JPH0533132A - 金属膜の成膜方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜プロセスの過程中に透明基体に成膜され
る金属膜の膜厚をリアルタイムで直接検出し、モニター
できるようにすると共に、その検出・モニターによって
膜厚を最適値に制御できるようにする。 【構成】 透明基板１００の被成膜面１１０の他方面側
にあって、レーザ光を透明基板１００を通してその被成
膜面１１０に照射する半導体レーザ２１と、被成膜面１
１０に照射されたレーザ光の反射光を被成膜面１１０の
他方面側で受光する光検出器２２とを備えている。光検
出器２２の検出信号は制御ユニット３０に入力されて被
成膜面１１０の反射率Ｒの変化が検出される。反射率Ｒ
の検出値が所定レベル以上に達すると、制御ユニット３
０からターゲット物質の飛来を阻止又は停止させる制御
信号を出力する。この制御信号によって成膜プロセスが
終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、再生専用型光ディス
クなどの製造等に適用して好適な薄膜の成膜方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤで代表される再生専用型光ディスク
などの光ディスクは、透明基板（基体）上にＡｌ（アル
ミニウム）合金などの金属薄膜を成膜することによって
製作されている。この金属薄膜の成膜は、現在、主とし
てスパッタリング装置と呼ばれる真空成膜装置を用いて
行われている。この真空成膜装置によって得られた薄膜
は、予め定められた規格を満足するために、所定値以上
の膜厚に保持する必要がある。そこで、得られた薄膜の
膜厚を測定するようにしている。この膜厚の測定方法と
して、従来より、段差計法、エリプソメータ法、あるい
は４端子法等が採用されている。

【０００３】段差計法は、成膜前に基板の一部分にテー
プを貼り付け、部分的にマスクを施した後、成膜工程を
行い、成膜後にマスクを除去してその未成膜状態の部分
と成膜された領域との段差を触針式の針によって直接測
定するものであり、最も多く採用されている。また、エ
リプソメータ法は、透明薄膜の成膜部分にレーザ光を照
射したときに生じる光の位相差と方位角とからコンピュ
ータ上で数値計算を行い、屈折率と膜厚とを同時に演算
する方法である。さらに、４端子法は、４本の触針端子
を成膜された薄膜の面に押し当て、外側の２本の端子に
電流を流し、中の２本の端子で電圧値を測定するもの
で、４本の触針端子の距離が一定であれば、膜厚の分布
を電気的な抵抗値の変化として検出することができ、金
属薄膜の膜厚分布等を正確に調べる手段として広く用い
られている。但し、この４端子法は、触針端子の当て方
が難かしく、４本の端子をキレイに揃えて押し当てるに
は技術を必要とし、場合によっては、接触抵抗の影響が
出てくることがある。そのため、膜厚分布の変化量は把
握できても、絶対的な膜厚は、段差計によって校正しな
ければ正確に測定することはできない。したがって、絶
対値で膜厚を測定するには不向きである。

【０００４】さらに、真空蒸着による成膜分野において
は、水晶発振子を用いて膜厚をモニターする方法が採用
されている。この方法は、成膜時の膜の堆積の進行と共
に被成膜基体近傍に配設した水晶発振子の発振周波数が
基本周波数に対して変化することを利用し、この周波数
の変化量をモニターすることで膜厚に外挿するものであ
り、間接的に膜厚を求める方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した各測定方法
は、いずれも成膜後の大気状態における膜厚測定に適用
可能な測定方法であって、成膜プロセス中に堆積しつつ
ある膜の厚さをリアルタイムで直接検出し、モニターで
きるものではなく、また、その検出・モニターの結果を
装置にフィードバックして最適膜厚に制御する、そし
て、その結果に基づいて膜厚の管理を行うことができ
る、といった方法ではない。すなわち、従来は、成膜プ
ロセス中に膜厚をリアルタイムで直接検出・モニターで
きる方法は存在しなかった。

