JP4763040B2 - スパッタリング装置および薄膜成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置および薄膜成膜方法に関し、特に、書き込みまたは書き換えが可能なＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの製造に用いるスパッタリング装置および薄膜成膜方法に適用して有効な技術に関するものである。

従来、音楽データや映像データ、あるいはコンピュータなどで使用するデータを記録する記録媒体として、ＣＤやＤＶＤなどの円盤状の記録媒体（以下、ディスクとよぶ）がある。前記ディスクには、読み出し専用のものの他に、たとえば、１度だけ書き込みが可能なものや、繰り返し書き換え可能なものがある。

また、前記ディスクは、中央に開口部を有する円盤状のディスク基板の表面に、１層から複数層の薄膜層が形成されており、前記薄膜層は、たとえば、スパッタリングで形成される。

前記ディクス基板の表面に、スパッタリングで薄膜層を形成するときには、まず、スパッタリング装置の外部から供給されるディスク基板をスパッタリング装置の内部に搬入する。このとき、前記ディスク基板は、たとえば、スパッタリング装置に設けられたディスク基板搬入・搬出部（ディスク基板移載ユニットとも呼ばれる）によってスパッタリング装置の内部に搬入される。また、スパッタリング装置で薄膜を成膜したディスク基板は、ディスク基板搬入・搬出部によってスパッタリング装置の外部に搬出される。

このとき、従来の前記ディスク基板搬入・搬出部は、たとえば、スパッタリング装置の外部に設けられたディスク交換ユニットから供給される前記ディスク基板を、前記ディスク基板の中央に設けられた開口部を内径チャックで保持して取り上げ、スパッタリング装置の薄膜成膜部に設けられた搬入口まで移動させる。そして、スパッタリング装置の内部にあるディスク受け皿を前記搬入口の近傍に用意しておき、前記内径チャックを開放して前記ディスク基板を前記ディスク受け皿に渡すことでディスク基板の搬入が完了する。

また、薄膜を成膜したディスク基板を搬出するときには、薄膜を成膜したディスク基板を載せたディスク受け皿を前記搬入口の近傍に配置しておき、前記ディスク基板の中央に設けられた開口部を前記ディスク基板搬入・搬出部の内径チャックで保持して取り上げる。そして、取り上げたディスク基板を前記ディスク交換ユニットまで移動させた後、前記内径チャックを開放して前記ディスク基板を前記ディスク交換ユニットに渡すことでディスク基板の搬出が完了する。

しかしながら、前記スパッタリング装置で薄膜を成膜するときには、通常、高温状態で成膜するので、前記ディスク基板には熱変形が生じる。そのため、たとえば、ディスク基板を単体でスパッタリング装置から搬出する場合には、ディスク基板の開口部の熱変形による内径チャックのチャッキングミスを防ぐために、ディスク基板を冷却する時間が必要である。その結果、稼働率が低下するという問題がある。

このような問題を解決する方法としては、たとえば、前記ディスク基板よりも熱変形が起こりにくい基板ホルダーに前記ディスク基板を載せた状態で供給し、前記ディスク基板が載せられた基板ホルダーを、前記スパッタリング装置の内部に搬入する方法がある。

ところで、前記ディスク基板の表面に薄膜を成膜するときには、たとえば、ディスク基板の中央に開けられた開口部の周囲をインナーマスクで覆い、外周部をアウターマスクで覆い、前記インナーマスクおよびアウターマスクで覆われていない領域に環状に成膜するのが一般的である。またこのとき、従来のスパッタリング装置では、前記インナーマスクおよびアウターマスクは、前記スパッタリング装置の内部で前記基板の表面に配置するのが一般的である。前記基板の表面に前記インナーマスクおよびアウターマスクを配置する方法としては、たとえば、ターゲットの中央部分にインナーマスクとして機能するマスク支柱を設け、外周部にアウターマスクを設けておき、前記ディスク基板の表面を前記マスク支柱およびアウターマスクに接触させる方法がある（たとえば、特許文献１を参照。）。

また、その他にも、たとえば、スパッタリング装置の内部にマスク移動部を設け、前記スパッタリング装置の内部に搬入された前記ディスク基板および基板ホルダーをスパッタリング位置まで移動させる途中で前記ディスク基板の表面にインナーマスクおよびアウターマスクを配置し、薄膜を成膜したディスク基板および基板ホルダーを搬出位置まで移動させる途中で前記ディスク基板の表面に配置されたインナーマスクおよびアウターマスクを取り外す方法がある（たとえば、特許文献２を参照。）。
特開２００２−２５１３２号公報 特開２００２−４７５５５号公報

しかしながら、従来のＣＤやＤＶＤの製造に用いるスパッタリング装置では、前記スパッタリング装置の内部で前記基板の表面に配置するのが一般的である。

前記ＤＶＤなどのディスクは、近年、記録密度が向上しており、超微細・高密度・高精度であることが要求されている。そのため、ディスク基板に薄膜を成膜するときの成膜領域に関しても高精度であることが要求されている。すなわち、ディスク基板に薄膜を成膜するスパッタリング装置では、前記ディスク基板と、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクとの位置合わせに高精度が要求され、位置合わせ（芯出し段取り）に時間がかかる。特に、ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＤＶＤ−Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＶＤ−ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）などの繰り返し書き換え可能なＤＶＤは、薄膜が多層であり、各薄膜を形成する際の前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの位置合わせに時間がかかる。そのため、稼働率やディスクの生産性が低下するという問題があった。

