JP2000501785A - Ｈｆ（高周波）プラズマ処理室ないしｐｅｃｖｄ被覆室および、記憶ディスクを被覆するためのそれらの利用方法ならびに工程 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 誘導体基板に保護被覆を設けるように設計された処理室が提案される。この処理室は短いサイクルタイムでかつプラスチックに適した温度で動作することができる。高周波プラズマが、基板（１）を介して発生器（１９）からHFエネルギーを通過させることによって発生される。被覆処理室（２０）の対向壁は、被覆されるべき基板表面によって形成され、これによって本質的に処理室とのシールをなす。

Description

【発明の詳細な説明】 HF（高周波）プラズマ処理室ないしPECVD被覆室および、 記憶ディスクを被覆するためのそれらの利用方法ならびに工程 この発明は、CD の製造において生じる諸問題および諸要求に基づくものであ る。結果として得られる解決策はしかしながら、基本的にその他に応用すること も可能である。したがって、この明細書はまず、特に CD 製造における諸問題お よび諸要求について取り上げ、この発明による解決の試みを説明し、その後、発 明の原理が広く利用可能であることを一般的に示すものである。 CD の製造においては、個々の合成樹脂基板を各々の加工段階において極めて 短い、秒刻みのサイクル時間で処理することが肝要である。その際、反射金属層 の塗布には真空スパッタ技術が有効である。その後の保護ラッカーの塗装は湿式 被覆工程で行われる。 その後生じる、紫外線光下におけるラッカーの急速な硬化は、CD 製造の信頼 性において特に問題を呈する。 通常金属被覆のために用いられる真空被覆技術に関しては、前述のラッカー塗 装はまた異質なものである。 極めて短い金属被覆サイクル時間が、はるかに長い湿式ラッカー被覆プロセス のサイクル時間によって台無しにされないためには、ラッカー被覆プロセスのた めの高い技術経費が必要となる。 この発明の課題は、スパッタ技術と同種の真空プロセスにおいて所望の短いサ イクル時間で前述の保護層を実現することを可能にする、真空処理室を提供する ことである。 真空被覆技術については現在、腐食保護層のような絶縁層を布設する工程が周 知である。しかしながらこの場合、通常、上に述べられた所望のわずかな秒速よ りもはるかに長い被覆時間を、甘受せねばならない。 例えば、プラズマ放電装置内部においてマイクロウェーブ・プラズマ放電を行 う既知の所謂プラズマ・エンハンスド化学蒸着／plasma enhanced chemicalvapo r deposition（PECVD）工程における場合のように、約40nm／秒の被覆率が可能 であっても、ここで必要とされるプラズマ密度が高く、その結果生じる温 度負荷が合成樹脂基板の被覆を不可能にする。合成樹脂（例えば PMMA またはポ リカーボネート）が耐えられる温度を維持するためには、プラズマの最高密度領 域から基板をずらさねばならないが、そうなると、その個所における被覆率が低 いために、また所望の短いサイクル時間を維持することが出来ないであろう。 さらに、マイクロウェーブ放電装置の境界領域において高率で析出する層は、 通例組織が脆弱である場合が多く、したがって腐食防止層として使用するには不 向きである。 以上要約すると、短い、所望の被覆厚さにおいては秒刻みのサイクル時間と、 遵守さるべき温度負荷、ならびに層の十分な品質保持、という要求を同時に満た すことは、真空被覆工程を用いてはこれまで不可能であると見なされていた、と 言える。 さらに既知の高周波CVD工程には、あまり基本的な問題ではないが、基板だけ ではなく HF 結合配置までも被覆されるという欠点がある。被覆されるのは、マ イクロウェーブプラズマの場合、誘電性の結合窓であり、あるいはより低い周波 数の場合、金属製の結合電極である。これらの部分を交換することによる浄化、 またはプラズマ化学によるその位置における洗浄は、長時間に渡って維持される べき短いサイクル時間の要求とは相容れないものである。 