【０００６】さらに、真空蒸着プロセスで、水晶発振子
を用いて膜厚をモニターする方法は、膜厚を直接観測す
るものではなく、また、温度変化に対して水冷対策が必
要である等、装置構成上に何らかの工夫が必要であり、
装置構成が複雑である。その上、真空蒸着プロセスには
適用し得ても、ＲＦ発振、放電を伴うスパッタには適用
できないという問題があり、前述した真空成膜装置には
適用不可である。

【０００７】この発明は、成膜プロセス中に成膜される
膜厚をリアルタイムで直接検出し、モニターできるよう
にすると共、検出・モニターの結果に基づいて膜厚を最
適に制御できるようにすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の技術手段は、真空槽内に設置された
透明基体の被成膜面と反対の面から光を照射し、その被
成膜面からの反射光の受光により該被成膜面の反射率変
化を検出する。そして、その反射率変化の検出に基づい
て被成膜面に成膜される金属薄膜の膜厚を制御する成膜
方法を採用した。さらに、本発明は上記成膜方法におい
て、光の入射部及びその反射光の検出部を透明基体の介
在によって真空槽内の成膜源から飛来するターゲット物
質から遮断して成膜する方法を採用している。

【０００９】本発明の第２の技術手段は、真空槽内に設
置される透明基体の成膜面に対して他方面側に光源及び
光検出手段を配設している。さらに本発明は、第２の技
術手段において、真空槽に透明窓を設け、この透明窓の
外側に上記光源及び光検出手段を配設する構成を採用し
た。また、本発明の１つの構成は、第２の技術手段にお
いて、光検出手段の検出信号に基づいて被成膜面の反射
率変化を検出すると共に、該反射率の検出値が所定レベ
ル以上に達したときターゲット物質の飛来を停止又は阻
止する制御信号を出力する制御手段を備えている。

【００１０】さらに、本発明は、上記第２の技術手段に
おいて、真空槽に成膜源から発生するターゲット物質の
飛来を遮断する遮蔽手段を組付け、制御手段から出力さ
れた信号に応答して遮蔽手段を作動させる構成を採用し
た。

【００１１】

【作用】真空槽内の所定位置、すなわち、成膜源（ター
ゲット物質）の直上方の設置位置に透明基体を設置した
後、成膜プロセスを開始すると、成膜源から飛来したタ
ーゲット物質が透明基体の被成膜面に堆積して行く。こ
の成膜プロセスにおいて、光源からの平行光を透明基体
に照射すると、その被成膜面に入射した光が反射し、光
検出手段によって受光・検出される。この光検出手段か
ら出力された検出信号に基づいて被成膜面の膜の反射率
変化が読み取られる。この反射率変化は被成膜面に成膜
された膜厚の変化と対応している。したがって、反射率
が所定レベル以上に達したとき、被成膜面に一定値以上
の膜厚で成膜されたものと判別できる。

【００１２】上記反射率変化の検出により、反射率が所
定レベル以上に達すると、成膜源から飛来するターゲッ
ト物質を阻止又は飛来を停止させる制御信号が与えられ
る。これによって、被成膜面に成膜される金属膜の膜厚
を制御している。

【００１３】上記のようにして、スパッタリングによる
成膜プロセスの中で、成膜時の膜の反射率変化、すなわ
ち、反射率と対応する膜厚そのものをリアルタイムで検
出し、かつ、この検出に基づいて膜厚を制御している。
より具体的には、制御手段から出力された制御信号によ
って成膜源から飛来するターゲット物質の飛来を阻止又
は停止させている。これによって、膜厚を一定値以上の
レベルに確保している。