また、スパッタリング装置でディスク基板の表面に薄膜を成膜するときには、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの表面にも薄膜が成膜される。そのため、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクは、定期的に洗浄するメンテナンスが必要である。しかしながら、従来の一般的なスパッタリング装置では、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクは、真空チャンバー（薄膜成膜部）の内部にあるので、洗浄する際の取り外し作業、洗浄後の取り付け作業が煩雑で時間がかかるという問題があった。

また、前記ディスク基板の表面に薄膜を成膜するスパッタリング装置では、近年、たとえば、マグネットを利用して基板ホルダーに対してインナーマスクおよびアウターマスクを固定する方法が提案されている（たとえば、特開２００３−３０３４５１号公報を参照。）。この方法では、たとえば、スパッタリング装置の外部で、前記基板ホルダーに載せたディスク基板上にインナーマスクおよびアウターマスクを固定し、その状態でスパッタリング装置の内部に搬入する。しかしながら、この方法では、搬入時にインナーマスクおよびアウターマスクをディスク基板に対して固定するとともに、搬出時にインナーマスクおよびアウターマスクを取り外す機構が必要になるという問題があった。

本発明の目的は、円盤状のディスク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、インナーマスクおよびアウターマスクの高精度の位置決めを容易にすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、円盤状のディスク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、インナーマスクおよびアウターマスクのメンテナンスを容易にすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、円盤状のディスク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、インナーマスクおよびアウターマスクの高精度の位置決めを容易にし、かつ、メンテナンスを容易にするとともに、装置の構成を簡素化することが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。

（１） 基板の表面に薄膜を成膜する薄膜成膜部と、前記薄膜成膜部の外部から供給される前記基板を前記薄膜成膜部に搬入し、前記薄膜成膜部で薄膜を形成した前記基板を前記薄膜成膜部の外部に搬出する基板搬入・搬出部とを有し、基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置して、前記基板の表面の前記マスク部材で覆われていない領域に、スパッタリングで前記薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、前記基板搬入・搬出部は、前記基板を載せた前記基板ホルダーの機械的保持および開放を行う基板ホルダー保持・開放手段と、前記マスク部材の機械的保持および開放を行うマスク部材保持・開放手段とを有するスパッタリング装置。

（２） 前記（１）のスパッタリング装置において、前記基板は、中央に開口部を有する円盤状であり、前記基板ホルダーは、前記基板の前記開口部に通して前記基板の位置決めを行う円筒状の位置決め部を有し、前記マスク部材は、前記基板の開口部の周囲を覆い、かつ、前記基板ホルダーの位置決め部が通る開口部を有する環状のインナーマスクと、前記基板の外周部を覆い、かつ、前記基板ホルダーの外周と係合する環状のアウターマスクからなり、前記基板搬入・搬出部は、前記基板ホルダー保持・開放手段と、前記インナーマスクの機械的保持および開放を行うインナーマスク保持・開放手段と、前記アウターマスクの機械的保持および開放を行うアウターマスク保持・開放手段と、前記基板ホルダー保持・開放手段による前記基板ホルダーの保持または開放の切り替え制御、および前記インナーマスク保持・開放手段による前記インナーマスクの保持または開放の制御を行う保持・開放制御手段を有し、前記薄膜成膜部は、前記アウターマスク保持・開放手段による前記アウターマスクの保持または開放の制御を行う保持・開放制御手段を有するスパッタリング装置。

（３） 前記（２）のスパッタリング装置において、前記基板ホルダー保持・開放手段は、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面で、前記基板ホルダーを保持または開放するチャックであり、前記インナーマスク保持・開放手段は、前記インナーマスクの外径側の側面で、前記インナーマスクを保持または開放するチャックであり、前記アウターマスク保持・開放手段は、前記アウターマスクの外径側の側面で、前記アウターマスクを保持または開放するチャックであるスパッタリング装置。

（４） 前記（３）のスパッタリング装置において、前記基板ホルダーの前記位置決め部は、内径側の側面に溝を有し、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクは、外周側の側面に溝を有し、前記基板ホルダーを保持または開放するチャックは、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有し、前記インナーマスクを保持または開放するチャックは、前記インナーマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有し、前記アウターマスクを保持または開放するチャックは、前記アウターマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有するスパッタリング装置。

（５） 基板ホルダーに載せられた基板をスパッタリング装置に搬入する第１の工程と、前記スパッタリング装置で前記基板の表面に薄膜を成膜する第２の工程と、前記薄膜を成膜した前記基板が載せられた基板ホルダーを前記スパッタリング装置の外部に搬出する第３の工程とを有する薄膜成膜方法であって、前記第１の工程は、前記スパッタリング装置の外部から供給される、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置した後、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の内部に搬入し、前記第２の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面のうち、前記マスク部材で覆われていない領域に前記薄膜を成膜し、前記第３の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の外部に取り出した後、前記基板および前記基板ホルダーのみを搬出する薄膜成膜方法。

本発明のスパッタリング装置は、スパッタリングで基板の表面に薄膜を成膜する薄膜成膜部と、前記薄膜成膜部の外部から供給される前記基板を前記薄膜成膜部に搬入し、前記薄膜成膜部で薄膜を形成した前記基板を前記薄膜成膜部の外部に搬出する基板搬入・搬出部とを有し、基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置して、前記基板の表面の前記マスク部材で覆われていない領域に、スパッタリングで前記薄膜を成膜するスパッタリング装置であることを前提とする。

