JPH07278801A

JPH07278801A - 真空成膜装置

Info

Publication number: JPH07278801A
Application number: JP7477194A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Kimura; 正克木村
Original assignee: IDEMITSU MATERIAL KK
Current assignee: IDEMITSU MATERIAL KK
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-24

Abstract

(57)【要約】【目的】膜材料の利用効率を損なうことなく稼働率が向
上する真空成膜装置の提供。【構成】複数のスパッタ室11〜15でそれぞれの層を成膜
して多層構造の成膜品を製造するインラインスパッタ装
置１のターゲット材21,23,25,27 の厚さ寸法を、使用開
始から使用完了までに当該装置１のメンテナンス周期の
ほぼ整数倍の時間を要する厚さ寸法とする。これによ
り、ターゲット材が尽きるまでの時間と同装置１がメン
テナンスを要するまでの時間とを一致させ、ターゲット
材の交換と当該装置のメンテナンスとを同時に行えるよ
うにし、時間のかかる真空引きの作業回数を著しく減ら
し、稼働率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空成膜装置、特に、多
層構造の成膜品を製造する真空成膜装置に関し、光磁気
ディスクの製造等に利用できる。

【０００２】

【背景技術】従来より、複数の成膜室を連結し、一の成
膜室から次の成膜室へ基板を順次搬送しながら、基板上
に多層構造の膜を形成するインライン式の真空成膜装置
が利用されている。このような真空成膜装置によれば、
全成膜室を真空状態にしたままで、基板を順次搬送でき
るので、複数の基板および成膜に必要な膜材料を装置内
に仕込んでおけば、未成膜の基板または膜材料が尽きる
まで、連続して動作させることができるので、時間のか
かる真空引きの作業が少なく、短時間で効率良く多層構
造の成膜品を製造できる。ここで、各成膜室における膜
材料の仕込み量をなるべく多くし、各成膜室の連続動作
時間がなるべく長くなるようにすることで、真空成膜装
置の真空引きの作業回数を減らし、稼働率を向上するこ
とが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に膜
材料の仕込み量を多くしたのでは、各成膜室における膜
材料の消費率がそれぞれ異なるため、成膜室のうち一つ
でも膜材料が尽きてしまうと、仕込まれた全基板につい
て全層の成膜が完了していない製造途中であっても、真
空成膜装置を停止して当該膜材料を充填または交換する
必要がある。このため、実際には、一の膜材料が尽きる
たびに何度も製造が一時中断され、時間のかかる真空引
きを何度も行う必要があり、稼働率がそれほど向上しな
いという問題がある。また、スパッタ法で成膜を行う真
空成膜装置のように、膜材料としてターゲット材等の金
属や酸化物の塊を用いる装置では、消費された分を補充
することができず、膜材料が尽きるたびに新しいものと
交換する必要があるので、膜材料を補充することができ
るものよりも製造が中断される頻度が高く、稼働率の向
上が難しいという問題がある。この問題を解決するため
に、一つでも膜材料が尽きるたびに、まだ使用できる他
の膜材料をも同時に交換することにより、その後の連続
動作時間を長くして稼働率を向上することが考えられる
が、これでは、まだ使用できる膜材料の使用を中止する
こととなるので、膜材料の利用効率が低下するという問
題が生じる。