【００１４】さらに、透明基体の設置によって真空槽内
のターゲット物質飛来側を遮蔽し、槽内に発生したプラ
ズマを透明基体で封じ込めて成膜プロセスを行うので、
光源及び光検出手段、ならびにその入射光路、反射光路
側へのプラズマのリーク、回り込みが無くなり、常時清
浄で透明基体の被成膜面に光を透過・入射させ、かつ、
反射・検出することができる。また、常時清浄な状態を
保つので、入射光と反射光が透過する光の透過窓を汚損
することもない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る金属膜成膜装置を示すも
ので、ここで示されている成膜装置は、いわゆる漏洩磁
界の中に発生したプラズマを封じ込めてスパッタを行う
マグネトロンスパッタ装置であって、真空槽１０内の下
部にカソード部１１が配設されている。カソード部１１
において、高圧の陰極電圧が印加されるカソード１２は
上方に開口する中空形状に形成されており、その中空部
１２１内に磁界を発生するためのヨーク１３とマグネッ
ト１４，１５とが組込まれている。ヨーク１３は円盤状
に形成されており、その上の内周側に環状のマグネット
１４が配設され、その外周側に他方の環状のマグネット
１５が相対向して配設されている。カソード１２の上部
周縁上にバッキングプレートと呼ばれるターゲットホル
ダー１６が設置されている。このターゲットホルダー１
６の上に成膜源、すなわち、ターゲット１７が載置、保
持されている。ターゲット１７は、ターゲットホルダー
１６から任意に着脱交換し得るようになっている。ター
ゲット１７は、本実施例の場合、光ディスクの反射膜
（金属膜）の成膜に応じてＡｌ（アルミニウム）合金物
質によって形成されているが、成膜対象物に合わせて取
り替え使用することは勿論である。

【００１６】真空槽１０内のターゲット設置位置の上方
部に基板取付枠１８が環状かつ内方に突出して形成され
ている。この取付枠１８の内周段部１８１上に成膜対象
物の透明基体、すなわち、ディスク基板１００が設置さ
れている。ディスク基板１００は、ターゲット１７の直
上方に静止状態で相対向して保持される。このディスク
基板１００は、例えばＰＣ（ポリカーボネート）材によ
って形成されており、その情報記録面には、情報信号を
記録したピットの列（図示せず）が形成されている。こ
の情報記録面１１０にＡｌ合金より成る金属薄膜が成膜
される。すなわち、情報記録面１１０は、被成膜面であ
り、下向きでターゲット１７と対向している。ディスク
基板１００を真空槽１０内の取付枠１８にセッティング
すると、それより下方の真空槽１０内が遮蔽・封止さ
れ、成膜時に発生するプラズマがディスク基板１００に
よって封じ込められる。すなわち、ターゲット物質１７
０…のディスク基板１００から上方へのリーク、回り込
みが遮断される。

【００１７】さらに、真空槽１０の上端部周囲に支持枠
１９が内方へ突出して環状に形成されている。この支持
枠１９の内周側の段部１９１上にガラス等から成る透明
窓２０が配置されている。透明窓２０は、その周縁部と
段部１９１との間に介在させたＯ−リング２００によっ
てシールされている。透明窓２０はディスク基板１００
の設置位置上方に位置し、ディスク基板１００を介して
槽内のターゲット１７からのターゲット物質飛来側と反
対側に配置されている。

【００１８】真空槽１０内のディスク基板１００の設置
位置上方と透明窓２０の設置位置との間に内空部１２０
が形成されている。内空部１２０は、真空状態と大気状
態とに切り替えられるようになっている。成膜時には、
内空部１２０は真空状態に保持されるようになってい
る。

【００１９】さらに、真空槽１０には、平行光発生源の
一例としてのレーザ光発生源、すなわち、半導体レーザ
２１と、この半導体レーザ２１から出射したレーザ光の
反射光を受光する光検出器２２とが装着されている。半
導体レーザ２１は、例えば波長λ＝６３３nm（ナノ・メ
ートル）のＨｅ−Ｎｅレーザが用いられている。

【００２０】半導体レーザ２１を出射したレーザ光は、
透明窓２０を透過し、内空部１２０を通して被成膜面１
１０と反対の面からディスク基板１００に入射し、被成
膜面１１０に照射される。被成膜面１１０に照射された
レーザ光の反射光は、内空部１２０から透明窓２０を透
過して光検出器２２で受光される。光検出器２２で受光
検出した信号は制御ユニット３０に入力されている。