従って、この発明のさらなる課題は、層材料の損失を抑え、かつ高い均質性を 求めながら、気相からの層析出を迅速かつ経済的に行うための装置および工程を 開発することである。 請求項１のプリアンブルによる高周波プラズマ処理室は、CD 製造における問 題点を考える場合特にPECVD工程を指定する被覆室として形成されるが、請求項 １の特徴に従ってそれが形成されることによって、すなわち、高周波放電電気回 路が基板を容量性結合エレメントとして包括することによって、上記の諸問題が 解決する。 CD 製造の場合のように、金属被覆された誘電性の、特に合成樹脂基板に用い られる特定の応用例では、基板をマイクロウェーブ結合窓として使用することは 考えられないが、請求項１によるこの発明の一般的観点からすると、施された被 覆が誘電性であっても、誘電性基板を介するマイクロウェーブ結合が可能である 。 この発明によるとまた、金属被覆された誘電性基板は基本的に、低い周波数領域 における高周波プラズマに関しては、電極の機能を果たす。 請求項１において基本的に認識されるべきは、必要な高周波出力をこれによっ て低く保つことが可能であり、その結果温度負荷の問題が解決する、という点で ある。その際には同時に、高い被覆率が達成され、その結果、極めて短い、わず か一秒の被覆時間で、所望の効果的な保護層が布設される。 さらに明らかになったのは、そのように、請求項１による室を用いて高周波PE CVD 被覆工程で布設された保護層は、比較可能な層厚において従来のラッカー層 よりはるかに硬い、という点である。さらに実用的なことに、層の析出は専ら、 高周波結合表面として機能する被覆されるべき基板表面上のみにおいて生じる。 特に請求項２のプリアンブルによるPECVD被覆室においては、請求項１の提案と は関わりなく、請求項２の特徴に従ってそれを形成することによって、上記の諸 問題が解決する。この形態の第１の目的は、被覆されるべき基板以外のプロセス 室の壁領域における被覆をできるだけ少なく抑えることである。この解決の試み における欠点は、基板被覆されないプロセス室の壁面における被覆率が依然とし て高いままであり、その結果、洗浄を行わず長時間操作すると層が落剥するとい う問題が生じる。しかし、その一方、この室においては所望の低い負荷温度にお いて高い被覆率が達成される。 あらゆる観点において最適な室は、請求項１による結合技術を、請求項２によ る最小体積を有する室において実現することによって、得られる。 したがってまた、記憶ディスク、特に CD のような光記憶ディスクのための、 この発明による保護被覆工程が請求項 11 によって提供される。この工程は、連 続製造工程において真空被覆工程として形成され、したがって金属被覆のために 通常設けられる高速スパッタ工程と同種のものである。請求項 12 によると、高 周波プラズマ放電エネルギーが基板を介してプロセス室に結合される高周波PECV D工程を用いるのが好ましい。 次に、この発明の好ましい実施例が図面を参照に説明されるが、それらを前提 としながら、さらなる図面を参照に、特定の CD ないし記憶ディスクの製造から は外れて、この発明の原理に従った発明のさらなる実施例が示される。 特に好ましい実施例は、この発明による処理室に関連して請求項３から８にお いて特定され、それらの好ましい利用方法は請求項９および10に示される。 図において、 第１図は、特に PECVD による CD 保護被覆のために設計された、この発明に よる被覆室の概略断面図である。 第２図は、特にCDのHF-PECVD保護被覆のために設計された、この発明のさらな る被覆室の図である。 第３図は、第２図の被覆室を前提とする、非金属被覆された誘電性基板をマイ クロウェーブ・プラズマにおいて処理するための、この発明による HF 結合技術 の概略図である。 第４図は、第２図の室において用いられる、金属被覆のない基板における結合 技術を示す、第３図と同様の概略図である。 