエンタル社等から市販されている。尚、回転されるのはマグネット１２のみであり、ターゲット１１は回転されず静止した状態を保つ。
【００２０】
一方、検出機構５としては、本実施形態では反射型のフォトセンサが使用されている。フォトセンサは、各々のマグネット１２に対して設けられており、マグネット１２の裏側からヨーク１２３の周端部分に光をあてる発光素子５１と、ヨーク１２３に反射した光を受光する受光素子５２とから構成されている。
図１から分かるように、ヨーク１２３は、その半周部分は径が小さくなって半円環状の切り欠きが設けられたようになっている。従って、マグネット１２の回転のうちの半周期では発光素子５１からの光は反射されず、他の半周期においてヨーク１２３に反射されて受光素子５２で受光されるようになっている。
【００２１】
この検出機構５は、各マグネット１２の回転速度及び回転角度を独立して検出できるようになっている。即ち、上述の通り受光素子５２の受光状態は周期的に変化するので、この周期から各々のマグネット１２の回転速度が検出できる。また、１８０度毎に受光と遮光とが交互に繰り返されるので、受光から遮光（又はその逆）へ切り替わった時点からの何パルス回転したかによって回転位置が検出できる。そして、二つの検出機構５の検出結果を比べることにより、二つのマグネット１２の回転角度のずれも検出することができる。
【００２２】
次に、上記検出機構５からの検出結果に従ってマグネット１２の回転を制御する制御部６について説明する。
図１に示す通り、制御部６は、各々のモータ４２にパルス駆動信号を送るパルス制御ドライバ６１と、パルス制御ドライバ６１に対し制御信号を送るドライバコントローラ６２と、回転の条件を設定してドライバコントローラ６２に送るプログラマブルコントローラ６３と、各々のパルス制御ドライバ６１に対しクロックパルスを供給するクロック発振器６４とから主に構成されている。
【００２３】
まず、プログラマブルコントローラ６３は、各モータ４２の回転の向き、回転速度、二つのマグネット１２の回転角度のずれ（以下、位相角）等の条件を設定するものであり、これらの条件を予め記憶したＲＯＭ又は入力パネル等の外部入力手段からの入力に従って条件を記憶するＲＡＭ等の記憶手段を有している。
【００２４】
ドライバコントローラ６２は、制御部６が行うフィードバック制御にとって主要な役割を果たす部分であり、上述した検出機構５からの検出結果とプログラマブルコントローラ６３から送られる回転の条件とに従って、パルス制御ドライバ６１に所定の制御信号を送るものである。また、装置全体の動作を制御する中央制御部からの制御信号もこのドライバコントローラ６２に送られる。
ドライバコントローラ６２は、プログラマブルコントローラ６３、検出機構５、不図示の中央制御部等からの信号の入力回路、パルス制御ドライバ６１への信号の出力回路、プログラマブルコントローラ６３から送られた回転条件のデータを一時的に記憶する記憶回路、検出機構５から送られた信号を処理して各マグネット１２の回転速度や回転角度を算出する演算回路、演算回路の演算結果結果に従い回転条件を判断する判断回路等を備えている。
【００２５】
パルス制御ドライバ６１は、ドライバコントローラ６２からの指令に従い、モータ４２に駆動パルス列を送って回転させるものであり、回転のためのパルス列を作成するパルス列作成回路と、作成されたパルス列を分配してステッピングモータの各励磁コイルに供給する分配回路等から構成されている。尚、各々のパルス制御ドライバ６１には、同一のクロック発振器６４からのクロックパルスが送られており、各パルス制御ドライバ６１は同期してパルス列を作成してモータ４２に供給するようになっている。
【００２６】
次に、上記制御部６の動作について説明する。
まず、図１に示す所定の位置に基板２が配置されると、これを確認した不図示のセンサの検出信号を受けて中央制御部がドライバコントローラ６２に駆動信号を送る。ドライバコントローラ６２には、各マグネット１２の回転の向き、回転速度、位相角等の条件が予めプログラマブルコントローラ６３から送られおり、中央制御部からの駆動信号を受けた際にこの回転条件に従ってパルス制御ドライバ６１に制御信号を送る。
【００２７】