そして、本発明のスパッタリング装置では、前記基板搬入・搬出部に、前記基板を載せた前記基板ホルダーの機械的保持および開放を行う基板ホルダー保持・開放手段と、前記マスク部材の機械的保持および開放を行うマスク部材保持・開放手段とを有する。このとき、前記基板搬入・搬出部は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に前記マスク部材を配置してから、前記基板および前記マスク部材が載った前記基板ホルダーを前記薄膜成膜部に搬入し、前記薄膜を形成した前記基板および前記マスク部材が載った前記基板ホルダーを前記薄膜成膜部の外部に取り出した後、前記マスク部材を保持した状態で前記基板および前記基板ホルダーのみを搬出する。このようにすることで、前記基板および前記基板ホルダーを前記薄膜成膜部から排出する際に、前記マスク部材も前記薄膜成膜部から取り出すことができるので、たとえば、前記マスク部材を洗浄するメンテナンス作業が容易になる。

また、本発明のスパッタリング装置は、たとえば、ＣＤやＤＶＤなどのディスクを製造する場合の、中央に開口部を有する円盤状の基板（ディスク基板）に薄膜を成膜する装置に用いるスパッタリング装置である。このとき、前記基板ホルダーには、前記基板の前記開口部に通して前記基板の位置決めを行う円筒状の位置決め部を設ける。また、前記マスク部材は、前記基板の開口部の周囲を覆うインナーマスクと、前記基板の外周部を覆う環状のアウターマスクの２つで構成する。またこのとき、前記インナーマスクは、前記基板ホルダーの位置決め部が通る開口部を設けた環状形状にする。このようにすると、たとえば、前記ディスク基板を前記基板ホルダーに載せる際に、前記ディスク基板の開口部と前記基板ホルダーの位置決め部によって、前記基板ホルダー上における前記ディスク基板の位置を容易に、かつ、高精度に決めることができる。また、前記ディスク基板の表面にインナーマスクを配置する際には、前記インナーマスクの開口部と前記ディスク基板の位置決め部によって、前記基板ホルダー上における前記インナーマスクの位置を容易に、かつ、高精度に決めることができる。また、前記ディスク基板の表面にアウターマスクを配置する際には、前記アウターマスクと前記ディスク基板の外周が係合することで、前記基板ホルダー上における前記アウターマスクの位置を容易に、かつ、高精度に決めることができる。その結果、前記ディスク基板と、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの位置を容易に、かつ、高精度に決めることができる。

また、本発明のスパッタリング装置では、前記基板ホルダーの保持および開放と、前記マスク部材（インナーマスクおよびアウターマスク）の保持および開放を機械的に行う。このとき、前記基板ホルダー保持・開放手段は、たとえば、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面で、前記基板ホルダーを保持または開放するチャックを用いる。また、前記インナーマスク保持・開放手段は、前記インナーマスクの外径側の側面で、前記インナーマスクを保持または開放するチャックを用いる。また、前記アウターマスク保持・開放手段は、前記アウターマスクの外径側の側面で、前記アウターマスクを保持または開放するチャックを用いる。このとき、前記基板ホルダー保持・開放手段による前記基板ホルダーの保持または開放の切り替え制御、および前記インナーマスク保持・開放手段による前記インナーマスクの保持または開放の切り替え制御を行う保持・開放制御手段は、前記基板搬入・搬出部に設ける。一方、前記アウターマスク保持・開放手段による前記アウターマスクの保持または開放の制御を行う保持・開放制御手段は、前記薄膜成膜部に設ける。このような構成にすれば、たとえば、マグネットの磁力を利用しなくても、前記ディスク基板と、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの位置合わせの精度を高精度に保った状態でスパッタリング装置の薄膜成膜部に搬入することができる。そのため、ディスク基板搬入・搬出部の構成を簡素化することができる。

また、本発明のスパッタリング装置では、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面に溝を設け、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの外周側の側面に溝を設けることが望ましい。また、前記基板ホルダーを保持または開放するチャックは、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面に設けられた溝に係合するツメを設け、前記インナーマスクを保持または開放するチャックは、前記インナーマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを設け、前記アウターマスクを保持または開放するチャックは、前記アウターマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを設けることが望ましい。このようにすることで、前記基板ホルダー、前記インナーマスクおよび前記アウターマスクの保持がより確実になる。

また、本発明のスパッタリング装置を用いて、たとえば、ＣＤやＤＶＤなどに用いる円盤状のディスク基板に薄膜を成膜する薄膜成膜方法をまとめると、次のようになる。

すなわち、基板ホルダーに載せられた基板をスパッタリング装置に搬入する第１の工程と、前記スパッタリング装置で前記基板の表面に薄膜を成膜する第２の工程と、前記薄膜を成膜した前記基板が載せられた基板ホルダーを前記スパッタリング装置の外部に搬出する第３の工程とを有する薄膜成膜方法であって、前記第１の工程は、前記スパッタリング装置の外部から供給される、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置した後、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の内部に搬入し、前記第２の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面のうち、前記マスク部材で覆われていない領域に前記薄膜を成膜し、前記第３の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の外部に取り出した後、前記基板および前記基板ホルダーのみを搬出する。

なお、本発明は、たとえば、ＣＤやＤＶＤなどに用いる円盤状のディスク基板に薄膜を成膜するスパッタリング装置に適用することが望ましいが、これに限らず、同様の方法で基板に薄膜を成膜するスパッタリング装置であれば適用可能であることはもちろんである。