第５図は、この発明によるさらなる結合技術の、第３および第４図と同様の図 である。 第６図は、第１図の室および第２図の室の、この発明による特徴を組み合わせ て示す、この発明のHF-PECVD被覆室の概略図である。 第１図においては、特に、中央開口部を有する円盤状基板、特に記憶ディスク 、なかんずく CD のような、金属たとえばアルミニウム層３を有する、光記憶デ ィスクの保護被覆の第１の例として、中央軸Ｃの周りにこの発明による室が極め て平らに、特定の場合には平らな円筒として構成される。この中央軸Ｃに対して 互いに向き合う平らな室壁５は基本的に同一物として形成され、中央に各々排出 ポンプ接続管７と、さらに被覆さるべき基板１の周辺部のための受容部９とを備 える。室自体は発明に従って形成されているが、これは被覆さるべき基板１が受 容されていない場合でも明白であるので、基板１は破線で示される。 受容部９は収容さるべき基板１のための受容表面 11を各々規定する。ポンプ 接続管７は、あらかじめ設けられた基板中央開口部を貫通し、かつ場合によって は受容部９と共に、基板を固定ないし位置決めする働きをする。 室壁５の間には、基板１のための受容表面 11 間に間隔Ａがあくように、距離 が置かれる。この間隔Ａは少なくとも、ディスク間に制御不能な空洞放電が生じ るのを妨げる大きさでなければならず、したがって少なくとも 10mm である。一 方、円筒ケーシング表面への析出は出来得る限りわずかに抑えられるべきであり 、そのためには間隔Ａはディスクの半径より小さくなければならないであろう。 受容部９の外縁部には、反応性ガスタンク（図示されず）に接続されたガス引 き込み部13が、好ましくは分散配置されて、両壁面５の領域において開口する。 排出ポンプ接続管７には（図示されないが）ポンプ連絡装置が接続される。 壁面５間の間隔は絶縁部材 15 によって保証される。この絶縁部材 15 の間に は、好ましくは取り囲むように、金属電極 17 が埋め込まれる。後者は、プロセ ス室20におけるプラズマ放電を維持するため発生器19に、好ましくは両壁５と同 様に、接続される。 各々意図された被覆プロセスに従って、発生器 19 は直流発生器としても、ま たは交流発生器としても形成され得、あるいは直流と交流の重ね合わせ信号やパ ルス信号を発することも可能である。 第１図に明らかなように、ここではPECVDによって被覆されるべき基板に沿っ て、流入する未使用の反応性ガスの均質な流れが内側に向けて放射状に発生し、 残留する反応性ガスおよび布設されなかった気体状の反応生成物を排出する。 第１図に概略的に示されたような室を用いることによって、以下の数値に従っ た、Al被覆されたポリカーボネートCD基板の保護被覆が実現した。 被覆さるべき基板表面間の距離： 50mm 反応性ガス： ａ）モノマー ヘキサメチルジシロキサン 流量： 80scm ｂ）Ｏ₂ 流量： 40scm 全圧力： 42Pa 発生器周波数： 100KHz 発生器出力： 負荷時250W プロセス時間： 15秒結果： 層の厚みは、CD の半径 20mm の測定円で測定すると 430nm であり、半径 55m mの測定円で測定すると 436nmであった。 これは29nm／秒の増加率ないし被覆率に相当する。 約14Onmの層厚で既に十分であることを考慮すると、第１図のこの発明による 室を用いると、約５秒以内に所望の被覆を行うことが可能であることが明白であ る。 ポリカーボネート製のCD基板は温度上の弊害は全く示さなかった。 第１図に示された質の短所は、好ましくは円環状の電極 17 もまた共に被覆さ れる点である。上述の例において算出された電極 17 における被覆率は、基板上 のそれの約三倍であった。したがって、洗浄を行わず長時間運転した場合、電極 から落剥した層によって問題が生じ、その結果、基板被覆を汚損し、かつ／また はプラズマ放電を妨げることも有り得る。 これらの問題は第２図に示された、この発明による第２の好ましい実施例によ って解決する。 