パルス制御ドライバ６１は、まず二つのマグネット１２を原点復帰させる動作を行う。即ち、所定角度（例えば３６０度）回転させる駆動パルス列を送ってモータ４２を回転させ、反射型フォトセンサよりなる検出機構５の検出結果がどの時点でオンからオフ（又はその逆）に切り替わったかを検出する。これによって、各マグネット１２が回転前に位置していた角度が分かり、送った駆動パルス列に従い回転後にどの回転角度に位置しているかも分かる。そして、プログラマブルコントローラ６３で設定され、ドライバコントローラ６２を介して送られて予め記憶されている原点位置まで、各マグネット１２を回転させる駆動パルス列を算出してモータ４２に送り、各マグネット１２を原点位置に位置させる。
【００２８】
例えば、位相角を１８０度として原点復帰を行う場合、図１に示す一対のマグネット１２のうち、左側のマグネット１２では径の大きな半周部分の周辺磁石１２２の丁度真ん中の周縁部分が最高点に位置する回転角度が原点とされ、右側のマグネット１２では左側のマグネット１２の原点位置を基準としたとき丁度１８０度回転角度がずれている状態即ち径の小さな周辺磁石１２２の丁度真ん中の周縁部分が最高点に位置する状態が原点位置とされる。
【００２９】
原点復帰が完了した後、パルス制御ドライバ６１は、クロック発振器６４から送られるクロックパルスによって同期を取りながら、ドライバコントローラ６２からの制御信号に従い、所定の駆動パルス列をモータ４２に送る。これによって、モータ４２が所定の向きに所定の回転速度で回転を始める。即ち、各励磁コイルへの駆動パルス列の配分に従って回転の向きが決まり、駆動パルス列の周期に従って所定の回転速度で回転が維持される。
【００３０】
成膜時間に応じた所定の時間の経過後、モータ４２の回転は停止される。この回転停止は、プログラマブルコントローラ６３で設定された回転時間に従い送られた所定の数の駆動パルス列の受信終了によって行われる場合もあるし、中央制御部からの駆動停止信号を受けてドライバコントローラ６２がパルス制御ドライバ６１に駆動停止信号を送ってパルス制御ドライバ６１が駆動パルス列の送信を停止すること行われる場合もある。
【００３１】
尚、位相角を所定のものに保つ方法としては、一方のマグネット１２を原点復帰させ、位相角分のタイムラグを持って他方のマグネット１２の回転を開始する方法もある。
【００３２】
さて、本実施形態の装置及び方法では、上記マグネット１２の回転が、同じ回転速度で且つ基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きで行われるようになっている。これは、上記プログラマブルコントローラ６３において、二つのモータ４２が互いに逆向きに且つ同じ速度で回転するよう回転条件を設定することで達成される。そして、ドライバコントローラ６２、パルス制御ドライバ６１を介して、等速で互い逆向きの回転の駆動パルス列を各モータ４２に送ることで、モータ４２は基板２に垂直な一方の向きから見て同じ向きとなり、さらに従って上記原点復帰で設定した位相角が一定に維持された状態で回転するのである。
この等速同向き回転は、カソード１の回転に伴うプラズマの変動を防止して安定したスパッタ放電を生成するのに貢献しており、これによって、磁性薄膜の磁気特性の面内分布の改善が図られている。この点は、後に詳説する。
【００３３】
次に、図１に戻り、装置の構成する他の部材について説明する。
上述した一対のカソード１には、従来と同様にスパッタ電源３が接続されている。スパッタ電源３には、１５００Ｖ程度までの負の高電圧又は周波数１３．５６ＭＨｚで出力２．０ｋＷ程度の高周波をカソード１に印加するものが採用される。
また、基板２は、周縁上の均等な三箇所で基板２を保持するフィンガを備えた不図示の基板搬送系によって搬送されるようになっており、上記一対のカソード１の対向位置の丁度真ん中の位置まで搬送されて静止可能となっている。
【００３４】
また尚、基板２には、所定の基板バイアス電圧を基板２に印加する不図示の基板バイアス電源が付設されている。本実施形態における基板バイアス電源は、基板搬送系のフィンガを介して所定の直流電圧を印加するものである。尚、高周波とプラズマとの相互作用によって所定の負のバイアス電圧が基板２に印加されるよう所定の高周波を基板２に印加するものも、基板バイアス電源として使用可能である。