また、本発明は、スパッタリング装置に限らず、たとえば、前記スパッタリングと同様の原理で薄膜を成膜する装置であれば適用可能であることはもちろんである。

図１は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施例のスパッタリング装置で薄膜を成膜する基板および基板ホルダーならびにマスクの概略構成を示す模式平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ’線における模式断面図である。 図４は、図３を分解して示した模式断面図である。 図５は、本実施例のディスク基板搬入・搬出部をディスク基板を保持する面から見た模式平面図である。 図６は、図５のＢ−Ｂ’線における模式断面図である。 図７は、図５のＣ−Ｃ’線における模式断面図である。 図８は、ディスク基板交換ユニットから供給されるディスク基板を取り上げる前の状態を示す模式断面図である。 図９は、ディスク基板交換ユニットから供給されるディスク基板を取り上げる前の状態を示す模式断面図である。 図１０は、ディスク基板交換ユニットから供給されるディスク基板上にインナーマスクおよびアウターマスクが配置された状態を示す模式断面図である。 図１１は、基板ホルダーを保持した状態を示す模式断面図である。 図１２は、ディスク基板および基板ホルダーをディスク基板交換ユニットから取り上げた後の状態を示す模式断面図である。 図１３は、ディスク基板を薄膜成膜部のロードロック室フランジに挿入するときの状態を示す模式断面図である。 図１４は、ディスク基板を薄膜成膜部のロードロック室フランジに挿入したときの状態を示す模式断面図である。 図１５は、ディスク基板や基板ホルダーを薄膜成膜部の内部に搬入するときの状態を示す模式断面図である。 図１６は、ディスク基板や基板ホルダーを薄膜成膜部の内部に搬入するときの状態を示す模式断面図である。 図１７は、ディスク基板や基板ホルダーが薄膜成膜部の内部に搬入された後の状態を示す模式断面図である。

符号の説明

１ 薄膜成膜部
１０１ 真空チャンバー
１０２ ターゲット
１０３ ディスク受け皿
１０４ ディスクキャリア
１０５ ロードロックプッシャ
１０６ スパッタプッシャ
１０７ ロードロック室フランジ
２ ディスク基板
２０１ 開口部
３ ディスク基板搬入・搬出部
３０１ 基板ホルダーチャック
３０２ 基板ホルダーチャック開閉ローラー
３０３ インナーマスクチャック
３０４ インナーマスクチャック開ローラー
３０５ インナーマスクチャック閉バネ
３０６ アウターマスクチャック
３０７ アウターマスクチャック開ローラー
３０８ アウターマスクチャック閉バネ
３０９ チャック閉カム
３１０ａ，３１０ｂ チャック開カム
３１１ ロードロック室蓋フランジ
３１２ ロードロック室蓋フランジ上下駆動源
３１３ チャック開閉駆動軸
３１４ チャック開閉駆動源
３１５ プレート
３１６ ガイド軸
４ ディスク基板交換ユニット
５ 基板ホルダー
５０１ 位置決め部
５０１ａ 基板ホルダー保持用溝
６０１ インナーマスク
６０１ａ 溝
６０２ アウターマスク
６０２ａ 溝

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本発明のスパッタリング装置は、薄膜を成膜する基板を基板ホルダーに載せた状態で供給し、マスク部材を保持した状態の基板搬入・搬出部で基板および基板ホルダーを取り上げ、基板ホルダーに載った前記基板上に前記マスクを配置した状態でスパッタリング装置（薄膜成膜部）の内部に搬入する。また、薄膜が成膜された基板をスパッタリング装置（薄膜成膜部）の外部に搬出するときには、基板搬入・搬出部により、前記基板を載せた基板ホルダーおよび前記基板上に配置された前記マスク部材を取り出した後、基板搬入・搬出部でマスク部材を保持したまま、前記基板および基板ホルダーのみを排出する。

図１は、本発明による一実施例のスパッタリング装置の概略構成を示す模式図である。

本実施例のスパッタリング装置は、たとえば、ＣＤやＤＶＤなどの円盤状のディスクを製造する際の、円盤状のディスク基板に薄膜を成膜する工程で用いられる薄膜成膜装置である。このとき、前記スパッタリング装置は、図１に示すように、ディスク基板の表面に薄膜を成膜する薄膜成膜部１と、装置外部から供給されるディスク基板２を薄膜成膜部１に搬入するとともに、薄膜成膜部１で薄膜が成膜されたディスク基板２を装置外部に搬出するディスク基板搬入・搬出部３により構成されている。このとき、薄膜を成膜するディスク基板２はディスク交換ユニット４から供給され、薄膜が成膜されたディスク基板２はディスク交換ユニット４に搬出される。

薄膜成膜部１は、たとえば、真空チャンバー１０１と、真空チャンバー１０１の内部に配置されたターゲット１０２、ディスク受け皿１０３、ディスクキャリア１０４、ロードロックプッシャ１０５、スパッタプッシャ１０６などにより構成される。また、図示は省略するが、薄膜成膜部１は、その他にも、たとえば、ターゲット１０２の裏面側に配置されたマグネットや冷却手段、放電用ガスの供給部および排出部などを有する。

また、真空チャンバー１０１は、ディスク基板２の搬入および搬出を行うための開口部を有し、該開口部の外周にはロードロック室フランジ１０７が設けられている。

薄膜成膜部１の構成および動作、ディスク基板搬入・搬出部３の構成および動作は後述するとして、次に、本実施例のスパッタリング装置で薄膜を成膜するディスク基板２やマスクの構成などについて説明する。

図２は、本実施例のスパッタリング装置で薄膜を成膜する基板および基板ホルダーならびにマスクの概略構成を示す模式平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線における模式断面図である。図４は、図３を分解して示した模式断面図である。

本実施例のスパッタリング装置で薄膜を成膜するディスク基板２は、たとえば、図２乃至図４に示すように、中央に円形の開口部２０１を有する円盤状の基板である。そして、このディスク基板２の表面に、本実施例のスパッタリング装置で薄膜を成膜するときには、図２および図３に示すように、基板ホルダー５上にディスク基板２を載せ、さらにディスク基板２上にインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２を配置した状態でスパッタリング装置の薄膜成膜部１の内部に搬入する。そして、ディスク基板２の表面に薄膜を成膜し、搬出するときにも、基板ホルダー５上にディスク基板２を載せ、さらにディスク基板２上にインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２を配置した状態でスパッタリング装置の薄膜成膜部１の外部に搬出する。