【０００４】本発明の目的は、膜材料の利用効率を損な
わずに、稼働率が向上する真空成膜装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の成膜室
でそれぞれの層を成膜して多層構造の成膜品を製造する
真空成膜装置であって、前記複数の成膜室のそれぞれで
使用される膜材料の仕込み量が、使用開始から使用完了
までに当該装置のメンテナンス周期のほぼ整数倍の時間
を要する量となっていることを特徴とする。ここで、真
空成膜装置としては、スパッタ法で成膜を行うインライ
ン式のスパッタ装置を採用するとが望ましい。この場
合、各成膜室はマグネトロンスパッタリングが行われる
スパッタ室とし、前記膜材料はスパッタされる平面を有
する面状のターゲット材とするのが好ましい。また、タ
ーゲット材の厚さは、使用開始から使用完了までの周期
が当該装置のメンテナンス周期の整数倍となるように設
定するのが好ましく、その厚さ寸法は、次式で算出され
る基準厚みＴ_Sのほぼ整数倍であることが望ましい。Ｔ_S（基準厚み）＝（Ｓ×ｔ×ｍ）／（Ｌ×ａ）ただし、Ｓ、ｔ、ｍ、Ｌ、および、ａは、次の値であ
る。Ｓ：メンテナンス周期ｔ：成膜される層の厚みｍ：所定時間当たりの成膜回数Ｌ：各スパッタ室に取付けられるターゲット材の枚数ａ：各スパッタ室のターゲット材の組成および効率等に
より決定される係数以上において、メンテナンス周期Ｓとは、成膜装置がメ
ンテナンスを要するまでの連続運転時間をいい、メンテ
ナンスの作業時間をも含めた成膜装置の運用サイクルを
意味するものではない。また、係数ａは、成膜装置で実
際に成膜品を製造し、その運転実績から求めた値を採用
するのが望ましい。さらに、前記各ターゲット材の厚さ
寸法は、前記基準厚みＴ_Sを整数倍して得られた厚さ寸
法のうち、当該ターゲット材を貫通する磁界の磁束密度
が同ターゲット材の表面近傍において１００〜８００ガ
ウスの範囲となる最大の寸法とすることが望ましい。

【０００６】

【作用】このような本発明では、膜材料の充填・交換周
期と当該装置のメンテナンス周期とが一致するので、膜
材料の充填・交換等で製造が中断されることがなくな
り、定期的に成膜室を大気圧に戻して膜材料の充填・交
換と、当該装置の保守作業とが同時に行われるようにな
るので、時間のかかる真空引きの作業回数が著しく減
り、稼働率が向上する。また、膜材料の充填・交換は、
膜材料が尽きた状態で行われるようになるので、まだ使
用できる膜材料を交換することがなくなり、膜材料の利
用効率が損なわれることがなく、これにより前記目的が
達成される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１および図２には、本実施例に係る成膜装置
であるインラインスパッタ装置１が示されている。この
装置１は、複数の成膜室であるスパッタ室11〜15を直線
状に連結し、その直線状の両端にストッカ室16, 17を連
結したものである。各スパッタ室11〜15の内部には、基
板キャリア18が移動可能に設けられ、この基板キャリア
18には、複数の基板19が取付けられている。

【０００８】スパッタ室11, 12は、光磁気ディスクの記
録層を酸化から保護する保護層を成膜するものであり、
ほぼ同一の構造を有している。各スパッタ室11, 12の内
部には、二つのカソード20が設けられ、これらの各カソ
ード20にそれぞれ保護層の膜材料であるターゲット材21
が取付けられている。スパッタ室13は、光磁気ディスク
の記録層を成膜するものである。スパッタ室13の内部に
は、一つのカソード22が設けられ、このカソード22に記
録層の膜材料であるターゲット材23が取付けられてい
る。スパッタ室14は、光磁気ディスクの記録層を酸化か
ら保護する保護層を成膜するものであり、その構造はス
パッタ室11, 12とほぼ同じとなっている。スパッタ室14
の内部には、二つのカソード24が設けられ、これらの各
カソード24にそれぞれ保護層の膜材料であるターゲット
材25が取付けられている。スパッタ室15は、光磁気ディ
スクの光反射層を成膜するものである。スパッタ室15の
内部には、二つのカソード26が設けられ、これらの各カ
ソード26に保護層の膜材料であるターゲット材27が取付
けられている。

