JP4355428B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置、特にディスク基板の表面に反射膜を成膜するスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、光ディスクや光磁気ディスク等（以下、単に光ディスクという）の例を示す平面図である。
この光ディスク１０は、例えばポリカーボネートで成る透明なディスク基板１１の表面にアルミニウム等の金属薄膜で成る反射膜１２が成膜され、さらにその上にエポキシ・アクリレート系やウレタン・アクリレート系のＵＶ（紫外線硬化）樹脂から成る透明な保護膜１３が形成された構造となっている。
【０００３】
反射膜１２は、記録されているデータを読み出すために照射されるレーザ光を反射するためのものである。同図に示すように、外周縁とセンタ穴１４の周り、即ち内周縁には反射膜１２を成膜せず、保護膜１３によって反射膜１２が完全に覆われるようにし、反射膜１２と外気との接触を防止して反射膜１２の劣化を防止するようにしている。
【０００４】
図７は、光ディスク１０の製造工程を示す側面図である。
先ず、同図（Ａ）に示すように、片面にデータ用のピット１１ａを有するディスク基板１１を射出成形等により成形する。次に、同図（Ｂ）に示すように、ディスク基板１１のピット１１ａ形成面側の図示矢印ａの外周縁の範囲及び図示矢印ｂの内周縁の範囲をマスキングし、マスキングされていないディスク基板１１のピット１１ａ形成面上にスパッタリングにより反射膜１２を成膜する。最後に、同図（Ｃ）に示すように、上記マスキングを外して反射膜１２上に反射膜１２が完全に覆われるように保護膜１３をスピンコーティング等により形成する。
【０００５】
図８は、従来のスパッタリング装置であるマグネトロンスパッタリング装置のスパッタリング位置での概略図である。
このスパッタリング装置２０は、ターゲット２１の上に冷却水Ｗが内部を通る冷却板２２が配設され、この冷却板２２の上に円形または楕円形のドーナツ状に配列された磁石群２３ａが配設され、さらにこの磁石群２３ａの外側に同様に配列された磁石群２３ｂが配設されている。
【０００６】
ターゲット２１は陽イオンの入射を受けてスパッタリングされたときの運動エネルギにより昇温するが、冷却板２２はこの昇温を防止してターゲット２１を一定温度に保つようになっている。磁石群２３ａ、２３ｂは磁力によりターゲット２１面上の空間に発生させるプラズマを閉じ込めてスパッタリング効果を高め、また回転することによりプラズマを閉じ込める空間を移動させて均一な膜厚の薄膜を成膜するようになっている。
【０００７】
ターゲット２１のセンタ部には、ディスク基板１１の内周縁の範囲をマスキングするためのマスク２４が下端に形成されたマスク支柱２５が下向きに配設されている。このマスク支柱２５の上端にはマスク支柱２５及びマスク２４を冷却するための冷却水を通す電気絶縁されたマスク冷却給排水管２６が配設されている。マスク支柱２５の下方には、ディスク基板１１のセンタ穴１４を支持してディスク基板１１を押し上げ、ディスク基板１１の内周縁の範囲をマスク２４に密着させるディスク押し上げピン２７が配設されている。
【０００８】
このような構成のスパッタリング装置２０では、ターゲット２１のセンタ部がマスク支柱２５の取り付けのために穴加工されているので、このセンタ部からのスパッタリングは行われない。さらに、ターゲット２１の内周部からスパッタリングされた膜材はマスク支柱２５にも付着するので、ディスク基板１１への反射膜１２の付きはセンタ穴１４の周りがその他の部分よりも薄くなり、ディスク基板１１全体の反射膜１２を均一な膜厚にすることが困難であるという問題がある。このような問題を解消するには、マスクをターゲット側から支えない構造のスパッタリング装置が望ましい。
【０００９】
図９は、従来の別のスパッタリング装置のディスク搬入・搬出ヘッドとスパッタ装置内のディスク受けの概略図である。
これらの装置３０は、ディスク受け皿３１の上方にロータリーアクチュエータの上下動ヘッド３２が配設されている。マスク３３はディスク基板１１のセンタ穴１４に嵌まり合って保持可能なように、外周部にボールプランジャ３４が組み込まれ、また搬入・搬出の際に吸着される磁石３５が内蔵されている。ディスク受け皿３１の中心部には磁石３６が嵌め込まれており、ディスク基板１１を搬入するときにマスク３３を吸着するようになっている。上下動ヘッド３２の中心部には磁石３７が嵌め込まれており、ディスク基板１１を搬出するときにマスク３３を吸着するようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の後者のスパッタリング装置３０によれば、マスク３３をターゲット側から支えていないので、ディスク基板１１への反射膜１２の付きはセンタ穴１４の周りがその他の部分よりも薄くなるようなことはない。
