JPH10237641A

JPH10237641A - スパッタリング方法

Info

Publication number: JPH10237641A
Application number: JP4074897A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Ito; 秀高伊藤; Mitsuteru Ogaki; 光輝大垣
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲットのエロージョンによる形成膜厚の
不均一化を防止したスパッタリング方法を提供する。【解決手段】ターゲットのエロージョンの進行に合わ
せて遮蔽板の位置を変え、膜厚調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学的手段によって
情報の記録或いは再生を行う光記録媒体等を製造する際
の薄膜形成手段として用いるスパッタリング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、大容量、高速のメモリ媒体として
光記録媒体が注目されている。光記録媒体としては再生
専用型光ディスク（ＣＶ、ＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等）、追
記型光ディスク（ライトワンス型）、記録、再生、消
去、再書込み可能型光ディスク（リライタブル）等の所
謂光ディスクが知られている。そして、これらの光ディ
スクの作製には、合成樹脂のディスク基板上に反射膜や
記録膜を形成する方法として金属原子を飛散させ、その
金属原子を基板に堆積させ薄膜を形成する、所謂スパッ
タリングが用いられている。このスパッタリングに用い
られるスパッタリング装置の一つとして、複数の基板を
支持盤上に円周状に配置して支持盤を回転させながらス
パッタリングを行う回転式スパッタリング装置が用いら
れている。

【０００３】この回転式スパッタリング装置は複数の基
板を１ロットで処理することができるので効率の上から
は好ましいが、その構造上、支持盤の円周方向に対して
はほぼ均一な膜厚が得られるが、基板の半径方向に対し
てはスパッタリング・ターゲットと基板との位置関係に
起因する膜厚分布が発生するという問題がある。そこで
基板上の各層の膜厚を均一にする手段として、支持盤を
回転（自転）させると同時にそれぞれの基板を回転（自
転）させるという手段があり、この手段を用いた装置は
自公転式スパッタリング装置と呼ばれている。

【０００４】図１にこの方式に用いる支持盤の概略正面
図を示した。基板（図示せず）は基板ホルダー２の上に
固定される構造（自転はする）とされており、基板ホル
ダ２は支持盤１上に円周方向に複数枚が配置されてい
る。支持板１は支軸５を中心に回転可能に保持され、支
持盤が回転（公転）すると同時に基板ホルダ２も回転
（自転）する。

【０００５】基板ホルダ２を回転させる手段としては、
支持盤の回転駆動を利用して支持板の裏に設けたギア３
により基板ホルダ２の裏に設けたギア４を回転させる方
法、またはマグネットを利用して回転させる方法などが
一般的である。支持盤１はその中心軸５を介して回転導
入部（図示せず）と連結している。基板ホルダ２はその
中心軸６を介して遊星ギア４と連結している。恒星ギア
３は支持盤支持部材に固定されており外部から見て回転
しない。

【０００６】いま、外部のモーターにより回転導入部を
介して支持盤が軸５を中心に回転された場合、基板ホル
ダ２は支持盤１とともに公転動作をするが、その際に遊
星ギア４は固定された恒星ギア３の周囲を転がるので、
遊星ギア４および基板ホルダ２は自転運動を行うことと
なる。遊星ギア４と恒星ギア３のギア比を変えることに
より、自転と公転の比率を変えることができる。スパッ
タ室（図示せず）内には基板（基板ホルダ２）と対向さ
せて１個あるいは複数個のターゲット７が設置されてお
り、基板ホルダ２および支持盤を回転させながらターゲ
ット７をスパッタすることにより、基板上に薄膜が形成
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記基板ホルダ２に取
り付けられた基板は基板ホルダ２と支持盤によって自公
転しながら、ターゲットと相対向し、且つ、その基板の
中心がターゲットの上を通過し、その間にターゲットの
原子がスパッタリングされ、該基板上に成膜される。成
膜して得られる基板はその円周上に関しては均一な膜厚
が得られるが、その半径方向に関しては、一般には内周
の肉厚が厚く、外周の肉厚が薄くなるという膜厚分布が
発生するという問題点がある。

