JP5570296B2 - 基板回転装置及び真空処理装置並びに成膜方法 - Google Patents

Description

この発明は、成膜方法及び真空処理装置に係り、特に絶縁材製の基板に下地層膜、磁性層膜および保護層膜を順次設けてなる磁気記録媒体の製造に好適な成膜方法及び真空処理装置に関する。

磁気記録媒体は、例えば、基板上にＮｉＰからなる下地層膜と、この下地層膜の上にスパッタリングにより設けられたＣｒ下地層および、ＣｒやＣｏ合金からなる磁性層膜とを有して構成されている。さらに、この磁性層膜の上にはカーボンスパッタ膜等による保護層膜が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

磁気記録媒体の製造においては、ロードチャンバとアンロードチャンバの間に複数連設された成膜処理室に、成膜を行う基板を順次搬送することにより下地層や磁性膜層など各層の成膜処理が行われている。基板の搬送には、基板をキャリアに保持して各成膜処理室の間を搬送できる搬送機構が用いられている（例えば、特許文献２参照）。キャリアは、搬送機構部が形成されたスライダの上部に基板を保持する基板ホルダを取り付けて構成されている。そして、基板は基板ホルダに取り付けられた板ばね状の基板支持爪により把持される。

ここで、ガラスなどの絶縁材料からなる基板を用いた磁気記録媒体の製造では、下地層膜の形成にもスパッタリング法が用いられる。すなわち、基板を真空処理室内に導入して、ＤＣマグネトロンスパッタにより下地層としての金属膜（例えばＮｉＰ、Ｃｒ等）を成膜した後、磁性層膜並びに保護層膜の成膜が順次行われる。磁性層膜の成膜は基板にバイアスを印加した状態で行なわれる。このとき、バイアスは基板ホルダの基板支持爪を介して基板に印加される。

しかし、基板は、基板ホルダに設けられた基板支持爪などのばね性を有する保持部材によって支持されているため、保持部材の影となる部分には導電性が良好な下地層が成膜されず、下地層と基板支持爪が電気的に非接触状態になることがあった。この場合、バイアスを印加する際に基板と基板ホルダ（基板支持爪）間の電気抵抗が高く、かつ不安定なために所望の薄膜が形成できないという問題が生じる。

そこで上記の問題を解決するために、下地層の成膜後、基板ホルダに保持された基板を回転させて、下地層が成膜された部分に支持部材が接するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３の技術は、基板ホルダの基板支持爪を一時的に屈曲させて、基板ホルダへの基板の保持を解除している間に、基板のセンタ孔に支持杆（ピック）を挿入して基板を支持し、支持杆を所定角度回転させた後に基板支持爪を戻す操作を行うものである。このような操作を下地層の成膜後に行うことによって、基板支持爪と下地層と導通を確保して基板へのバイアス印加を確実とし、所望の膜質を有する磁気記録媒体を得ることができる。

また、特許文献３の機構は、例えば、基板を運ぶキャリアには基板ホルダが２つあり、それぞれの基板を回転させるため、それぞれの基板に対する機構は各々独立した軸を有し、その軸は伸縮、上下、回転する機構を持っている。

特開昭６３−２６８２７号公報 特開平０３−１２５３２２号公報 特開平０７−２４３０３７号公報

しかしながら、磁気記録媒体の製造工程において、基板加熱機構、チャンバベーク、スパッタリングによって、基板、基板ホルダ、スライダは温められ、基板ホルダとスライダが熱膨張する。この熱膨張の影響で、同じスライダに載っている２つの基板ホルダ間のピッチ（ピックピッチ）が広がり、基板ハンドリング部の各部の隙間が変化し、さらに、キャリアごとの基板支持爪のばらつきや、キャリアの停止精度のばらつきも加わり、場合によっては基板のハンドリングミス（基板落下）が発生するおそれがあった。