【００３５】
さらに、各カソード１と基板２との間の空間に放電用ガスを導入する不図示のガス導入系は、アルゴン等の放電用ガスを溜めたガスボンベと、ガスボンベと真空容器とを繋ぐ配管と、配管上に設けられたコンダクタンスバルブ等から構成されている。尚、真空容器内には、基板２と各カソード１の間の空間を臨む所定の位置に先端開口が位置したガス導入管が設けられており、このガス導入管は、真空容器の器壁に気密に貫通した上記配管に接続されている。
【００３６】
次に、上述した本実施形態の両面同時成膜装置の動作を説明しながら、併せて本実施形態の両面同時成膜方法について説明する。
まず、真空容器の器壁に設けられたゲートバルブを通して不図示の基板搬送系が基板２を搬送し、一対のカソード１に挟まれた真ん中の位置に基板２を静止させる。次に、不図示のガス導入系が動作して所定の流量で放電用ガスが導入される。これと並行して、一対のカソード１が前述の通り、基板２に垂直な一方の向きに対して同じ向きの且つ同じ速度の回転を開始する。
【００３７】
この状態で、スパッタ電源３が動作して、各々のカソード１に所定の電圧が印加され、スパッタ放電が生じる。即ち、導入された放電用ガスがイオン化してターゲット１１をたたいてスパッタし、スパッタにより放出された電子がさらに放電用ガスをイオン化して放電が持続される。そして、同様にスパッタにより放出されたターゲット１１の材料（スパッタ粒子）は、基板２に向けて飛行して基板２に付着し堆積し、これによって成膜が行われる。
【００３８】
さて、上述した本実施形態の装置及び方法によると、成膜される磁性薄膜の磁気特性分布が従来に比べ格段に改善される。以下に、この点を詳説する。
図３、図４及び図５は、図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図である。このうち、図３は、基板円周方向の保磁力分布の測定結果を示した図であり、図４は、図３の測定結果が得られた際のバイアス電圧、電流、電力の時間変動を示した図である。また、図５は、図１に示す装置及び方法で製作した磁気記録媒体と従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を比較した図である。
【００３９】
前述したハードディスク等の情報記録媒体では、記録の高密度化に伴い、基板２上に成膜する下地膜や磁性薄膜の膜厚は薄くなる傾向にある。それと同時に、磁気記録層の高保磁力化及び保磁力面内分布の均一化、さらには信号読み出し等の際のノイズの低減等の技術的要求が非常に厳しくなってきている。
このような技術的要求に対応していくため、本願発明者が鋭意研究を行ったところ、８５０Ｍｂｉｔ／(inch)2 程度以上の高密度記録では、保磁力分布等の磁気特性に関する技術的要求に対しては従来の装置及び方法では限界があることが次第に明らかになってきた。そして、このような技術的限界は、上記カソード１を回転させる構成を変更することで解決できることが明らかになった。
【００４０】
磁気特性の面内分布の均一化の限界について、発明者は、カソード１の回転に伴うプラズマのねじれ等の変動が原因になっているのではないかと推測した。つまり、図８に示す従来の装置及び方法では、基板２に垂直な一方の向きに対して二つのマグネット１２は互いに逆の向きに回転する。この場合、基板２の両側に生成されるプラズマは、互いにデバイ距離の以内にある等の原因から互いに影響を及ぼしていると考えられる。
【００４１】
この場合、従来のように一対のマグネット１２が互いに逆向きに回転すると、プラズマは磁力線に捉えられた状態で存在するので、マグネット１２の回転に伴い両側のプラズマがねじれるように擦れていく状態となる。このため、両プラズマ内のプラズマ密度分布や荷電粒子のドリフト運動が極めて不安定に変動すると考えられる。
このようなプラズマの不安定な挙動が、成膜される磁性薄膜の特性に影響を与え、保磁力分布の不均一性等となって現れるものと考えられる。特に、基板２にバイアス電圧を与えてプラズマからある程度の量のイオンを引き出してそのイオンの衝突エネルギーを成膜に利用するイオンアシスト法が頻繁に採用されるが、この場合、プラズマの不安定な挙動に伴って、引き出されるイオンの量も不安定に変化し、これが磁気特性不均一化を助長させていることも予想される。