【０００８】ディスクの面内に膜厚分布が発生すると、
ディスクの半径方向で反射率が均一でなくなったりし
て、情報が正しく記録されなかったり、正しく記録され
ても正しく再生できなかったりする。この基板の半径方
向の膜厚分布の発生原因の１つとしては、ターゲットか
らスパッタリングされる粒子の放射分布があげられる。
即ち、基板とターゲットが対向配置している場合にはタ
ーゲット中心直上から離れるに従って膜厚が薄くなると
いう現象が発生し、この放射分布が基板面内の膜厚分布
として反映し、基板の内周は厚く、外周は薄くなる膜厚
分布が発生すると考えられている。

【０００９】今、ターゲット７が図２に示す位置にある
とする。この装置では公転に際し各基板の中心が、ター
ゲット中心の対向する点を通過する。基板が自公転しな
がらターゲット７上を通過する場合の基板内周上の任意
の１点８に注目してその軌跡（この場合、自転ギア（遊
星ギア）と公転ギア（恒星ギア）のギア比が約１：２）
を観察すると図２に示すようにターゲット７の中心付近
を、また基板の外周近傍の任意点９はターゲット７のよ
り外周部を直線的に通過することになり、上記したター
ゲット７からスパッタリングされる粒子の放射分布によ
って、基板の半径方向の膜厚分布が発生しているものと
推定される。

【００１０】上記膜厚分布緩和の手段として、本出願人
は先にターゲット基板との間に遮蔽板を設けターゲット
の中心付近からのスパッタリング粒子の一部を遮蔽して
スパッタリングを行う方法を提案した。（例えば特願平
８−１７３５０２号）上記の方法によれば遮蔽板の大き
さ、形を適正にすれば、ディスクの内周部と外周部の各
層の膜厚がほぼ同等のものが得られる。しかし乍ら、実
際の光ディスク製造においては通常、連続して数百〜数
千バッチのスパッタリングを行い、徐々に基板内周部に
対する基板外周部の各層の膜厚が薄くなっていくという
傾向がある。スパッタリングを重ねるに従って基板に形
成される膜厚の内外差が拡がる原因の一つとしては、ス
パッタリング回数を重ねるとターゲットのエロージョン
が進行し、ターゲットの表面形状や表面の磁場分布が変
化し、その結果スパッタリングされる粒子の放射分布が
変化する為であると考えられる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点に
鑑みてなされたものであり、ターゲットと基板との間に
遮蔽板を設け、ターゲットの中心付近からのスパッタリ
ング粒子の一部を遮蔽して、均一な膜厚を得るスパッタ
リング方法において、多数回スパッタリングを重ねて
も、基板の半径方向の膜厚均一性に余り変化がない自公
転式スパッタリング方法を提供すべく鋭意検討した結
果、ターゲットのエロージョンの進行に応じて、前記遮
蔽板の大きさ或いはターゲットと遮蔽板の距離を適宜変
化させる事により、ターゲット使用の初めから終りにか
けて膜厚分布があまり発生しない事を見い出し、本発明
を完成した。

【００１２】本発明の要旨は、基板を自公転させながら
基板の公転路に対向して設けられたターゲットを用いて
スパッタリング膜を形成するに当り、ターゲットと基板
との間に遮蔽板を設けて基板表面に形成されるスパッタ
膜を調節するスパッタリング方法において、ターゲット
のエロージョンの進行に合わせて遮蔽板の大きさ或いは
遮蔽板とターゲットとの距離を調節する事を特徴とする
スパッタリング方法に存する。

【００１３】以下、本発明につき更に詳細に説明する。
本発明はターゲットと基板との間に遮蔽板を設けた自公
転式スパッタリングに於いて、ターゲットのエロージョ
ンの進行に応じて、遮蔽板の大きさを適宜変化させてス
パッタリングを行うものである。即ち、図３において、
遮蔽板１０はターゲット７と基板が取り付けられた基板
ホルダ２との間に設ける。大きさが可変の遮蔽板１０の
大きさとしてはターゲット７の面積比で３〜１５％、望
ましくは６〜１２％の範囲のものが好適に用いられ、ま
たその形状としては円形状のものが好適である。