第２図は、再び円盤状の誘電性基板、特に合成樹脂基板を有する記憶ディスク 、特に CD を保護被覆するために特定された、この発明による室を示す。金属被 覆３を有する基板１は、ここでもこの発明による室に属するものではないので破 線で示されるが、基板１を受容するようにあらかじめ設けられた受容部９の受容 表面 11 上に、室の周辺領域に沿って横設される。排出ポンプ接続管７は、はめ 込まれた基板１の中央開口部を貫通するように、形成される。受容部９の領域の 周辺部には反応性ガス流入口 13 が、望ましくは分散して、開口する。第１図の 実施例とは異なり、ここに示された実施例では、必須ではないが、独立した排出 ポンプ接続管 7a を有する、反応性ガスO₂のための独立したガス流入口 13a が 設けられる。 発生器 19 はこの場合、マイクロウェーブ領域までの働きをする高周波発生器 でなければならないが、その高周波結合回路は接続電極 21 に接続される。この 電極は基板１のための受容表面 11 上に露出し、好ましくは円環状で、かつ絶縁 パッド 22 に埋め込まれる。図示されたように、それ以外の金属製室部材は基準 電位、特に質量電位にされる。その際、好ましくは、接続管７ならびにフランジ 13a は室壁から電気的に絶縁されるか、絶縁体として（図示されず）形成され、 室壁は基準電位にされる。 基板材料は誘電性なので、すなわち特定の場合には特に PMMA やポリカーボネ ートのような合成樹脂から成るので、一方の電極 21 と、他方の基板１の合成樹 脂本体と、さらに金属被覆３とが結合容量として働き、これを介して高周波エネ ルギーが反応室 20 内に結合される。この発明の好ましい形態を示す第２図の室 は、以下のように操作される。 反応性ガス： ａ）モノマー： 100sccml、3ジビニル−１、１、３、３−テトラメチルジシロキ サン ｂ）酸素： 流量： 100sccm 全圧力： 60Pa 発生器周波数： 13.56MHz 負荷時の発生器出力（反射 約5％）： ４５０ｗ プロセス時間： １秒 結果として、140nm の厚さの層が布設され、これは 140nm／秒の被覆率に相当 する。 特にAlの金属層であらかじめ被覆する際には、前述の PECVD による保護被覆 を行う前に、約０.２秒の短い時間酸素処理を行うのが望ましい。そうすると、 ７μm以上の厚みの層であっても、このようにして CD 基板上パルス運転モード で、しっかりと布設される。連続運転モードでは、温度上の理由から、CD のた めのプロセス時間は 10 から 20 秒に限られる。これは、100Wの一部のみが 16g の質量のCDに15秒間連結されると、その温度が80°上昇するという前提に立つ と、理解できる。 第２図からわかるように、金属層３ないしその上部表面は等電位表面として機能 するので、被覆厚の分布の均質性は極めて良好であり、例えばその偏差は、平均 値のせいぜい４％である。被覆さるべきでない反応器部材における析出率は、被 覆さるべきCD表面から１cmの間隔を置いて測定したところ、CD 被覆率のせいぜ い30分の１であった。 以下のプロセス数値領域は、特に CD のような光記憶ディスクの保護被覆に勧 告さるべきものである。 基準圧力： ＜８Pa、これは二段階式回転弁ポンプをごく短時間使用するだ けで達成可能である。 ポンプ断面積： 記憶ディスクの中央開口部に対応、ならびに第２図では、場合 によっては、被覆さるべき基板上部の追加ポンプ管上の開口部に対応。 プロセス圧力： 30から100Pa、望ましくは約60Pa モノマー： 望ましくはシクロキサン化合物、例えばヘキサメチルジシロキ サンまたはジビニルテトラメチルジシロキサンを、好ましくは被覆さるべき基板 の周囲に供給。 その他の反応性ガス： 望ましくは酸素を、必須ではないが、被覆さるべき基 板の周囲に供給。 プラズマ操作周波数： １から500MHz、利用上の理由から、好ましくは13.56M Hz。 出力： 200から1000ＷRF。 