【００１１】
しかし、ディスク基板１１の搬入・搬出の度にマスク３３をスパッタリング装置３０の真空槽外に取り出す必要があるため、外気によりマスク３３が汚染されたりマスク３３に付着した膜材が吸湿したりして、ディスク基板１１に悪影響を及ぼしたり真空引きに対する負荷となって真空度が低下するという問題がある。
【００１２】
また、真空槽内外に温度差があると、マスク３３に付着した膜材が剥離することがあり、この剥離した膜材がディスク基板１１を汚染するという問題がある。さらに、マスク３３をディスク基板１１から取り外し、あるいはディスク基板１１に取り付けるときはボールプランジャ３４の力に対抗して抜き差しする必要があるため、ディスク基板１１の内周部を変形させることがあるという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は上記課題を解消し、基板に悪影響を与えずに基板の表面に薄膜を高精度に成膜することができるスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明によれば、基板の搬入出口としての基板交換口を備える槽内にて前記基板の表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置において、前記基板の一面と密着する基板保持面を有する基板吸着ヘッドで吸着することにより前記基板を保持して移動させる基板搬送部を前記槽外に備え、回転及び上下動して前記薄膜の成膜防止のためのマスクを取り上げて移動させるマスク移動部と、前記基板を基板受け皿の載置面に載置して移動させる基板移動部とを前記槽内に備え、前記基板吸着ヘッドと前記基板受け皿とで前記基板の受け渡しを行うことにより、前記基板交換口を通じて前記基板の前記槽内への搬入および前記槽外への搬出を行い、スパッタリング直前の前記基板上に前記マスクを前記マスク移動部により取り付け、スパッタリング直後の前記基板上の前記マスクを前記マスク移動部により取り外し、
前記基板を前記槽内に搬入し、成膜された成膜後の前記基板を前記槽外に搬出するまでの間は前記基板吸着ヘッドの前記基板保持面で前記基板交換口を閉塞し、成膜後の前記基板を前記槽外へ搬出し、成膜前の新規の基板を前記槽内へ搬入するまでの間は前記基板受け皿の前記載置面で前記基板交換口を閉塞することにより達成される。
【００１５】
上記構成によれば、槽内に搬入後はマスクを基板に載せるのみでスパッタリングすることができ、スパッタリング後は槽内にて基板上からマスクを取り去るのみで外部へ搬出することができるので、槽内の汚染等を防止することができ、基板に悪影響を与えずに基板の表面に薄膜を高精度に成膜することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１７】
図１は、本発明のスパッタリング装置の実施形態を示す概略断面図である。
このスパッタリング装置１００は、スパッタリングを行う真空槽１１０の内部にディスク移動部１２０が配設され、真空槽１１０の上部から内部にかけてマスク移動部１３０が配設され、真空槽１１０の上部にディスク搬送部１４０が配設されている。
【００１８】
真空槽１１０内のスパッタリング位置の概略は、図２に示すように、平板状のターゲット１１１の上に冷却水Ｗが内部を通る冷却板１１２が配設され、この冷却板１１２の上に円形または楕円形のドーナツ状に配列された磁石群１１３ａが配設され、さらにこの磁石群１１３ａの外側に同様に配列された磁石群１１３ｂが配設されている。
【００１９】
ターゲット１１１は陽イオンの入射を受けてスパッタリングされたときの運動エネルギにより昇温するが、冷却板１１２はこの昇温を防止してターゲット１１１を一定温度に保つようになっている。磁石群１１３ａ、１１３ｂは磁力によりターゲット１１１面上の空間に発生させるプラズマを閉じ込めてスパッタリング効果を高め、また回転することによりプラズマを閉じ込める空間を移動させて均一な膜厚の薄膜を成膜するようになっている。
【００２０】
そして、ターゲット１１１の下方にはマスク１２１が嵌め込まれ、後述するディスク上下動シリンダ１２６のディスク上下動ピン１２６ａ上に載置されたディスク基板１１が配置されるようになっている。このマスク１２１は、センタ穴１４に挿入されるボス部１２１ａと、センタ穴１４の周りを覆うフランジ部１２１ｂと、搬送用の括れを有する凸部１２１ｃが一体成形された略円筒形状に形成されている。
【００２１】