このとき、基板ホルダー５は、ディスク基板２の開口部２０１を通る円筒状の位置決め部５０１を有する。この位置決め部５０１の外径は、たとえば、ディスク基板の開口部２０１の口径と等しくする。また、位置決め部５０１の内径側の側面には、たとえば、周方向の溝（基板ホルダー保持用溝）５０１ａを設けておく。

また、インナーマスク６０１は、ディスク基板２の開口部２０１の周囲を覆うマスク部材であり、前記基板ホルダー５の位置決め部５０１が通る開口部を有する環状形状をしている。また、インナーマスク６０１の外径側の側面には、たとえば、周方向の溝６０１ａを設けておく。

また、アウターマスク６０２は、ディスク基板２の外周部を覆うマスク部材であり、前記基板ホルダー５の外周と係合する環状形状をしている。また、アウターマスク６０２の外径側の側面には、たとえば、周方向の溝６０２ａを設けておく。

なお、ディスク基板２、基板ホルダー５、インナーマスク６０１、およびアウターマスク６０２は、物理的には接触した状態であり、図４に示すように、容易に分離できる構造である。

次に、図２乃至図４に示したようなディスク基板２、基板ホルダー５、インナーマスク６０１、およびアウターマスク６０２を用いて、本実施例のスパッタリング装置でディスク基板２の表面に薄膜を形成する場合の、ディスク基板搬入・搬出部３の構成について説明する。

図５乃至図７は、本実施例のスパッタリング装置におけるディスク基板搬入・搬出部の構成例を示す模式図である。図５は、本実施例のディスク基板搬入・搬出部をディスク基板を保持する面から見た模式平面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ’線における模式断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ’線における模式断面図である。

本実施例のスパッタリング装置において、ディスク基板搬入・搬出部３は、たとえば、図５乃至図７に示すように、基板ホルダーチャック３０１および基板ホルダーチャック開閉ローラー３０２、インナーマスクチャック３０３およびインナーマスクチャック開ローラー３０４ならびにインナーマスクチャック閉バネ３０５、アウターマスクチャック３０６およびアウターマスクチャック開ローラー３０７ならびにアウターマスクチャック閉バネ３０８、チャック閉カム３０９およびチャック開カム３１０ａ，３１０ｂ、ロードロック室蓋フランジ３１１およびロードロック室蓋フランジ上下駆動源３１２、チャック開閉駆動軸３１３およびチャック開閉駆動源３１４などから構成される。

基板ホルダーチャック３０１および基板ホルダーチャック開閉ローラー３０２は、基板ホルダー５の保持および開放を行う保持・開放手段であり、チャック閉カム３０９およびチャック開カム３１０ａの上下動によって、基板ホルダー５の保持および開放が切り替えられる。また、基板ホルダーチャック３０１には、基板ホルダー５の位置決め部５０１の内径側の側面に設けられた基板ホルダー保持用溝５０１ａと係合するツメを有する。

また、インナーマスクチャック３０３およびインナーマスクチャック開ローラー３０４は、インナーマスク６０１の保持および開放を行う保持・開放手段であり、チャック開カム３１０ｂの上下動およびロードロック室蓋フランジ３１１とインナーマスクチャック３０３の間に設けられたインナーマスクチャック閉バネ３０５によって、インナーマスク６０１の保持および開放が切り替えられる。また、インナーマスクチャック３０３には、インナーマスクの外径側の側面に設けられた溝６０１ａと係合するツメを有する。

また、チャック閉カム３０９およびチャック開カム３１０ａ，３１０ｂは、チャック開閉駆動軸３１３とつながっており、チャック開閉駆動軸３１３はプレート３１５によってチャック開閉駆動源３１４と接続したガイド軸３１６に固定されている。そのため、チャック開閉駆動源３１４によるガイド軸３１６の上下動にあわせて、チャック開閉駆動軸３１３およびチャック閉カム３０９ならびにチャック開カム３１０ａ，３１０ｂは上下動する。

なお、チャック閉カム３０９およびチャック開カム３１０ａ，３１０ｂは、基板ホルダーチャック３０１の開閉およびインナーマスクチャック３０３の開閉に関して、以下のような３つの状態を随時切り替えられるように設けられている。１つめの状態は、基板ホルダーチャック３０１は開放しており、インナーマスクチャック３０３は閉じてインナーマスク６０１を保持している状態である。２つめの状態は、基板ホルダーチャック３０１は閉じて基板ホルダー５を保持しており、インナーマスクチャック３０３は閉じてインナーマスク６０１を保持している状態である。３つめの状態は、基板ホルダーチャック３０１、インナーマスクチャック３０３がともに開放している状態である。このような３つの状態を実現するには、たとえば、基板ホルダーチャック３０１を開くチャック開カム３１０ａと、インナーマスクチャック３０３を開くチャック開カム３１０ｂを上下方向にずらして設ければよい。

また、アウターマスクチャック３０６およびアウターマスクチャック開ローラー３０７は、アウターマスク６０２の保持および開放を行う保持・開放手段であり、ロードロック室蓋フランジ３１１とアウターマスクチャック３０６の間に設けられたアウターマスクチャック閉バネ３０８によって、アウターマスク６０２の保持および開放が切り替えられる。具体的には、通常の状態ではアウターマスクチャック３０６は閉じてアウターマスク６０２を保持しており、たとえば、ロードロック室フランジ１０７などでアウターマスクチャック開ローラー３０７を押すと開放した状態に切り替わる。