【００４２】
発明者は、このような分析のもと、一対のマグネット１２の回転を同じ向きに且つ同じ回転速度にすれば、上述のようなプラズマの変動は解消され、磁気特性の面内分布が改善されるのではないかと予測し、幾つかの実験を行った。この結果を示したのが、図３である。
図３の横軸は基板２の円周方向の角度位置を示し、縦軸はその角度位置における保磁力の大きさを示している。図３中の各キャラクターで示された結果から分かる通り、従来例の場合には、保磁力の円周方向の分布は±４．５％程度の大きな強弱を持っている。
【００４３】
これに対し、本実施形態の場合には、円周方向の保磁力の分布は小さな強弱に抑えられ、保磁力分布が均一化されていることが分かる。特に、位相角が０度即ち全く同じ回転角度を維持して二つのマグネット１２が回転する構成では、±０．８％程度の小さな強弱で保磁力が分布し、大きな改善が達成されることが分かる。また、位相角を１８０度とした場合には、保磁力分布を±２．１％程度に抑えつつ２２００〜２３００Ｏｅ程度の大きな保磁力を得ることができ、高保磁力化と保磁力の均一化との両方が達成されることが分かる。
【００４４】
尚、図３の実験において、従来例及び本実施形態１〜３における基板バイアス電圧は−３００Ｖとされ、本実施形態４，５における基板バイアス電圧は０Ｖとされた。
このような実験結果から、発明者の当初の推測は正しいことが確認された。つまり、二つのマグネット１２を等速同向きで回転させることによってプラズマの変動が解消され、この結果、成膜される磁性薄膜の磁気特性分布が均一化されるのである。
【００４５】
また、発明者は、この磁気特性均一化がもたられる原因についてさらに分析するため、成膜中に基板２に基板バイアス電圧を印加し、その電圧によって基板２を通して流れる電流の変化及び電力の変化をモニターした。この結果を示したのが図４である。
図４の（ａ）は本実施形態の装置及び方法における電圧、電流、電力の変化を示す図、（ｂ）は従来の装置及び方法における電圧、電流、電力の変化を示す図である。尚、（ａ）のデータを得た本実施形態の装置及び方法では、位相角は１８０度とされた。
【００４６】
本実施形態及び従来例とも、ＤＣ−３００Ｖ程度のバイアス電圧が基板２に印加された。この基板バイアス電圧は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態及び従来例ともほぼ一定であった。
しかしながら、基板２に流入するイオンによって流れる電流は、従来例の場合には図４（ｂ）に示すように激しく変動しており、この結果、電力も大きく変動している。これに対し、（ａ）に示すように、本実施形態の場合には、電流、電圧とも殆ど変化せず一定であった。
【００４７】
このようなことから、やはり、一対のマグネット１２が逆向きに回転する従来例では、プラズマのねじれや擦れが生じてプラズマの状態が時間的空間的に激しく変動し、プラズマ密度や荷電粒子のドリフト運動が非常に不安定になっていると判断される。
これに対し、一対のマグネット１２が等速同向きに回転する本実施形態では、このようなプラズマの不安定な挙動が現れず、プラズマ密度やドリフト運動は極めて安定したものとなる。つまり、本実施形態では、一対の磁場の位置関係が変化せず二つの磁場は回転系内においては見かけ上静止した状態となる。従って、磁場に捉えられるプラズマも、回転系内において見かけ上静止した状態となり、従来のようなプラズマの変動は原理的に生じないのである。
【００４８】
次に発明者は、本実施形態及び従来例の装置及び方法により製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を実際に測定してみた。この結果を示すのが、図５である。図５は、本実施形態及び従来例のそれぞれの成膜条件とともに、成膜された磁性薄膜の保磁力分布（周方向）とモジュレーション特性を示している。
【００４９】
図５に示す通り、従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体では、モジュレーション特性即ち周方向の出力特性は大きく変動している。一方、本実施形態の装置によれば、出力特性は殆ど変化しておらず、良好なモジュレーション特性が得られていることが分かる。