【０００９】ストッカ室16は、インラインスパッタ装置
１の入口部分に設けられたものであり、基板19が未成膜
状態の基板キャリア18をストックしておく部屋である。
ストッカ室17は、インラインスパッタ装置１の出口部分
に設けられたものであり、基板19が成膜済の基板キャリ
ア18をストックしておく部屋である。基板キャリア18
は、図３にも示されるように、円盤状のパレット18A
と、このパレット18A を回転自在に支持する台車18B
と、パレット18A を回転駆動する図示しない駆動手段と
を含んで構成されたものである。パレット18A は、周縁
部分に沿って複数の基板19を回転自在に支持するもので
あり、図示しない回転駆動源により自転するようになっ
ている。台車18B は、インラインスパッタ装置１の長手
方向に沿って敷かれたレール２の上を移動するものであ
る。このような構成の基板キャリア18により、パレット
18A に取付けられた複数の基板19の各々は、各スパッタ
室11〜15においてパレット18A の公転で順次ターゲット
材に対向させられ、それ自体の自転で表面に均一な膜が
成膜され、各スパッタ室11〜15を通過して多層構造の膜
が形成されるようになっている。

【００１０】ここで、ターゲット材21,23,25,27 の各々
の厚さ寸法は、使用を開始してから消耗により使用が完
了するまでの時間がインラインスパッタ装置１のメンテ
ナンス周期のほぼ整数倍となる厚さ寸法にしてある。す
なわち、その厚さ寸法は、次式で算出される基準厚みＴ
_Sのほぼ整数倍となるように設定されている。Ｔ_S（基準厚み）＝（Ｓ×ｔ×ｍ）／（Ｌ×ａ）ただし、Ｓ、ｔ、ｍ、Ｌ、および、ａは、次の値であ
る。Ｓ：メンテナンス周期（日数）ｔ：成膜される層の厚み（Å）ｍ：一日当たりの成膜回数Ｌ：各スパッタ室に取付けられるターゲット材の枚数ａ：各スパッタ室のターゲット材の組成および効率等に
より決定される係数この際、ターゲット材21,23,25,27 の厚さ寸法は、基準
厚みＴ_Sを整数倍して得られた厚さ寸法のうち、スパッ
タリング時に当該ターゲット材を貫通する磁界の磁束密
度が同ターゲット材の表面の近傍において１００〜８０
０ガウスの範囲となる最大の寸法とすることができ、取
扱上の理由等から、通常、３〜１５ｍｍの範囲内で設定
されている。

【００１１】ここで、メンテナンスを要するまでの連続
運転時間が６日となっているインラインスパッタ装置１
について、記録層のターゲット材23および光反射層のタ
ーゲット材27の基準厚みＴ_Sを算出してみる。〔記録層のターゲット材〕記録層の膜材料としてのター
ゲット材23に関しては、記録層の厚さｔを２５０Å、成
膜回数ｍを１日４８０回、スパッタ室13への設置枚数Ｌ
を１枚、係数ａを１．２×１０⁵とすれば、基準厚みＴ
_Sは、６mmとなる。なお、厚さ寸法が１２mm以上では、
ターゲット材23の表面近傍の磁束密度が１００〜８００
ガウスの範囲を逸脱するので、ターゲット材23の厚さＴ
は、６mmに設定される。〔光反射層のターゲット材〕光反射層については、当該
層の厚さｔを５００Å、成膜回数ｍを１日４８０回、ス
パッタ室15への設置枚数Ｌを１枚、係数ａを１．６×１
０⁵とすれば、ターゲット材27の基準厚みＴ_Sは、９mm
となる。なお、厚さ寸法が１８mm以上では、ターゲット
材27の表面近傍の磁束密度が１００〜８００ガウスの範
囲を逸脱するので、ターゲット材27の厚さＴは、９mmに
設定される。

【００１２】このような本実施例では、インラインスパ
ッタ装置１を連続運転し、運転時間がメンテナンス周期
に到達すると、クライオポンプ等の保守、スパッタ室に
配置される防着板の交換等の保守作業が必要となり、イ
ンラインスパッタ装置１の内部圧力を真空から大気圧に
戻した後、保守作業を行う。この保守作業が終了した
ら、インラインスパッタ装置１の内部圧力を真空引き
し、所定の真空度に達したら、インラインスパッタ装置
１の運転を再開する。このような手順を繰り返すことに
より、インラインスパッタ装置１で光磁気ディスクを量
産する。この際、運転開始から保守作業が必要となるメ
ンテナンス周期に基づいて各ターゲット材21,23,25,27
の厚さが設定されているので、クライオポンプの再生、
および、防着板の交換等の保守作業の作業時には、各タ
ーゲット材21,23,25,27は交換時期となっており、保守
作業と同時にターゲット材21,23,25,27 の交換を行う。