プロセス時間： １から 15 秒。望ましくは、0.1から１秒のプロセス時間内に おいて純粋な酸素中でプラズマ前処理を行う。 この発明による室を用いて行われる被覆工程は、比較的高圧力下において行わ れ、かつ残留する空気の影響を受けにくい。すなわち、既に述べられたように、 排出ポンプには二段階式回転弁ポンプで十分である。 必要な高周波出力は低く、例えば600Ｗであり、これは、なかでも発生器の調 達において、相応の節減を可能にする。１秒という極めて短いプロセスサイクル 時間内において、効果的な腐食保護層が製造される。これらの層は、比較可能な 層厚において、湿式塗布されたラッカー層よりも硬い。析出は、所望されたよう に実際、基板上においてのみ起こる。 第１図および第２図による室は、自動操作のために容易に組み立て可能である 。特に、基板を介して高周波結合する第２図の方法は、その他の多くの高周波プ ラ ズマ処理工程に利用可能である。例えば、基板の反応性エッチング工程、さらに は誘電性中間層の布設、または金属有機化合物を金属層として誘電性基板上に布 設する際に、利用可能である。 特に CD のための、既知の保護ラッカー被覆技術と比較すると、より高い信頼 性、およびより強い層硬度が実現され、その結果、被覆材料の使用量が抑えられ 、環境への負担もより少なくなる。 CDへの応用に特定して第２図に説明されたようなHF結合技術によって、基本的 に極めて様々な可能性が開けることが、当業者には明らかである。 第３図によると、金属被覆されていない誘電性基板１を介してマイクロウェー ブエネルギーをプロセス室 20 内に結合することが可能であり、ここでは基板１ は絶縁被覆されるか、またはエッチングされる。 第４図においては、電極21を介して発生器19の高周波エネルギーがプロセス室 20内に結合され、かつその際に、プロセス室が電極21に対して容量対向電極とし て作用することによって、あらかじめ金属被覆されていない基板１の処理が可能 である。 この際強調されるべきは、特に第５図に示されたように、第４図と同様、第２ 図の室において、直接基板１に接触するために電極21がプロセス室20に対して必 ずしも露出している必要はない、という点である。電極 21 は絶縁被覆されてい るかもしれない。 CD におけるように、基板の被覆さるべき上部表面および／または裏面が金属 被覆されている場合もまた、この発明による結合工程を利用することが当然可能 である。この場合、基板の誘電性パッドが、HF 放電における結合容量の働きを する。金属層上に生じるセルフバイアス電圧は、等電位表面の形成によって、被 覆率を上昇させ、かつそれを安定させるという、利点がある。 電極21の電極表面と、電極 21 とプロセス室 20 との間にある誘電体およびその 厚さの寸法、ならびに使用される操作周波数の数値に関しては、当業者にはしか るべき規則性が自明である。特に CD 上の金属層における結合を実現するために は、電極表面ないしその突起部は、金属層の表面より大きくあるべきではない。 第６図には、この発明による室のさらなる好ましい実施例が示されるが、これは 説明を重ねずとも第１図および第２図から得られるものである。 第１図の室において、第２図による基板１を介する結合原理が利用される。こ れによって、第１図の実施例においては過度に不均衡な被覆を受ける電極17が、 省略される。 まず大抵の場合がそうであるように、19a に破線で示されたような左右対称放 電が行われるべき際には、第６図の室において、あらかじめ備えられた両結合電 極 21 が同一の高周波発生器によって操作されるのが、当然望ましい。室ハウジ ング（ここには図示されず）、フランジ 13a、ならびに接続管７の電位固定に関 しては、第２図の実施例に従うのが望ましい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１１月２７日（１９９７．１１．２７） 【補正内容】 請求の範囲 １．