このように、等速同向きの回転を行う本実施形態の構成によれば、従来見られたプラズマの変動が解消される結果、磁気特性の面内分布が大きく改善され、モジュレーション特性の良好な磁気記録媒体を製作することができるのである。
【００５０】
次に、上述した本実施形態の構成において、上記効果をさらに改善する構成について説明する。
前述した通り、本実施形態では、二つのマグネット１２を等速同向きに回転させる際、同じクロック発振器６４から得られたクロックパルスを使用することで、二つのモータ４２における駆動パルス列の同期を取っている。この構成は、二つのマグネット１２の回転の等速性を高く維持するのに貢献している。
【００５１】
しかしながら、どんなに高精度のクロック発振器６４を使用したとしても、クロック周波数のずれや温度ドリフトなどの原因による前後のクロックパルスのずれを完全に無くすことはできず、これらクロック周波数のずれやクロックパルスのずれ等により二つのモータ４２の回転速度や位相角が僅かにずれることが避けられない。このような回転速度等の僅かなずれにより、二つのマグネット１２の位置関係が少しずつずれていってしまう。即ち、二つのマグネット１２の位相角が一定に維持されなくなる。
【００５２】
このような回転速度のずれによる位相角のずれは、回転速度が高くなったり成膜時間が長くなったりする場合に大きくなり、場合によっては、従来の逆向き回転の場合と同様に、一対のプラズマがねじれや擦れを生じて不安定化する恐れがある。
これを未然に解決する最適な構成として、二つのマグネット１２の回転速度を検出する検出機構５の検出結果を利用して、回転速度や位相角のずれをキャンセルするようフィードバッグ制御する構成が挙げられる。
【００５３】
即ち、前述の通り、検出機構５の検出結果はドライバコントローラ６２にフィードバックされ、ドライバコントローラ６２に設けられた演算回路は、検出機構５からのオンオフ信号を演算処理してマグネット１２の回転速度を算出する。この算出結果は、判断回路に入力される。
一方、前述した通り、プログラマブルコントローラ６３で設定された回転速度の信号はドライバコントローラ６２を介してパルス制御ドライバ６１に送られるが、この信号は判断回路にも予め入力されている。判断回路は、具体的にはＯＰアンプＩＣ等で構成され、予め入力されている回転速度の信号と、算出された実際の回転速度とを比較してこの差が小さくなるよう制御信号を発生させる。
【００５４】
この制御信号によって、パルス制御ドライバ６１へ送られる回転速度の信号が調整され、パルス制御ドライバ６１は、設定されている回転速度になるように駆動パルス列を変更してモータ４２に送る。このようなネガティブフィードバック制御により、モータ４２の回転速度は、当初設定された回転速度に高い精度で維持される。
【００５５】
上記の例のメリットは、ステッピングモータを閉ループ制御する際に、マグネット１２の回転を検出する検出機構５の信号を併用している点である。即ち、ステッピングモータは１パルス毎に一定の角度で回転するモータであるので、通常は開ループ制御で充分であるが、閉ループ制御を行う場合には、ロータリーエンコーダ等の回転検出機構５が必要になる。しかしながら、上記の例によれば、ロータリーエンコーダ等を別途設ける必要はなく、制御系の構成が簡易になってコストも安くなる。
【００５６】
尚、上記の例では、各々のモータ４２の回転速度を各々のフィードバック系によって安定化して回転速度を一定に維持する例であったが、算出された各マグネット１２の回転速度の差を算出し、この差が小さくなるように制御系を動作させることも可能である。
さらに、回転速度ではなく、各マグネット１２の位相角を検出しながらこれを一定に維持する制御を行うことも可能である。
【００５７】
即ち、二つのマグネット１２の位相角即ち回転角度のずれは、反射型フォトセンサよりなる二つの検出機構５から送られるオンオフ信号の位相のずれとなって現れるので、この位相のずれをドライバコンローラ内の回路で求め、判断回路に入力させる。一方、プログラマブルコントローラ６３で設定された位相角の信号は、この判断回路に予め入力されており、実際に検出された位相角と比較し、その差が小さくなるよう制御信号を発生させる。