すなわち、基板の中心とピック中心とは左右方向（キャリアの搬送方向）で同一位置にならないため、基板回転をする際の、回転動作において、基板の外周円または、ピックのいずれかが揺動動作（ワイパー動作）をしてしまう。図８にピック１３２に支持された基板１０９が揺動動作（ワイパー動作）する様子を示した。この揺動動作によって基板ハンドリングの各部の隙間が変化し、あるキャリアの基板支持爪のばらつきや、キャリアの停止精度のばらつきも加わり、場合によっては基板ハンドリングミス（基板落下）が発生するおそれがあった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、絶縁部材からなる基板に複数層による薄膜を順次形成して所望の特性が得られるとともに、基板を落下させることなく回転させ、基板搬送機構の安定稼動に寄与する成膜方法及び真空処理装置を提供することにある。

本発明は、基板の表面に導電層を成膜した後に前記導電層とは異なる層を成膜する真空処理装置であって、導電性の基板支持爪を介して前記基板を支持するとともに前記真空処理装置内を所定方向に搬送される基板ホルダと、前記導電層の成膜後に、前記基板支持爪と前記導電層が導通するように前記基板支持爪と前記基板の接触位置を変更する基板回転装置と、を備えており、前記基板回転装置は、前記基板支持爪を屈曲させ、前記基板ホルダからの前記基板の支持を解除する動作を行うアームと、前記基板支持爪による支持が解除された状態の前記基板を、前記基板に形成されたセンター孔の縁部に接して支持するピックと、前記ピックを、前記基板ホルダに対して進退する方向、重力方向及び反重力方向、前記基板ホルダの搬送方向に平行な方向、回転方向、のいずれにも駆動制御する駆動源と、を有してなり、前記駆動源は、前記ピックを回転させる際に、前記ピックの回転中心と前記基板の中心を一致させることを特徴とする。

本発明に係る薄膜形成方法は、上述の基板回転装置を用いた薄膜形成方法であって、所定位置に停止させた前記基板ホルダに支持されている前記基板に向けて前記ピックを前進させ、前記センタ孔に挿入する工程と、前記アームを動作して前記基板支持爪を屈曲させ、前記基板ホルダからの前記基板の支持を解除し、前記ピックに前記基板を支持させる工程と、前記基板を支持した前記ピックを回転する工程と、前記アームの前記動作を戻し、再び前記基板ホルダに前記基板を支持させる工程と、前記ピックを前記平行な方向に移動する工程とを有することを特徴とする。

本発明に係る成膜方法及び基板回転装置並びに真空処理装置を用いることにより、絶縁部材からなる基板へ複数層による所望の特性の薄膜を得ることができる。また、基板を落下させること無く回転させることができ、装置の動作を安定なものにすることができる。

本発明の一実施形態に係る真空処理装置の概略図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置に用いるキャリアの概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板回転室の概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板回転装置のピック部分の拡大説明図である。 本発明の一実施形態に係る基板回転装置の動作説明図である。 本発明の一実施形態に係る基板回転装置の動作説明図である。 本発明の一実施形態に係る基板回転装置の動作説明図である。 基板のワイパー動作の説明図である。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

例えば、本発明に係る基板回転装置は、スパッタリング成膜装置の他にもドライエッチングのような装置においても基板側にバイアスを印加する真空処理工程を有する場合に好適に適用可能なものであるが、本実施形態においてはインライン型のスパッタリング成膜装置（真空処理装置Ｓ）に適用した例について説明する。

図１乃至５は本発明の一実施形態について説明した図であり、図１は真空処理装置の概略図、図２はキャリアの概略図、図３は基板回転室の概略図、図４は基板回転装置のピック部分の拡大説明図、図５は基板回転装置の動作説明図である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて省略している。

図１に示す真空処理装置Ｓは、インライン型のスパッタリング成膜装置であり、ロードチャンバＬＣ、アンロードチャンバＵＬ、成膜室Ｓ１０や基板回転室Ｓ２０その他の処理室などとして機能する複数のチャンバＳ１０が四角形状にゲートバルブＧＶを介して連結されている。また、各成膜室Ｓ１０を貫通して設けられた基板搬送路Ｒに沿ってキャリア１０を搬送可能な基板搬送装置ＴＲが備えられている。