以下、本実施例のスパッタリング装置でディスク基板に薄膜を成膜する場合の、ディスク基板搬入・搬出部３および薄膜成膜部１での動作について、薄膜成膜部１の構成も交えて説明する。

図８乃至図１７は、本実施例スパッタリング装置でディスク基板に薄膜を成膜する場合の、ディスク基板搬入・搬出部の動作を説明するための模式断面図である。図８および図９は、ディスク基板交換ユニットから供給されるディスク基板を取り上げる前の状態を示す模式断面図である。図１０は、ディスク基板交換ユニットから供給されるディスク基板上にインナーマスクおよびアウターマスクが配置された状態を示す模式断面図である。図１１は、基板ホルダーを保持した状態を示す模式断面図である。図１２は、ディスク基板および基板ホルダーをディスク基板交換ユニットから取り上げた後の状態を示す模式断面図である。図１３および図１４は、ディスク基板を薄膜成膜部のロードロック室フランジに挿入するときの状態を示す模式断面図である。図１５および図１６は、ディスク基板や基板ホルダーを薄膜成膜部の内部に搬入するときの状態を示す模式断面図である。図１７は、ディスク基板や基板ホルダーが薄膜成膜部の内部に搬入された後の状態を示す模式断面図である。

なお、図８、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、および図１７は、図６と同じ断面で見た断面図である。また、図９、および図１６は、図７と同じ断面で見た断面図である。

本実施例のスパッタリング装置でディスク基板２に薄膜を成膜する場合、ディスク基板２は、たとえば、図８および図９に示すように、基板ホルダー５に載せられた状態でディスク基板交換ユニット４から供給される。このとき、ディスク基板搬入・搬出部３は、インナーマスクチャック３０３でインナーマスク６０１を保持し、アウターマスクチャック３０６でアウターマスク６０２を保持した状態になっている。また、基板ホルダーチャック３０１は、開放した状態になっている。

次に、インナーマスク６０１の開口部と基板ホルダー５の位置決め部５０１の位置合わせをし、たとえば、ロードロック室蓋フランジ３１１を下降させて、図１０に示すように、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２をディスク基板３上に配置した状態にする。この状態では、基板ホルダーチャック３０１は開放した状態になっている。そのため、続けて、チャック開閉駆動軸３１３を下降させてチャック閉カム３０９が基板ホルダー開閉ローラー３０２を内側に押すことにより図１１に示すように、基板ホルダーチャック３０１のツメが基板ホルダー５の位置決め部５０１の内径側の側面に設けられた基板ホルダー保持用溝５０１ａに係合し、基板ホルダー５が保持される。その後、たとえば、ロードロック室蓋フランジ３１１を上昇させると、図１２に示すように、ディスク基板搬入・搬出部３にインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２と、ディスク基板２を載せた基板ホルダー５が保持された状態になる。そして、この状態でディスク基板搬入・搬出部３のロードロック室蓋フランジ３１１を、薄膜成膜部１の開口部（ロードロック室フランジ１０７）上に移動させる。このとき、基板ホルダー５上に載っているディスク基板２とインナーマスク６０１は、基板ホルダー５の位置決め部５０１によって高精度に位置合わせされた状態で移動する。また、基板ホルダー５上に載っているディスク基板２とアウターマスク６０２は、アウターマスク６０２を基板ホルダー５の外周に係合させることで高精度に位置合わせされた状態で移動する。

インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２と、ディスク基板２を載せた基板ホルダー５を保持したディスク基板搬入・搬出部３のロードロック室蓋フランジ３１１を薄膜成膜部１の開口部（ロードロック室フランジ１０７）上に移動させた後は、図１３に示すように、ディスク基板搬入・搬出部３のロードロック室蓋フランジ３１１を下降させて、薄膜成膜部１の開口部に挿入する。このとき、アウターマスクチャック開ローラー３０７は、薄膜成膜部１の開口部の外周に設けられたロードロック室フランジ１０７に接触する。そして、ロードロック室蓋フランジ３１１が、ロードロック室フランジ１０７に完全に挿入されると、図１４に示したように、アウターマスクチャック３０６が開放された状態になる。このとき、ロードロック室フランジ１０７とロードロック室蓋フランジ３１１は密着するので、真空ポンプにより排気し、真空チャンバー１０１内を高真空状態にする。

なお、ロードロック室蓋フランジ３１１を、ロードロック室フランジ１０７に挿入するときには、薄膜成膜部１の内部にあるディスク受け皿１０３が、図１３および図１４に示すように、たとえば、ロードロック室蓋フランジ３１１を完全に挿入されたときの高さに配置されている。このディスク受け皿１０３の高さは、薄膜成膜部１の開口部と重なる位置に配置されたロードロックプッシャ１０５によって制御する。

また、ロードロック室蓋フランジ３１１が、ロードロック室フランジ１０７に完全に挿入された時点では、図１４に示すように、基板ホルダー５は、基板ホルダーチャック３０１で保持された状態である。同様に、図示は省略するが、インナーマスク６０１も、インナーマスクチャック３０３で保持された状態である。そのため、チャック開閉駆動軸３１３およびチャック開カム３１０ａ，３１０ｂを上昇させると、まず、たとえば、図１５に示すように基板ホルダーチャック３０１側のチャック開カム３１０ａが基板ホルダーチャック開閉ローラー３０２に接触し、基板ホルダーチャック３０１が開放される。そして、続けてチャック開閉駆動軸３１３を上昇させると、たとえば、図１６に示すように、インナーマスクチャック３０３側のチャック開カム３１０ｂがインナーマスクチャック開ローラー３０４に接触し、インナーマスクチャック３０３が解放される。