ディスク移動部１２０は、ディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２を載置して移動させるディスクキャリア１２３と、このディスクキャリア１２３を回転させるロータリーアクチュエータ１２４を備えている。マスク移動部１３０は、マスク１２１を把持して移動させるマスク移動アーム１３１と、このマスク移動アーム１３１を回転及び上下動させるアクチュエータ１３２を備えている。
【００２２】
図３は、ディスク移動部１２０のディスクキャリア１２３とマスク移動部１３０のマスク移動アーム１３１の配置関係を示す平面図である。
ディスクキャリア１２３は、４枚のディスク受け皿１２２を十字状、即ち９０°の等角度で載置可能な受け皿載置部１２３ａが設けられ、さらに図示左側の２つの受け皿載置部１２３ａの配置角度の中心、即ち４５°の角度位置には２つのマスク１２１をＬ字状、即ち９０°の角度で載置可能なマスク載置部１２３ｂ１、１２３ｂ２が設けられている。
【００２３】
受け皿載置部１２３ａに載置されたディスク受け皿１２２は、ロータリーアクチュエータ１２４により９０°の角度で図示矢印ａ方向にインデックス回転するようになっている。即ち、ディスク受け皿１２２は、図示Ａのディスク給排出位置、図示Ｂのマスク取付け位置、図示Ｃのスパッタリング位置、図示Ｄのマスク取外し位置を順に回転するようになっている。
【００２４】
そして、図１に示すように、ディスクキャリア１２３の下方のディスク給排出位置Ａには、ディスク受け皿１２２を上下動させるディスク受け皿上下動シリンダ１２５が配設され、スパッタリング位置Ｃには、ディスク基板１１を上下動させるディスク上下動シリンダ１２６が配設されている。
【００２５】
マスク移動アーム１３１は、１３５°の開き角を有する山形状に形成されており、アクチュエータ１３２により図３の図示矢印ｂ方向に往復回転及び上下動することにより、両端下部でマスク１２１をそれぞれ把持可能なようになっている。即ち、マスク移動アーム１３１の両端下部には、図４に示すように、中空角柱状であって中空部の形成方向にスリットが形成されたマスククランプ爪１３１ａが、中空部が回転方向を向き、かつスリットが下方を向くようにしてそれぞれ固定されている。ここで、図５は、マスク移動アーム１３１を回転及び上下動させるアクチュエータ１３２を示す断面側面図である。
【００２６】
このアクチュエータ１３２は、長歯歯車１３２ａが嵌合された軸１３２ｂと、この軸１３２ｂに連結された昇降シリンダ１３２ｃ及び長歯歯車１３２ａに噛み合う歯車１３２ｄを有する回転パルスモータ１３２ｅを備えている。軸１３２ｂは、真空槽１１０の天板にボールブッシュ１３２ｆ及びＯリング１３２ｇを介して挿入され、マスク移動アーム１３１の中心に連結されている。
【００２７】
このようなマスククランプ爪１３１ａを有するマスク移動アーム１３１をアクチュエータ１３２により回転及び上下動させることにより、マスククランプ爪１３１ａの中空部とスリットにマスク１２１の括れを有する凸部１２１ｃを引っ掛けてディスク基板１１から抜くことができる。
【００２８】
ディスク搬送部１４０は、外部のディスク交換ユニット１５０から真空槽１１０内へディスク基板１１を吸着して搬入し、あるいは真空槽１１０内からディスク交換ユニット１５０へディスク基板１１を吸着して搬出するディスク吸着ヘッド１４１と、このディスク吸着ヘッド１４１を真空槽１１０とディスク交換ユニット１５０の間で回転及び上下動させるアクチュエータ１４２を備えている。ディスク吸着ヘッド１４１は、アーム１４３の両端にそれぞれ下向きに配設されており、アクチュエータ１４２は、アーム１４３の中心に配設されている。
【００２９】
ディスク交換ユニット１５０は、ディスク搬送部１４０にディスク基板１１を受渡し、あるいは受け取るディスク受け１５１と、このディスク受け１５１をディスク搬送部１４０と図示しないディスク給排機の間で回転及び上下動させるアクチュエータ１５２を備えている。ディスク受け１５１は、アーム１５３の両端にそれぞれ上向きに配設されており、アクチュエータ１５２は、アーム１５３の中心に配設されている。
【００３０】
このようなディスク吸着ヘッド１４１とディスク受け１５１をアクチュエータ１４２、１５２により回転及び上下動させることにより、ディスク受け１５１に供給される新規のディスク基板１１をディスク吸着ヘッド１４１を介して真空槽１１０内に搬入し、あるいは真空槽１１０で処理されたディスク基板１１をディスク吸着ヘッド１４１を介してディスク受け１５１に搬出することができる。
【００３１】
このような構成において、その動作例を図１を主に説明する。