基板搬送装置ＴＲは基板９を垂直姿勢で保持する、いわゆる縦型搬送装置である。基板９は、ロードチャンバＬＣ内のカセットに一旦装填された後、移載ロボットによってキャリア１０（基板ホルダ１２）に移載される。基板９は、基板ホルダ１２に搭載された状態で基板搬送路Ｒに沿って搬送され、各チャンバで所定の処理が施される。

図２にキャリアの該略図を示す。スライダ１４の上側に基板ホルダ１２が取り付けられて構成されており、スライダ１４部分には基板搬送路Ｒに備えられる磁気ネジや電磁石装置と磁気カップリングを形成できる永久磁石が固着されている。基板ホルダ１２には、基板９を支持するための基板支持爪（基板支持部材）２０が設けられている。基板支持爪２０は弾性を有する部材であり屈曲形状の板ばねから構成されている。また、基板支持爪２０は金属製の部材であり、基板ホルダ１２と導通した状態で設けられている。なお、基板ホルダ１２に取り付けられた３つの基板支持爪２０のうち、下側の一つを下爪２０ａとする。

本実施形態における基板９としては、磁気ディスクや光ディスクなどの記憶メディアに用いられ、円盤状部材が好適に用いられるが、キャリア１０に取り付けられた基板ホルダ１２を交換することにより、種々の形状のガラス基板若しくは樹脂基板などを用いることができる。

成膜室Ｓ１０は、真空処理装置Ｓを構成する処理室の一つであり、垂直姿勢で基板ホルダ１２に保持された基板９に対して成膜処理を行うことができるように構成されている。この成膜室Ｓ１０内にはスパッタ源としてのターゲットを搭載可能なカソードと、基板９を搬送する基板搬送路Ｒが少なくとも設けられ、真空ポンプで内部を排気できるように構成されている。

カソードは、基板搬送装置ＴＲに保持された基板９に成膜するために、成膜室Ｓ１０内の側壁に取り付けられている。そのため、カソードに任意のターゲットを装着することにより、基板９の成膜面に平行にターゲットを配置することができる。また、本実施形態に係るスパッタリング装置Ｓにおいては、基板搬送装置ＴＲに保持された基板９の両面に同時に成膜処理を行うため基板搬送路Ｒを挟んだ両側にそれぞれ複数のカソードが配設されている。

成膜室Ｓ１１の間には基板回転室Ｓ２０が設けられている。基板回転室Ｓ２０は、下地層の成膜後、下地層が成膜された部分に基板支持爪（基板支持部材）２０が接するように、基板ホルダ１２に保持されている基板９を回転させる機構（基板回転装置）が設けられたチャンバである。基板回転室Ｓ２０には、前工程が行われる成膜室Ｓ１０から基板９を搬送できるように基板搬送装置ＴＲ（基板搬送路Ｒ）が設けられている。

本実施形態においては、前工程が行われる成膜室Ｓ１０は下地層を成膜するチャンバである。下地層としては、例えば、ＮｉＰ層、ＣｏＦｅ合金層などが形成される。なお、基板回転室Ｓ２０の基板搬送路Ｒの下流側には、他の下地層や磁性層膜を成膜するチャンバ（成膜室Ｓ１１）が連結されている。

図３に基板回転室の断面概略図を示す。基板回転室Ｓ２０は、基板９を搭載したキャリア１０を搬送する基板搬送路Ｒ（不図示）と、キャリア１０に搭載された基板９を回転させる基板回転装置３０とを備えている。基板回転装置３０は、基板回転室Ｓ２０の外側の壁面に取り付けられており、先端にピック３２が取り付けられたシャフト３４、シャフト３４を介してピック３２を動作させる３つのモーターＭ１、モーターＭ１の回転を制御する制御装置（不図示）とを主要構成要素として備えている。なお、基板回転装置３０は基板ホルダ１２毎に１つ備えられている。

また、基板回転室Ｓ２０内には、基板下側を支持する基板支持爪（下爪）２０ａを押し下げるためのアーム３６が設置されている。アーム３６は、基板回転室Ｓ２０内に設置された真空モーター（ステッピングモーター）Ｍ２に連結されており、真空モーターＭ２を回転させることでアーム３６を動作させることができる。アーム３６は、先端部がピン形状の部材で、キャリア１０の停止状態でアーム３６を動作させることによって、下爪２０ａを押し下げ、基板９の保持を開放することができる。