プラズマ放電のためのHF発生器（19）と、それに接続されてHFエネルギーを 室（20）内に結合する配置と、基板（１）のための受容表面を規定する少なくと も一つの基板受容部（９）とを備え、発生器（19）は誘電性層を介して室（20） と有効接続される、少なくとも一つの基板（１）のための HF プラズマ処理室で あって、前記室は被覆室であり、かつ、少なくとも一つの誘電性基板の金属上部 表面を被覆するため、および／または金属層を有する少なくとも一つの誘電性基 板を被覆するために、HF 放電電気回路が容量性結合エレメントとしての誘電性 基板（１）を介して室（20）と接続されるように、受容部（９）および、発生器 （19）への HF 接続が配置されていることを特徴とする、HF プラズマ処理室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プラズマ放電のための HF（高周波）発生器（19）と、それに接続されて HF エネルギーを室（20）内に結合する配置と、基板（１）のための受容表面を規定 する少なくとも一つの基板受容部（９）とを備える、少なくとも一つの誘電性基 板（１）のための HF プラズマ処理室であって、HF 放電電気回路が基板（１） を容量性結合エレメントとして包括するように、受容部（９）と発生器（19）へ のHF接続とが配置されていることを特徴とする、HFプラズマ処理室。 ２．プラズマ放電のための発生器（19）と、それに接続されて放電エネルギーを 室（20）内に結合する配置と、各々一つの基板（１）の受容表面（11）を規定す る少なくとも二つの基板受容部（９）と、ガス流入口（13）と、さらに室におけ るガス排気ポンプ（７）配置とを備える、少なくとも二つの平らな基板のための PECVD被覆室であって、受容表面（11）が互いに向き合い、基本的には隔絶して 、互いに向き合うプロセス室接触表面を規定し、さらにこれらの表面間の間隔Ａ は、Ａ＜ 1Ommであることを特徴とする、PECVD被覆室。 ３．請求項２に記載の基板受容部を有する、請求項１に記載の特徴を備えた処理 室。 ４．HF 発生器（19）がマイクロウェーブ発生器であり、かつ基板が結合窓を形 成することを特徴とする、請求項１または３のいずれかに記載の室。 ５．結合配置において、室内部（20）に向けて露出した、または絶縁被覆された 金属製電極表面（21）が受容表面（11）領域内に配置され、基本的にこれに平行 であることを特徴とする、請求項１、３または４に記載の室。 ６．円盤状基板（１）のために一つ、または複数の受容部（９）が形成され、各 々の受容部を規定する受容表面（11）の周辺領域にガス流入配置（13）が、好ま しくは分散して開口し、かつ受容表面（11）の中央にはガス排出ポンプ配置（７ ）が室内に向けて開口することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載 の室。 ７．受容表面（11）間を隔離する室壁エレメント（15、17）に、好ましくは周囲 を取り囲む円環状電極（15）として配置される電極（17）を、結合配置が内包す ることを特徴とする、請求項２から６のいずれかに記載の室。 ８．PECVD 室として形成され、さらにガス流入配置（13）およびガス排出ポンプ 配置（７）を備えることを特徴とする、請求項１、３から７のいずれかに記載の 室。 ９．合成樹脂を本体とする基板を処理するための、請求項１から８のいずれかに 記載の室の利用方法。 １０．好ましくは光記憶ディスク、特に CD において、金属被覆された基板表面 を保護被覆するための、請求項９に記載の利用方法。 １１．金属被覆された記憶ディスクを連続工程において保護被覆するための工程 であって、このために真空被覆工程が用いられることを特徴とする、工程。 １２．PECVD工程が用いられることを特徴とする、請求項11に記載の工程。 １３．被覆のためにHFプラズマが生成され、このためのHFエネルギーが基板を介 してプロセス室内に結合されることを特徴とする、請求項11または12のいずれか に記載の工程。