【００１４】遮蔽板１０の大きさが上記未満ではスパッ
タリング粒子の遮蔽効果が不十分で、成膜して得られる
基板の半径方向の膜厚分布の発生を防止することができ
ず、また上限より大きいとスパッタリング粒子の遮蔽効
果が大きすぎて、成膜して得られる基板の中心付近より
周辺付近の膜厚が厚くなりすぎるという逆の膜厚分布が
発生する。従って、遮蔽板を上記範囲の大きさとするこ
とによって、成膜して得られる基板の膜厚分布を小さく
することができる。

【００１５】遮蔽板の大きさとしては、該ターゲット７
が直径２００ｍｍの円形状の場合には直径３０〜５０ｍ
ｍの円形板を使用するのが好適である。遮蔽板の材質と
しては通常ステンレス又はアルミニウム材等の金属が好
適に使用される。また、遮蔽板１０の位置としてはター
ゲット７と基板ホルダ２との間、特に中間領域が好まし
く、且つ、ターゲット７の中心と遮蔽板１０の中心がそ
の延長線上でほぼ一致する位置となるように太さ数ｍｍ
の金属棒１１等の支柱で保持取付けするのが好適であ
る。

【００１６】遮蔽板の大きさを変化させる方法として
は、外部から操作して、遮蔽板の面積を大きくする方
法、ばねを使用して時間の経過と共に遮蔽板の面積が大
きくする方法、外周部を網状に加工し、スパッタリング
を重ねるに従って、徐々にスパッタ粒子が網の目を塞い
でいくことによって実効的に遮蔽板の面積を大きくする
方法、等、時間或いはエロージョンの進行に従って遮蔽
板の面積が大きくする方法なら何でもよい。

【００１７】例えば図４、図５に示すように、遮蔽板１
０の周囲に可動片１３を設け、調節棒１２を作動させる
ことによりリンク方式で可動片を開き、遮蔽板の径を大
きくするもの等がある。ターゲットと遮蔽板の距離を変
化させる方法としては、外部から操作して、ターゲット
と遮蔽板の距離を調節する方法、ばねを使用して時間の
経過と共にターゲットと遮蔽板の距離を調節する方法、
ターゲット、遮蔽板、基板ホルダーを下からこの順に配
置し、スパッタの進行に伴って、ばねと連結した遮蔽板
にスパッタ粒子が付着して重くなる結果、ターゲットと
遮蔽板の距離が短くなる方法、等、時間或いはエロージ
ョンの進行に従ってターゲットと遮蔽板の距離を短くす
る方法なら何でもよい。

【００１８】例えば、図６に示すように支柱１１を装置
内壁に設けたレール１４に移動部材１５を介して取付
け、この移動部材１５を螺子１６で前後方向に動かし、
遮蔽板１０のターゲットに対する位置を調節するもの等
がある。以下、本発明のスパッタリング装置を用いて光
磁気記録媒体の記録層（誘電体層、磁性層、断熱層、反
射層）を成膜する場合につきその一例を示す。

【００１９】光磁気記録媒体において用いられる基板と
しては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリオ
レフィン樹脂等の樹脂基板が挙げられる。この基板の厚
みは０．５〜２ｍｍ程度が一般的である。このような樹
脂基板の表面に形成する光磁気記録層の層構成としては
特に制限はなく、公知の光磁気記録層の層構成を採用す
ることができる。例えばＴｂＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、Ｄｙ
ＴｂＦｅＣｏ等の希土類と遷移金属との非晶質磁性合
金、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ等の多結晶垂直磁化膜等が
用いられる。

【００２０】光磁気記録層としては単一の層を用いても
良いし、ＧｄＴｂＦｅ／ＴｂＦｅのように２層以上の記
録層を重ねて用いても良い。上記基板と磁気記録層との
間には、第１誘電体層、すなわち干渉層を設けることも
できる。この層は、高屈折率の透明膜による光の干渉効
果により反射率をおとすことでノイズを低下させＣ／Ｎ
比を向上させるためのものである。干渉層は単層でも多
層膜でも良い。干渉層の構成物質としては、金属酸化物
や金属窒化物が用いられる。