先ず、新規のディスク基板１１がディスク給排機からディスク受け１５１に供給されると、アクチュエータ１５２がアーム１５３を１８０゜回転させると共に上昇させてディスク基板１１をディスク吸着ヘッド１４１に受け渡す。
【００３２】
続いて、アクチュエータ１４２がアーム１４３を１８０゜回転させ下降させてディスク基板１１を真空槽１１０の天板のディスク給排出位置Ａに設けられているディスク交換口に搬送するとほぼ同時に、ディスク給排出位置Ａのディスク受け皿上下動シリンダ１２５が作動してディスク受け皿１２２を上昇させる。そして、ディスク吸着ヘッド１４１からディスク基板１１を受け取り、そのディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２を下降させてディスクキャリア１２３の受け皿載置部１２３ａに載置する。
【００３３】
一方、アクチュエータ１３２は、図３に実線で示す待機位置に位置していたマスク移動アーム１３１を下降させて図３に二点鎖線で示すマスク取り上げ位置まで回転させ、続いて上昇させてマスククランプ爪１３１ａでマスク載置部１２３ｂ１に載置されているマスク１２１を取り上げる。
【００３４】
一方、ロータリーアクチュエータ１２４は、ディスクキャリア１２３を９０゜回転させてディスク給排出位置Ａに位置していたディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２をマスク取付け位置Ｂに位置決めする。そして、アクチュエータ１３２は、マスク取り上げ位置に位置していたマスク移動アーム１３１を図３に破線で示すマスク取付け位置Ｂまで回転させて下降させ、マスク１２１をディスク基板１１上にセットする。続いて、アクチュエータ１３２は、マスク移動アーム１３１を先とは逆方向に回転させ上昇させて図３に実線で示す待機位置に戻す。
【００３５】
一方、ロータリーアクチュエータ１２４は、ディスクキャリア１２３を９０゜回転させてマスク取付け位置Ｂに位置していたマスク１２１がセット済みのディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２をスパッタリング位置Ｃに位置決めする。そして、スパッタリング位置Ｃのディスク上下動シリンダ１２６が作動してディスク基板１１のみを規定位置まで上昇させる。
【００３６】
ここで、真空槽１１０内はＡｒガス等のイオン化率の高いガスを定流量常に流しておくと共に、真空圧を１Ｐａ〜０．２Ｐａの定圧に常に保っておく。そして、ターゲット１１１に負の電位（５００Ｖ〜６００Ｖの直流電圧）を掛けてプラズマを発生させると同時に、磁石群１１３ａ，１１３ｂを回転させる。すると、イオン化されたガスの陽イオンはターゲット１１１の持つマイナス電位に引き付けられてターゲット１１１に飛び込む。この運動エネルギによりターゲット１１１の分子、原子が飛び出してディスク基板１１の表面に付着し反射膜１２となる。
【００３７】
次に、ロータリーアクチュエータ１２４は、ディスクキャリア１２３を９０゜回転させてスパッタリング位置Ｃに位置していた反射膜１２が成膜済みのディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２をマスク取外し位置Ｄに位置決めする。そして、アクチュエータ１３２は、図３に実線で示す待機位置に位置していたマスク移動アーム１３１を下降させて図３に二点鎖線で示すマスク取外し位置Ｄまで回転させ、続いて上昇させてマスククランプ爪１３１ａでディスク基板１１からマスク１２１を取り上げる。
【００３８】
一方、ロータリーアクチュエータ１２４は、ディスクキャリア１２３を９０゜回転させてマスク取外し位置Ｄに位置していたマスク１２１が取り外し済みのディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２をディスク給排出位置Ａに位置決めする。そして、アクチュエータ１３２は、図３に破線で示すマスク取外し位置Ｄに位置していたマスク移動アーム１３１を先とは逆方向に回転させ上昇させて図３に実線で示す待機位置に戻す。
【００３９】
一方、ディスク給排出位置Ａのディスク受け皿上下動シリンダ１２５が作動してマスク１２１が取り外し済みのディスク基板１１が載置されたディスク受け皿１２２を上昇させ、ディスク吸着ヘッド１４１にディスク基板１１を受け渡す。続いて、アクチュエータ１４２がアーム１４３を上昇させ１８０゜回転させ、アクチュエータ１５２がアーム１５３を上昇させることにより、ディスク基板１１をディスク吸着ヘッド１４１からディスク受け１５１に受け渡す。
【００４０】
このとき、新規のディスク基板１１が処理済みのディスク基板１１と入れ替わりにディスク吸着ヘッド１４１から真空槽１１０内に供給されて上記処理が行われる。そして、アクチュエータ１５２がアーム１５３を１８０゜回転させて処理済みのディスク基板１１をディスク給排機に搬出する。