【００５８】
そして、パルス制御ドライバ６１に送る回転速度の信号をこの制御信号によって調整し、設定された位相角が高い精度で維持されるようにする。具体的には、一方のモータ４２の回転速度は固定し、他方のモータ４２の回転速度を一時的に変更することにより、設定された位相角に復帰させるようにする。尚、一定回転速度の制御系を同時に動作している場合、位相角の制御系と当該モータ４２の一定回転速度の制御系とのコンフリクトが生じるので、位相角の制御系を優先させるようドライバコントローラ６２内の論理回路が働くようにする。
【００５９】
以上で、本実施形態の装置及び方法の主要な部分の説明を終了し、装置の他の部分の構成について、補足的に説明する。
図６は、図１に示す両面同時成膜装置の全体の構成の概略を示した平面図である。図６に示すように、本実施形態の装置では、基板２の搬送路に沿って複数の真空容器７が縦設され、各々の真空容器７はゲートバルブ８を介在させながら気密に接続されている。これらの真空容器７は、基板２の搬送順に、搬入側予備室７１、第一成膜室７２、第二成膜室７３、第三成膜室７４、第四成膜室７５、第五成膜室７６、搬出側予備室７７をそれぞれ構成している。そして、各々の成膜室７２，７３，７４，７５，７６では、前述したように基板２の静止位置を挟んで左右にカソード１が配設され、各々のカソード１に回転駆動機構４が付設されている。
【００６０】
ハードディスクのような磁気記録媒体では、多くの場合多層膜構造を採る。従って、上述のように複数の成膜室を縦設し、搬送の順に下地膜や磁性膜を順次成膜していく構成が採られる。尚、成膜に先だって、基板２の表面の酸化膜や水分を除去するために高周波エッチングを行ったり、成膜の効率化のために予め基板２を加熱したりする前処理を行う場合がある。また、多層膜の成膜後、カーボン薄膜を潤滑膜として表面に形成したりする後処理を行う場合がある。このよう成膜の前後の処理のための真空室が上記複数の成膜室の前後に配設される場合がある。
いずれにしろ、このように複数の真空室を気密に縦設して各真空室に順次基板２を搬送しながら処理を行う装置では、基板２を大気に晒すことなく順次成膜処理等が行えるので、良質な多層膜を成膜することができる。
【００６１】
以上説明した本願発明の実施形態に係る装置及び方法の構成において、カソード１の構成は他にも考えられる。図７は、他のカソード１の構成について説明する図である。
前述したように、本願発明では、「各カソードに具備されたマグネットが、基板に垂直な回転軸に対して非対称状の分布の磁場を設定するものである」という点が大きな特徴点の一つとなっている。この非対称状の磁場分布は、前述の通りマグネット１２の回転と相まってターゲット１１のエローション（侵食）の均一化とエロージョン領域の拡大に寄与する効果を持つが、このような回転軸４１に対して非対称状の分布の磁場を達成するマグネット１２の構成は、図１に以外にも多く考えられる。
【００６２】
即ち、図８の従来のマグネット１２と同様に円柱状の中心磁石１２１と円環状の周辺磁石１２２からなるが、その中心が回転軸４１からは大きく外れている構成（図７（ａ））、細長いほぼ長方形状の中心磁石１２１とこれを取り囲む長方形のリング状の周辺磁石１２２からなる構成（ｂ）、さらに、細長い中心磁石１２１とこれを取り囲む細長い周辺磁石１２２との組を横に三つ並べた構成（ｃ）等の、回転軸４１に対して非対称な各種の構成が採用可能である。そして、これらのマグネット１２の構成においても、検出機構が反射型のフォトセンサである場合、発光素子及び受光素子を適切な位置に配置することで、マグネット１２の回転速度や回転角度を検出することが可能である。尚、図７（ａ）の場合には、回転軸４１にアーム４３を連結し、アーム４３でマグネット１２を一体に保持して回転させる。
【００６３】
また、前述した形態では、基板２を挟んで一対のカソード１が対向して配設されたが、複数対のカソード１を配設するようにしてもよい。この場合、各々の対のカソード１に具備されたマグネット１２は、前述の通り、同じ回転速度で且つ基板２に垂直な一方の向きに対して同じ向きで回転される。