そして、基板ホルダーチャック３０１、インナーマスクチャック３０３、およびアウターマスクチャック３０６が解放された状態になった後、ロードロックプッシャ１０５を下降させてディスク受け皿１０３を下降させると、図１７に示すように、基板ホルダー５に載ったディスク基板２の上は、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２が配置された状態で薄膜成膜部１の内部に搬入される。このとき、基板ホルダー５に載っているディスク基板２とインナーマスク６０１は、基板ホルダー５の位置決め部５０１によって高精度に位置合わせされた状態になっている。また、基板ホルダー５に載っているディスク基板２とアウターマスク６０２は、アウターマスク６０２を基板ホルダー５の外周に係合させることで高精度に位置合わせされた状態になっている。

ロードロックプッシャ１０５とともにディスク受け皿１０３を下降させると、ディスク受け皿１０３は、途中で、ディスクキャリア１０４に載る。そして、ディスク受け皿１０３が載ったディスクキャリア１０４は回転し、ディスク受け皿１０３をターゲット１０２と対向する位置に移動させる。このとき、ディスク受け皿１０３の下部にはスパッタプッシャ１０６が配置されており、ディスク受け皿１０３上のディスク基板２とターゲット１０２の距離があらかじめ定められた距離になるように、スパッタプッシャ１０６を上昇させてディスク受け皿１０３を上昇させる。このときも、ディスクキャリア１０４の回転精度に依存せず、基板ホルダー５に載っているディスク基板２とインナーマスク６０１は、基板ホルダー５の位置決め部５０１によって高精度に位置合わせされた状態になっている。また、基板ホルダー５に載っているディスク基板２とアウターマスク６０２も、アウターマスク６０２を基板ホルダー５の外周に係合させることで高精度に位置合わせされた状態になっている。

そして、ディスク受け皿１０３上のディスク基板２とターゲット１０２の距離があらかじめ定められた距離になったら、たとえば、ディスク基板２とターゲット１０２の間に電界および磁界を印加するとともに加熱し、放電用ガスを導入してプラズマを発生させてターゲット１０２に衝突させ、ターゲットから原子または分子をはじき出し（スパッタし）、その原子または分子をディスク基板２の表面に堆積させて成膜する。このとき、ディスク基板２上のインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２は、高精度に位置合わせをされているので、薄膜成膜部１の内部で、改めてマスクの位置合わせを行う必要はない。そのため、位置精度の高い薄膜を容易に成膜することができる。

また、ディスク基板２の表面に成膜した後は、前述の手順と逆の手順でディスク基板２、基板ホルダー５、インナーマスク６０１、およびアウターマスク６０２を薄膜成膜部１の外部に搬出する。すなわち、まず、スパッタプッシャ１０６を下降させてディスク受け皿１０３を下降させ、ディスクキャリア１０４に載せる。次に、ディスクキャリア１０４を回転させてディスク受け皿１０３をロードロック室側に戻す。そして、ロードロックプッシャ１０５を上昇させて、図１５および図１６に示したように、ディスク受け皿１０３上の基板ホルダー５およびインナーマスク６０１を、それぞれ基板ホルダーチャック３０１およびインナーマスクチャック３０３で保持できる高さまでディスク受け皿１０３を上昇させる。そして、ディスク基板搬入・搬出部３のチャック開閉駆動軸３１３を下降させると、まず、インナーマスクチャック３０３側のチャック開カム３１０ｂがインナーマスクチャック開ローラー３０４から外れ、インナーマスクチャック開バネ３０５が伸びて、インナーマスクチャック３０３のツメがインナーマスク６０１の溝６０１ａに係合してインナーマスク６０１が保持された状態になる。続けてチャック開閉駆動軸３１３を下降させると、チャック閉カム３０９が基板ホルダーチャック開閉ローラー３０２に接触し、基板ホルダーチャック３０１のツメが基板ホルダー５の基板ホルダー保持用溝５０１ａに係合して基板ホルダー５が支持された状態になる。

次に、ロードロック室を大気状態に戻し、ディスク基板搬入・搬出部３のロードロック室蓋フランジ３１１を上昇させて、ロードロック室蓋フランジ３１１を薄膜成膜部の開口部（ロードロック室フランジ１０７）から外すと、アウターマスクチャック閉バネ３０８が伸びて、アウターマスクチャック３０６のツメがアウターマスク６０２の溝６０２ａに係合してアウターマスク６０２が支持された状態になる。

次に、ディスク基板搬入・搬出部３をディスク基板交換ユニット４上に移動させた後、チャック開閉駆動軸３１３を上昇させて、たとえば、図９および図１０に示したように、基板ホルダーチャック３０１のみが解放した状態にすれば、薄膜が成膜されたディスク基板２および基板ホルダー５のみをディスク基板交換ユニット４に搬出することができる。以降、この動作を繰り返すことで、ディスク基板交換ユニット４から順次供給されるディスク基板２に、順次薄膜を形成していく。

なお、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２は、ディスク基板２に成膜する際のマスクであるため、ディスク基板２と同様に表面に薄膜が成膜される。そのため、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２は定期的に洗浄するメンテナンスが必要である。

ディスク基板搬入・搬出部３が、たとえば、ディスク基板交換ユニット４上にある場合、アウターマスクチャック３０６およびアウターマスクチャック開ローラー３０７は、ロードロック室蓋フランジ３１１の側面に露出した状態である。そのため、アウターマスクチャック開ローラー３０７を押すことでアウターマスク６０２を容易に取り外すことができる。また、チャック開閉駆動軸３１３を上昇させれば、インナーマスクチャック３０３が開放されるので、インナーマスク６０１も容易に取り外すことができる。そのため、本実施例のスパッタリング装置では、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２の洗浄などのメンテナンスも容易にできる。またこのとき、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２の材質を、たとえば、チタンにすれば、スパッタリングで成膜された薄膜は、硝酸で容易に洗浄できる。