【００２１】真空槽１０内には、中心軸２３の端部に取
付けたマスキング治具２４が組込まれており、取付枠１
８上にディスク基板１００をセットした際、そのセンタ
ーホール１０１を含む内周側領域をマスキング治具２４
によってマスクし、その部分の基板面にターゲット物質
が成膜されないようにしている。

【００２２】上記制御ユニット３０の信号は、カソード
１２に陰極電圧を印加する陰極電圧印加手段３１に接続
されている。なお、符号３２は排気系に通ずる流路、３
３はＡｒ（アルゴン）ガスの導入側流路である。

【００２３】次に、上記構成の本実施例に係る成膜装置
を用いた金属薄膜の成膜方法について説明する。

【００２４】図１に示すように、ディスク基板１００を
真空槽１０内のターゲット１７の直上方位置に取付枠１
８を介してセッティングした後、成膜プロセスを開始す
ると、槽１０内に発生したプラズマが漏洩磁界によって
封じ込められ、この状態でターゲット１７からターゲッ
ト物質（原子）１７１…がたたき出される。このターゲ
ット１７から飛来したターゲット物質１７１…は、ディ
スク基板１００の被成膜面１００に順次堆積して行き、
成膜されて行く。この成膜プロセスの過程で、半導体レ
ーザ２１からレーザ光を発射すると、このレーザ光が光
路Ｌ₁ を通って透明窓２０を透過し、内空部１２０を通
してディスク基板１００に信号記録面と反対の面から入
射し、その被成膜面１１０に照射される。その反射光
は、光路Ｌ₂ を通り、内空部１２０から透明窓２０を透
過して光検出器２２で受光される。光検出器２２は、デ
ィスク基板１００の被成膜面１１０の反射率を電圧値で
検出する。この検出信号は制御ユニット３０に入力さ
れ、この入力に基づいて被成膜面１１０の反射率、すな
わち、成膜プロセスの進行に伴う反射率の変化が検出さ
れる。この反射率Ｒの変化量は、被成膜面１１０の膜厚
ｄの変化量と対応している。したがって、反射率Ｒの変
化を検出することによって、被成膜面１１０の膜厚ｄを
即時リアルタイムでモニターし、測定することができ
る。制御手段３０で読み取られた反射率Ｒが成膜プロセ
スの進行によって所定値以上、例えば８０％以上に達す
ると、制御ユニット３０から陰極電圧印加手段３１に制
御信号が与えられる。この信号によってカソード１２に
印加されていた陰極電圧が“０”となり、ターゲット１
７からのターゲット物質１７１…の飛来が停止する。

【００２５】上記によって、被成膜面１１０に成膜され
る金属薄膜の膜厚ｄが最適値に制御される。かくして、
ディスク基板１００の被成膜面、すなわち信号記録面１
１０にＡｌ合金より成る金属薄膜が成膜されると、光デ
ィスクの製造が終了する。そして、本実施例の成膜方法
によって金属薄膜を成膜すると、膜の反射率Ｒが再生専
用型光ディスクに要求されるＲ＝７０％を確実にクリア
し、かつ、Ｒ＝７０％以上に保持した状態で成膜プロセ
スを行うことができる。

【００２６】図２は、成膜プロセス中における成膜時間
Ｔと反射率Ｒ及び膜厚ｄとの関係を表すもので、成膜プ
ロセス開始前の初期状態（Ｔ＝０）では、膜の反射率Ｒ
はＰＣ基板のそれと等しく４％である。成膜プロセスの
進行により成膜時間Ｔ(sec）が経過すると、膜厚ｄはリ
ニアに増加して行く。一方、反射率Ｒは、成膜時間Ｔの
経過により膜厚ｄが増加すると、それに伴って増加する
が、リニアではなく、非線形な増加であり、一定の成膜
時間Ｔが経過すると、それ以上増加しなくなる。そのと
きの反射率Ｒは、Ｒ＝約８０％である。上記成膜方法で
は、この反射率Ｒ＝８０％を検出したとき、制御ユニッ
ト３０から信号を出力し、ターゲット物質の飛来を停止
させるようにしている。この反射率Ｒ＝８０％は、再生
専用型光ディスク、例えばＣＤの場合、規格で要求され
ているＲ＝７０％を十分にクリヤした極めて良好な値で
ある。そして、この反射率Ｒ＝８０％近傍では、膜厚ｄ
は十分な値に確保されている。本実施例の成膜方法で
は、反射率Ｒ＝８０％近傍を確実に保ちながら成膜プロ
セスを行うことができる。