シャフト３４は、棒状の部材であり、基板回転室Ｓ２０の外側にある端部側に接続された駆動源としての４つのモーターＭ１（Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４）によって基板９に近づく方向に対して進退動、回転動作、基板搬送装置ＴＲによって基板の搬送する方向に左右動及び、重力方向に上下動することができる。すなわち、モーターＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ１４（不図示）は、それぞれ進退動、回転動、左右動，重力方向に上下動の各動作が対応している。モーターM１４は図３の裏側に配置されるため図３中では図示されていない。

基板回転室Ｓ２０内に配置される側のシャフト３４の先端にはピック３２が取り付けられている。すなわち、基板の成膜面に対して垂直方向に伸縮動作（進退動）によって、停止状態のキャリア１０に搭載された基板９のセンタ孔９ａにピック３２を挿入することができる。

また、上下方向の動作（進退動）によって、センタ孔９ａにピック３２が挿入された状態の基板９を上下方向に移動させることができる。更に、センタ孔９ａに対して基板を搬送する方向（左右方向）にピック３２を移動（左右動）させることができる。駆動源としての４つのモーターＭ１によりピック３２およびピック３２が取り付いているシャフト３４の動作が制御されている。

本発明に係るピック３２について、図４に基づいて説明する。図４（ａ）にピック３２の斜視図を示す。ピック３２は支持溝３２ａを有しており、図４（ｂ）に示すように、基板９のセンタ孔9ａの上側と接し、基板９を支持溝３２ａで支持することができる。支持溝３２ａの水平方向（搬送方向）の幅内に基板９の重心が位置するため、基板９をしっかり保持することができる。このとき、基板９の重心の水平方向が、支持溝３２ａの水平方向の中心位置と近いほど基板９のワイパー動作を抑制することができる。

図５（ａ）〜図７（ｉ）に基づいて、基板回転装置３０の動作について説明する。キャリア１０が基板回転室Ｓ２０内にないときは、ピック３２は基板搬送路Ｒ上より基板回転装置３０側（側方の壁側）に引っ込んだ状態で待機している。キャリア１０が搬送された後実施される基板９の回転動作は以下の通りである。なお、図５〜７中の破線は基板９の中心を示している。

図５（ａ）は、基板回転室Ｓ２０内の所定位置にキャリア１０が停止され、且つ、基板回転前の状態を示している。すなわち、キャリア１０が基板回転室Ｓ２０内の所定位置に搬送、固定されると、ピック３２を延ばして基板９のセンタ孔９ａ内に侵入させる（第１の工程）。次に、図５（ｂ）のように基板９が基板ホルダ１２に支持されている状態で、ピック３２をセンタ孔９ａの内側縁部に近接して位置させている（第２の工程）。このとき、ピックはセンタ孔９ａの内側に接触した状態、若しくは極僅かな間隔を有して配置された状態である。

図５（ｃ）は、アーム３６によって下爪２０ａが下方に曲げられて、基板ホルダ１２からの基板９の保持が開放された状態である（第３の工程）。下爪２０ａはアーム３６に引っ掛けられるようにして下方に押し下げられる。なお、図５（ｃ）の状態では、ピック３２はセンタ孔９ａの内側に接触した状態であることが望ましいため、基板９が開放された位置で接触するようにピック３２の上下方向の位置調整をしてもよい。

図６（ｄ）〜（ｅ）は、ピック３２を下方向に移動させ、基板９と基板支持爪２０の間に空間を設けた後に、基板９の成膜面に対する法線と平行な仮想線をピック３２の回転軸としてピック３２を回転させる。回転はシャフト３４に連結したモーターＭ１によって行われる（第４の工程）。

図６（ｆ）は、ピック３２を上方向に移動させ、基板９を再び基板支持爪２０に保持される様子を示している。このとき基板９の重心に対してピック３２の支持幅の内側に設定すること、及び、回転中心を基板９の中心とすることで、基板回転前後の基板位置を変えることなく上側の２つの基板支持爪２０に基板９を接触させる。