以上説明したように、本実施例のスパッタリング装置によれば、円筒形の位置決め部５０１を有する基板ホルダー５を用い、前記位置決め部５０１を利用して基板ホルダー５とディスク基板２の位置合わせ、基板ホルダー５とインナーマスク６０１の位置合わせを行うことで、ディスク基板２とインナーマスク６０１の高精度の位置決めを容易にできる。また、アウターマスク６０２を基板ホルダー５の外周に係合させて基板ホルダー５とアウターマスク６０２の位置合わせを行うことで、ディスク基板２とアウターマスク６０２の高精度の位置決めも容易にできる。

また、基板ホルダー５に載ったディスク基板２の上にインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２を配置する作業、および薄膜を成膜したディスク基板２の上に配置されたインナーマスク６０１およびアウターマスク６０２を取り外す作業を、薄膜形成部１（真空チャンバー１０１）の外部で行うので、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２のメンテナンスが容易になる。

また、インナーマスク６０１およびアウターマスク６０２の保持および開放（取り外し）は、ディスク基板搬入・搬出部３に設けたチャックおよびチャック開閉ローラーならびにチャック開閉駆動軸などによって機械的に行う。そのため、たとえば、マグネット（磁力）を利用してインナーマスクおよびアウターマスクの保持および開放を行う機構などは不要であり、ディスク基板搬入・搬出部３の構成を簡素化することができる。

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。

たとえば、前記実施例では、スパッタリング装置を挙げたが、これに限らず、スパッタリングと同様の原理で薄膜を形成する装置であり、かつ、ディスク基板のように基板上にマスクを配置して薄膜を形成する装置であれば、本発明を適用できることはもちろんである。

Claims (5)

1. 基板の表面に薄膜を成膜する薄膜成膜部と、前記薄膜成膜部の外部から供給される前記基板を前記薄膜成膜部に搬入し、前記薄膜成膜部で薄膜を形成した前記基板を前記薄膜成膜部の外部に搬出する基板搬入・搬出部とを有し、
   基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置して、前記基板の表面の前記マスク部材で覆われていない領域に、スパッタリングで前記薄膜を成膜するスパッタリング装置であって、
   前記基板搬入・搬出部は、前記基板を載せた前記基板ホルダーの機械的保持および開放を行う基板ホルダー保持・開放手段と、前記マスク部材の機械的保持および開放を行うマスク部材保持・開放手段とを有することを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記基板は、中央に開口部を有する円盤状であり、
   前記基板ホルダーは、前記基板の前記開口部に通して前記基板の位置決めを行う円筒状の位置決め部を有し、
   前記マスク部材は、前記基板の開口部の周囲を覆い、かつ、前記基板ホルダーの位置決め部が通る開口部を有する環状のインナーマスクと、前記基板の外周部を覆い、かつ、前記基板ホルダーの外周と係合する環状のアウターマスクからなり、
   前記基板搬入・搬出部は、前記基板ホルダー保持・開放手段と、
   前記インナーマスクの機械的保持および開放を行うインナーマスク保持・開放手段と、
   前記アウターマスクの機械的保持および開放を行うアウターマスク保持・開放手段と、
   前記基板ホルダー保持・開放手段による前記基板ホルダーの保持または開放の切り替え制御、および前記インナーマスク保持・開放手段による前記インナーマスクの保持または開放の制御を行う保持・開放制御手段を有し、
   前記薄膜成膜部は、前記アウターマスク保持・開放手段による前記アウターマスクの保持または開放の制御を行う保持・開放制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記基板ホルダー保持・開放手段は、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面で、前記基板ホルダーを保持または開放するものであり、
   前記インナーマスク保持・開放手段は、前記インナーマスクの外径側の側面で、前記インナーマスクを保持または開放するものであり
   前記アウターマスク保持・開放手段は、前記アウターマスクの外径側の側面で、前記アウターマスクを保持または開放するものであることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記基板ホルダーの前記位置決め部は、内径側の側面に溝を有し、
   前記インナーマスクおよび前記アウターマスクは、外周側の側面に溝を有し、
   前記基板ホルダー保持・開放手段は、前記基板ホルダーの前記位置決め部の内径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有し、
   前記インナーマスク保持・開放手段は、前記インナーマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有し、
   前記アウターマスク保持・開放手段は、前記アウターマスクの外径側の側面に設けられた溝に係合するツメを有することを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. 基板を載せた基板ホルダーの機械的保持および開放を行う基板ホルダー保持・開放手段と、マスク部材の機械的保持および開放を行うマスク部材保持・開放手段とを有する基板搬入・搬出部を備えたスパッタリング装置を用いる薄膜成膜方法であって、
   前記基板ホルダーに載せられた前記基板を前記基板搬入・搬出部により前記スパッタリング装置に搬入する第１の工程と、前記スパッタリング装置で前記基板の表面に薄膜を成膜する第２の工程と、前記薄膜を成膜した前記基板が載せられた基板ホルダーを前記基板搬入・搬出部により前記スパッタリング装置の外部に搬出する第３の工程とを有し、
   前記第１の工程は、前記スパッタリング装置の外部から供給される、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面に、前記基板の表面の一部の領域を覆うマスク部材を設置した後、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の内部に搬入し、
   前記第２の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板の表面のうち、前記マスク部材で覆われていない領域に前記薄膜を成膜し、
   前記第３の工程は、前記基板ホルダーに載せられた前記基板とともに、前記マスク部材を前記スパッタリング装置の外部に取り出した後、前記基板および前記基板ホルダーのみを搬出することを特徴とする薄膜成膜方法。

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