さらに、前述した形態では、一つの基板２のみが一つの真空容器内で配置される構成であったが、基板ホルダー等を使用して複数の基板２を同一面上で保持するようにし、この保持面を挟んで対を構成するカソード１を配設するようにしてもよい。
【００６４】
またさらに、前述した形態では、各モータ４２にステッピングモータを使用したが、直流モータ、交流モータ、直流又は交流サーボモータ等の他のモータを適宜使用できることは勿論である。サーボモータを使用する場合、モータ付随のサーボ機構を使用しても良いが、前述したステッピングモータの制御例と同様、各マグネット１２の回転を検出する検出機構５の信号を利用してサーボ機構を構成するようにしても良い。
尚、前述したような制御部６が無く、検出機構５によって各マグネット１２の回転速度や回転角度を検出するだけの構成であっても充分効果があるのは明かである。即ち、回転速度や位相角を常時モニタし、それらがある限度を越えた場合に処理を緊急停止するような構成を採用することができるからである。
【００６５】
また、上述した実施形態では、基板２が静止した状態で成膜が行われたが、対を構成するカソード１の間を基板２が移動する過程で成膜が行われるよう構成しても良い。
さらに、制御部６では一つのクロック発振器６４を使用したが、精度の良いもの使用する等の場合には、二つのクロック発振器を使用してそれぞれのパルス制御ドライバ６１にクロックパルスを供給してもよい。
【００６６】
また尚、本願発明の考え方は磁性薄膜以外の成膜についても同様に応用が可能である。即ち、非磁性ターゲットを使用して非磁性の薄膜を両面同時成膜する場合にも、両側のプラズマのねじれや擦れが無い本願発明の構成は、膜質や膜厚の均一性の点で優れた効果をもたらす。特に、磁気記録媒体では、下地膜としてのクロム又はクロム合金膜や潤滑膜としてのカーボン膜等を成膜する必要があるが、これらの成膜において本願発明の考え方を適用することで、磁気記録媒体の特性がさらに改善されることが発明者によって確認されている。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明した通り、各請求項の装置又は方法によれば、対を構成する各マグネットが、同じ回転速度で且つ基板に垂直な一方の向きから見て同じ向きに回転するので、従来見られたプラズマの変動が解消され、磁気特性の面内分布が改善された磁性薄膜の両面同時成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係る磁性薄膜の両面同時成膜装置の主要部の概略構成を示すとともに実施形態に係る両面同時成膜方法について説明する図である。
【図２】図１のカソードに採用されたマグネットの効果についての説明図である。
【図３】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、基板円周方向の保磁力分布の測定結果を示した図である。
【図４】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、図３の測定結果が得られた際のバイアス電圧、電流、電力の時間変動を示した図である。
【図５】図１に示す実施形態の装置及び方法による磁気特性の改善の効果について説明した図であり、図１に示す装置及び方法で製作した磁気記録媒体と従来の装置及び方法で製作した磁気記録媒体のモジュレーション特性を比較した図である。
【図６】図１に示す両面同時成膜装置の全体の構成の概略を示した平面図である。
【図７】他のカソードの構成について説明する図である。
【図８】従来の両面同時成膜装置及び方法の説明図である。
【符号の説明】
１  カソード
１１  ターゲット
１２  マグネット
２  基板
３  スパッタ電源
４  回転駆動機構
４１  回転軸
４２  モータ
５  検出機構
６  制御部
【図１】
0003942218.tif 000002
【図２】
0003942218.tif 000003
【図３】
0003942218.tif 000004
【図４】
0003942218.tif 000005
【図５】
0003942218.tif 000006
【図６】
0003942218.tif 000007
【図７】
0003942218.tif 000008
【図８】
0003942218.tif 000009