図７（ｇ）でアーム３６を作動させて下爪２０ａを上方に戻して、基板ホルダ１２の基板支持爪２０，２０，２０ａの３点で基板９を支持させ（第５の工程）る。図７（ｈ）に示すように、シャフト３４を下方に移動させて、ピック３２の支持溝３２ａとセンタ孔９ａの内側の縁部分とを上下方向に離間する（第６の工程）。最後に、図７（ｉ）に示すように、ピック３２と基板９のＸ方向（搬送方向）の隙間が均等になるような位置に移動（第７の工程）、ピック３２と基板９の隙間を充分確保したうえで基板搬送路Ｒから退避させて基板回転動作を終了する。なお、第７の工程は第１の工程の前に行ってもよいことはもちろんである。

本実施形態においては、基板９のセンタ孔９ａの位置を予め設定してある。すなわち、キャリア１０の熱膨張に伴う基板支持位置の変動によるセンタ孔９ａの位置変化を予め設定し、この設定された座標（空間位置）を中心にピック３２やシャフト３４の動作させて上記の工程を実施している。しかしながら、基板９位置をＣＣＤカメラなどの位置センサで監視しながら、上記の工程を行うものであってもよいことはもちろんである。

本発明に係る成膜方法によれば、絶縁部材からなる基板へ複数層による所望の特性の薄膜を得ることができる。本発明に係る基板回転装置は、従来、前後（進退方向）・上下・回転の３軸制御のピック動作に加えて、左右方向の１軸制御を追加することで、ピック３２の進退動作時における基板９との接触による基板落下や、スライダと基板ホルダの熱膨張によるピック３２と基板ホルダの相対位置を維持することができ、基板落下もなく装置の信頼性をあげることができる。

Ｓ 真空処理装置
ＬＣ ロードチャンバ
ＵＬ アンロードチャンバ
ＴＲ 基板搬送装置
Ｒ 基板搬送路
Ｓ１０、Ｓ１１ 成膜室
Ｓ２０ 基板回転室
Ｍ１，Ｍ２ モーター
９ 基板（ディスク）
９ａ センタ孔
１０ キャリア
１２ 基板ホルダ
１４ スライダ
２０ 基板支持爪
２０ａ 下爪
３０ 基板回転装置
３２ ピック（支持杆）
３２ａ 支持溝
３４ シャフト
３６ アーム

Claims (2)

1. 基板の表面に導電層を成膜した後に前記導電層とは異なる層を成膜する真空処理装置であって、
   導電性の基板支持爪を介して前記基板を支持するとともに前記真空処理装置内を所定方向に搬送される基板ホルダと、前記導電層の成膜後に、前記基板支持爪と前記導電層が導通するように前記基板支持爪と前記基板の接触位置を変更する基板回転装置と、を備えており、
   前記基板回転装置は、
   前記基板支持爪を屈曲させ、前記基板ホルダからの前記基板の支持を解除する動作を行うアームと、
   前記基板支持爪による支持が解除された状態の前記基板を、前記基板に形成されたセンター孔の縁部に接して支持するピックと、
   前記ピックを、前記基板ホルダに対して進退する方向、重力方向及び反重力方向、前記基板ホルダの搬送方向に平行な方向、回転方向、のいずれにも駆動制御する駆動源と、を有してなり、
   前記駆動源は、前記ピックを回転させる際に、前記ピックの回転中心と前記基板の中心を一致させることを特徴とする真空処理装置。
2. 請求項１に記載の真空処理装置を用いた薄膜形成方法であって、
   所定位置に停止させた前記基板ホルダに支持されている前記基板に向けて前記ピックを前進させ、前記センタ孔に挿入する工程と、
   前記アームを動作して前記基板支持爪を屈曲させ、前記基板ホルダからの前記基板の支持を解除し、前記ピックに前記基板を支持させる工程と、
   前記基板を支持した前記ピックを回転する工程と、
   前記アームの前記動作を戻し、再び前記基板ホルダに前記基板を支持させる工程と、
   前記ピックを前記平行な方向に移動する工程とを有することを特徴とする薄膜形成方法。