【００２７】図３は上記膜厚ｄと反射率Ｒとの関係をよ
り明確に示すもので、成膜時間Ｔの経過と共に膜厚ｄが
リニアに増加すると、それに伴って膜の反射率Ｒも増加
して行くが、膜厚ｄがある厚さ、例えば８００〜１００
０Ａ（オングストローム）位に達すると、反射率Ｒが８
０％近傍で飽和状態となり、それ以上増加しなくなるこ
とが良く理解できる。

【００２８】上記実施例によると、ディスク基板１００
の設置により、真空槽１０内のターゲット物質飛来側内
空と半導体レーザ２１と光検出器２２、及びその入射光
路Ｌ₁ 、反射光路Ｌ₂ との間を遮断した状態で成膜プロ
セスを行い、かつ、被成膜面１１０に光を照射し、か
つ、反射光を受光しているので、ディスク基板１００か
ら内空部１２０側へのターゲット物質のリーク、回り込
みを確実に防止することができる。また、透明窓２０を
通して光を入射させ、かつ、その反射光を取り出して受
光しているので、槽１０内の内空部１２０を常時清浄な
状態に保ちながら膜厚ｄの検出を行うことができる。さ
らに、透明窓２０を通して真空槽１０内を任意に視認す
ることができる。

【００２９】次に、図４は本発明に係る金属膜成膜装置
の他の実施例を示すもので、上記実施例と同一部分は同
一符号を付し、重複説明を省略する。

【００３０】上記実施例と異なる点は、ターゲット１７
からのターゲット物質１７１…の飛来を遮断・阻止する
遮蔽手段４０を真空槽１０に装着したことである。

【００３１】遮蔽手段４０は、制御ユニット３０からの
信号を受けて作動するエアシリンダ４１と、このエアシ
リンダ４１のロッド４１０に取付けられて、ロッド４１
０の伸長・短縮動作と共に真空槽１０内に進入・退出す
る遮蔽板４２とから成っている。遮蔽板４２は保持枠４
３によって外界から密封されており、真空槽１０内の真
空を破らないように密封状態を配慮されている。遮蔽板
４２が真空槽１０内に進入すると、ターゲット１７とデ
ィスク基板１００との間が遮断され、ターゲット１７か
らのターゲット物質１７１…の飛来が阻止される。これ
によってディスク基板１００の被成膜面１１０に対する
成膜プロセスが停止する。

【００３２】上記のように、制御ユニット３０にて検出
した膜の反射率Ｒが所定値以上、例えば８０％近傍に達
すると、制御ユニット３０から遮蔽手段４０のエアシリ
ンダ４１に動作停止信号が与えられる。これによってエ
アシリンダ４１のロッド４１０が伸長し、その端部に取
付けた遮蔽板４２が真空槽１０内に進入する。そして、
ターゲット１７とディスク基板１００との間を遮断し、
被成膜面１１０へのターゲット物質の飛来を阻止する。
これで成膜プロセスが停止する。この実施例にあって
も、上記同様の所期の効果を収めることができる。

【００３３】なお、本実施例に係る成膜方法・装置は、
再生専用型光ディスクの金属反射膜の成膜プロセスのみ
ならず、光磁気ディスクの記録膜、保護膜の成膜プロセ
ス、透明基体を用いる液晶素子の成膜プロセス等、成膜
プロセス中に飛来・堆積する成膜物の膜厚を直接検出・
モニターし、制御したい場合に広く適用可能である。