【００４１】
ここで、上述した真空槽１１０内におけるディスク基板１１を搬入してからスパッタリングして搬出するまでの間はディスク吸着ヘッド１４１が真空槽１１０の天板のディスク交換口を塞いでおり、また反射膜１２が成膜されたディスク基板１１の真空槽１１０からの搬出や新たなディスク基板１１の真空槽１１０への搬入の間はディスク受け皿１２２が真空槽１１０の天板のディスク交換口を塞いでいる。
【００４２】
このため、ディスク吸着ヘッド１４１やディスク受け皿１２２の上昇時や下降時にも外気が真空槽１１０内に入らないようになっており、またディスク基板１１の受け渡し時におけるディスク吸着ヘッド１４１とディスク受け皿１２２との間の微少な空気はディスク受け皿１２２が下降する直前に真空ポンプにより排出されるようになっている。
【００４３】
以上のように真空槽１１０内に搬入後はマスク１２１をディスク基板１１に載せるのみでスパッタリングすることができ、スパッタリング後は真空槽１１０内にてディスク基板１１上からマスク１２１を取り去るのみで外部へ搬出することができるので、真空槽１１０内の汚染等を防止することができ、ディスク基板１１に悪影響を与えずにディスク基板１１の表面に反射膜１２を均一な厚さで高精度に成膜することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板に悪影響を与えずに基板の表面に薄膜を高精度に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパッタリング装置の実施形態を示す概略断面図。
【図２】図１のスパッタリング装置の真空槽内のスパッタリング位置の概略図。
【図３】図１のスパッタリング装置のディスク移動部のディスクキャリアとマスク移動部のマスク移動アームの配置関係を示す平面図。
【図４】図１のスパッタリング装置のマスク移動アームの両端下部に形成されたマスククランプ爪を示す図。
【図５】図１のスパッタリング装置のマスク移動アームを回転及び上下動させるアクチュエータを示す断面側面図。
【図６】光ディスクや光磁気ディスク等の例を示す平面図。
【図７】光ディスクの製造工程を示す側面図。
【図８】従来のスパッタリング装置であるマグネトロンスパッタリング装置のスパッタリング位置での概略図。
【図９】従来の別のスパッタリング装置の主要部の概略図。
【符号の説明】
１００・・・スパッタリング装置、１１０・・・真空槽、１２０・・・ディスク移動部、１２１・・・マスク、１２２・・・ディスク受け皿、１２３・・・ディスクキャリア、１２４・・・ロータリーアクチュエータ、１２５・・・ディスク受け皿上下動シリンダ、１２６・・・ディスク上下動シリンダ、１３０・・・マスク移動部、１３１・・・マスク移動アーム、１３２・・・アクチュエータ、１３１ａ・・・マスククランプ爪、１４０・・・ディスク搬送部

Claims (2)

1. 基板の搬入出口としての基板交換口を備える槽内にて前記基板の表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置において、
   前記基板の一面と密着する基板保持面を有する基板吸着ヘッドで吸着することにより前記基板を保持して移動させる基板搬送部を前記槽外に備え、
   回転及び上下動して前記薄膜の成膜防止のためのマスクを取り上げて移動させるマスク移動部と、
   前記基板を基板受け皿の載置面に載置して移動させる基板移動部とを前記槽内に備え、
   前記基板吸着ヘッドと前記基板受け皿とで前記基板の受け渡しを行うことにより、前記基板交換口を通じて前記基板の前記槽内への搬入および前記槽外への搬出を行い、
   スパッタリング直前の前記基板上に前記マスクを前記マスク移動部により取り付け、スパッタリング直後の前記基板上の前記マスクを前記マスク移動部により取り外し、
   前記基板を前記槽内に搬入し、成膜された成膜後の前記基板を前記槽外に搬出するまでの間は前記基板吸着ヘッドの前記基板保持面で前記基板交換口を閉塞し、
   成膜後の前記基板を前記槽外へ搬出し、成膜前の新規の基板を前記槽内へ搬入するまでの間は前記基板受け皿の前記載置面で前記基板交換口を閉塞する
   スパッタリング装置。
2. 前記マスク移動部が、前記マスクを取り上げるためのマスククランプ爪を両側にそれぞれ有するマスク移動アームを備え、前記基板に対する前記マスクの取り付け及び取り外しを前記各マスククランプ爪によりそれぞれ同一動作内で行う請求項１に記載のスパッタリング装置。

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