【００２１】金属酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂
Ｏ₅、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂等の金属酸化物単独
又はこれらの混合物、或いはＡｌ−Ｔａ−Ｏの複合酸化
物等が挙げられる。更に、これらの酸化物に、他の元
素、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｙｂ等が酸化物の
形で単独で、或いはＡｌ、Ｔａと複合して酸化物を形成
しているものでも良い。

【００２２】これらの金属酸化物よりなる干渉層は、緻
密で外部からの水分や酸素の侵入を防ぐことができ、ま
た、耐食性が高く後述の反射層との反応性も小さい。更
に、基板として樹脂基板を使用する場合、基板を構成す
る樹脂との密着性にも優れている。金属窒化物として
は、窒化シリコン、窒化アルミニウム等が挙げられる。
これらの金属窒化物のうち、特に緻密で外部からの水分
や酸素の浸入を防ぐ効果に優れることから、窒化シリコ
ンを用いるのが好ましい。

【００２３】このような金属酸化物又は金属窒化物より
なる干渉層の膜厚は、その屈折率により最適膜厚が異な
るが、通常４０〜１５０ｎｍ程度、特に５０〜１００ｎ
ｍ程度とするのが適当である。断熱層としては、例えば
ＡｌＮ、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₃等、及びこれらの混合物が挙げられる
が比較的熱伝導率が小さく屈折率を小さくできるＳｉ
Ｎ、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂を用いることが好ましい。

【００２４】熱伝導率が小さいということは感度を向上
する効果が大きいということであり、屈折率が小さいこ
とは反射光の楕円化を抑えてＣＮＲを大きくできる点で
好ましい。断熱層の膜厚は通常１０〜１００ｎｍの範囲
である。反射層としては光の反射率が高くかつ熱伝導率
が高い物質を用いる。例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
Ｐｔの単体あるいはそれを主体とした合金等があげられ
るが、低コストと耐食性を兼ね備えたものとしてＡｌま
たはＡｌを主体とする合金が最も優れている。

【００２５】特にＡｌ合金は添加物によっては非常に優
れた耐食性を示す。反射層を構成する金属に添加する物
質としてはＴａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ等が挙げられるが、
特にＴａを１〜３％添加することにより優れた物性を得
ることができる。反射層の膜厚は反射層自体が持つ熱伝
導率によって決定されるが、ほぼ４０〜８０ｎｍの範囲
である。熱伝導率が大きい程薄い膜厚が選ばれる。

【００２６】上記した基板上に干渉層、光磁気記録層、
誘電体層、反射層等の各層を形成する方法として、本発
明の自公転式スパッタリング装置が適用され、所定の組
成をもったターゲットを用いて上記スパッタリング法に
より基板上に各層を堆積する。膜の堆積速度は速すぎる
と膜応力を増加させ、遅すぎると生産性が低下するの
で、通常、１〜１０ｎｍ／ｓｅｃの範囲で適宜決定され
る。上記スパッタリング法により得られる各層の膜厚と
しては基板の中心付近と周辺付近共に均一な膜厚分布の
ものが得られる。

【００２７】

【実施例】以下に本発明を実施例を用いて説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。実施例１自公転式スパッタリング装置として図３にその概略を示
す装置を用いた。Ｔａターゲット７として２００ｍｍφ
の円形状のものを用い、また遮蔽板１０として図４に示
すものを用い、初期（Ｔａターゲットが新品の状態）は
４０ｍｍφであり、使用積算電力量の増加に伴ってほぼ
０．１ｍｍ／ｋＷｈの割合で半径が大きくなるように設
定した。遮蔽板１０には調節棒１２が設けられており、
図４、図５に示す様に当該調節棒１２は支持盤１の回転
動力を利用して徐々に遮蔽板の半径を大きくしていく。