【００３４】また、スパッタリング装置は、上記装置に
限定されるものではなく、その他のスパッタ法を用いる
装置に広く適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明に明らかな通り、本発明によ
れば、下記の効果を奏する。

【００３６】スパッタによる成膜プロセスの過程の中
で、透明基体に成膜される金属膜の膜厚をリアルタイム
で直接検出し、モニターすることができる。そして、検
出・モニターの結果に基づいて金属膜の膜厚を即時リア
ルタイムで適正値に制御することができる。

【００３７】により、成膜源であるターゲットのエ
ロージョンの進行に伴うスパッタレートの低下、槽内の
ガス圧の変動、あるいは残留ガス圧の変化による成膜レ
ートの低下を膜厚の検出・モニターを通してリアルタイ
ムで検出・観測することができ、その観測の結果に基づ
いてそれぞれの条件に合致した最適の成膜状態を確保す
ることが可能となる。その結果、膜厚の制御を通して成
膜条件の最適化を実現し、成膜レートを常時良好な値に
保持できる。

【００３８】ターゲットのエロージョンの進行状態を
リアルタイムで検出・モニターできるので、高価なター
ゲットの交換時期の選定を最適化できる。

【００３９】成膜プロセスにおける品質管理を効率良
く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属膜成膜装置の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る成膜方法における成膜時間と膜厚
及び反射率との関係を表すグラフ図である。

【図３】本発明方法によって成膜された膜厚と反射率と
の関係を表すグラフ図である。

【図４】本発明に係る金属膜成膜装置の他の実施例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１０ 真空槽 １００ 透明基体（ディスク基体） １１０ 被成膜面（信号記録面） ２１ 半導体レーザ（光源） ２２ 光検出器（光検出手段） Ｒ 反射率 ３０ 制御ユニット（手段） Ｌ₁ 入射光路 Ｌ₂ 反射光路 ２０ 透明窓 ４０ 遮蔽手段 ４１ エアシリンダ ４２ 遮蔽板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝田 伸一 大阪府大阪市中央区城見一丁目４番24号 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に透明基体を設置し、その一面
   にターゲット物質を堆積させる金属膜の成膜方法におい
   て、 前記透明基体の被成膜面と反対の面から光を照射し、そ
   の被成膜面からの反射光により前記被成膜面の反射率変
   化を検出すると共に、該反射率変化の検出に基づいて前
   記金属膜の膜厚を制御することを特徴とする金属膜の成
   膜方法。
2. 【請求項２】 真空槽内に透明基体を設置し、その一面
   にターゲット物質を堆積させて金属膜を形成する装置に
   おいて、前記透明基体の他方の面側に光源及び光検出手
   段を設けたことを特徴とする金属膜の成膜装置。
3. 【請求項３】 真空槽に透明窓を設けると共に、光源及
   び光検出手段を前記透明窓の外側に配設したことを特徴
   とする請求項２に記載の金属膜の成膜装置。
4. 【請求項４】 前記光検出手段の検出信号に基づいて前
   記被成膜面の反射率変化を検出すると共に、該反射率の
   検出値が所定レベル以上に達したとき前記ターゲット物
   質の飛来を停止又は阻止する制御信号を出力する制御手
   段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の金属膜の
   成膜装置。
5. 【請求項５】 真空槽に成膜源から発生したターゲット
   物質の飛来を遮断する遮蔽手段を組付け、制御手段から
   出力された制御信号に基づいて前記遮蔽手段を前記遮断
   方向へ作動させるようにしたことを特徴とする請求項２
   に記載の金属膜の成膜装置。
6. 【請求項６】 前記光の入射部及びその反射光の検出部
   を前記設置された透明基体の介在によって真空槽内の成
   膜源から飛来するターゲット物質から遮断することを特
   徴とした請求項１に記載の金属膜の成膜方法。