【００２８】この円形の遮蔽板１０の中心をターゲット
７の中心の延長線上５０ｍｍ離した位置に、且つターゲ
ット７と基板ホルダ２の中間位置に設けたものを使用し
た。基板には１３０ｍｍφの光ディスク用ポリカーボネ
ート基板を用いた。ターゲットとして金属Ｔａターゲッ
トを用いチャンバー内にＡｒガスを１５０ＳＣＣＭと酸
素ガス３８ＳＣＣＭ導入しながら成膜圧力を１．４×１
０^-5Ｐａの条件で、反応性スパッタリングにより、酸化
タンタル膜（ＴａＯ_x、膜厚：７５ｎｍ）を形成した。
成膜して得られた基板について基板の中心より３０ｍ
ｍ、６０ｍｍにおけるＴａＯの膜厚差を測定した。結果
を図７に示す。図７に白丸で示したが、膜厚の均一であ
ることが分かる。

【００２９】実施例２自公転式スパッタリング装置として図３にその概略を示
す装置を用いた。Ｔａターゲット７として２００ｍｍφ
の円形状のものを用い、また遮蔽板１０として４０ｍｍ
φの図６に示すような装置を用いた。初期（Ｔａターゲ
ットが新品の状態）はターゲット７から５０ｍｍだけ基
板側に離れ、使用積算電力量の増加に伴ってほぼ０．１
５ｍｍ／ｋＷｈの割合でターゲットとの距離が短くなる
ように設定した。遮蔽板１０は支持盤１に取り付けたギ
アと繋がっており、支持盤の回転（公転）と連動して徐
々にターゲットと遮蔽板の距離を短くしていくようにし
た。

【００３０】基板には１３０ｍｍφの光ディスク用ポリ
カーボネート基板を用いた。ターゲットとして金属Ｔａ
ターゲットを用いチャンバー内にＡｒガスを１５０ＳＣ
ＣＭと酸素ガス３８ＳＣＣＭ導入しながら成膜圧力を
１．４×１０^-5Ｐａの条件で、反応性スパッタリングに
より、酸化タンタル膜（ＴａＯ_x、膜厚：７５ｎｍ）を
形成した。成膜して得られた基板について基板の中心よ
り３０ｍｍ、６０ｍｍにおけるＴａＯの膜厚差を測定し
た。結果を図７に示す。図７に黒丸で示したが、膜厚の
均一であることが分かる。

【００３１】比較例遮蔽板１０の大きさが時間、エロージョンの進行に伴っ
て変化せず一定（４０ｍｍφ）であること以外は実施例
と同様にして行った。その結果を図７に四角に十文字で
示した。実施例１、２ではＴａターゲットの寿命（約１
５０ｋＷｈ）の初めから終り迄、作製された光ディスク
の内外膜厚はほぼ同じであったのに対し、比較例ではＴ
ａターゲット使用に伴って内周部のＴａＯ膜厚に対し外
周部のそれが低下していく事がわかる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の装置によればターゲット寿命の
初めから終り迄、膜厚分布の均一なスパッタ膜が安定し
て形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】支持盤の正面概略図。

【図２】ターゲットの一点の軌跡を示す図。

【図３】本発明の装置の一例の縦断面略図。

【図４】本発明の装置の遮蔽板の一例の正面図。

【図５】図４の遮蔽板の拡径した状態を示す正面図。

【図６】本発明の装置の遮蔽板の他の一例の側面図。

【図７】実施例、比較例における膜厚分布を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１支持盤２基板ホルダ３恒星ギア４遊星ギア５支持盤の回転支軸６基板ホルダの回転支軸７ターゲット８基板の内周部の一点９基板の外周部の一点１０遮蔽板１１遮蔽板を支持する支柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を自公転させながら基板の公転路に
対向して設けられたターゲットを用いてスパッタリング
膜を形成するに当り、ターゲットと基板との間に遮蔽板
を設けて基板表面に形成されるスパッタ膜を調節するス
パッタリング方法において、ターゲットのエロージョン
の進行に合わせて遮蔽板の大きさ或いは遮蔽板とターゲ
ットとの距離を調節する事を特徴とするスパッタリング
方法。