【００１３】前述のような本実施例によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、ターゲット材21,23,25,27 の
交換周期と当該装置１のメンテナンス周期とを一致させ
たため、ターゲット材21,23,25,27 の交換により製造が
中断されることがなくなるうえ、定期的に行われる保守
作業時にインラインスパッタ装置１の内部圧力を大気圧
に戻し、ターゲット材21,23,25,27 の交換と、当該装置
１の保守作業とが同時に行えるので、時間のかかる真空
引きの作業回数が著しく減り、稼働率を向上できる。

【００１４】また、ターゲット材21,23,25,27 の交換
は、ターゲット材21,23,25,27 が消耗して使用できなく
なった状態で行われるようになるので、まだ使用可能な
ターゲット材21,23,25,27 が交換されることがなくな
り、ターゲット材21,23,25,27 の利用効率が損なわれる
ことがなく、無駄をなくすことができる。

【００１５】次に、本実施例の効果を具体的な実験例に
基づいて説明する。〔実験例〕本実験例は、前記実施例のインラインスパッ
タ装置１で光磁気ディスクを製造し、インラインスパッ
タ装置１の稼働率を求めるものである。本実験例におけ
るインラインスパッタ装置１のメンテナンス周期Ｓは、
６日間であるので、運転開始から６日が経過する前に保
守作業を行う必要がある。また、各スパッタ室11〜15で
成膜される層の厚みｔ、一日当たりの成膜回数ｍ、ター
ゲット材の枚数Ｌ、係数ａ、ターゲット材の基準厚みＴ
_S、基準厚みＴ_Sの整数倍率ｎ、および、ターゲット材
の厚さ寸法Ｔは、表１に示される値となっている。な
お、ターゲット材の厚さ寸法Ｔを決定する際、その基準
厚みＴ_Sを整数倍した値の端数を切り上げた値に設定し
た。これは、ターゲット材がスパッタにより裏側まで浸
食され、その裏面に張付けられた裏板までもがスパッタ
されるのを確実に防止するためである。

【００１６】

【表１】

【００１７】〔比較例〕本比較例は、本発明の効果を確
認するために、前記実施例と同じ構成のインラインスパ
ッタ装置１を用い、各スパッタ室11〜15で使用されるタ
ーゲット材の厚さをすべて６．０mmに統一し、インライ
ンスパッタ装置１の稼働率を求めるものである。この比
較例では、前記実験例と同様に、インラインスパッタ装
置１のメンテナンス周期Ｓが６日間であるので、運転開
始から６日が経過する前に保守作業を行う必要があり、
運転開始から６日が経過する前にターゲット材を交換す
る場合には保守作業をあわせて行うこととする。なお、
表２には、実験例および比較例の各スパッタ室11〜15に
おいて、一回のターゲット材の装着で運転可能な日数が
示されている。

【００１８】

【表２】

【００１９】〔実験結果〕実験例では、メンテナンス周
期が６日間であるため、図４（Ａ）に示されるように、
運転開始日から６日目まで運転を行う運転期間Ｐ₁,Ｐ₂,
Ｐ₃‥‥Ｐ_n（添字ｎは任意の整数）が断続する。そし
て、運転期間Ｐ_nおよびＰ_n+1の間、すなわち、運転開
始日から７日目の運転中断日Ｑ_nには、運転が中断さ
れ、インラインスパッタ装置１の保守作業が行われる。
この保守作業の完了後、その日のうちに約１日間かけて
真空引きを行い、その翌日には運転が再開される。ここ
で、スパッタ室11〜15のターゲット材は、運転期間Ｐ_n
において消耗し、有効厚さが減少してゆく。このうちス
パッタ室11〜13, 15のターゲット材は、運転期間Ｐ
_2m（添字ｍは任意の整数）の終了とともに使用限界に達
し、運転中断日Ｑ_2mで交換される。また、スパッタ室14
のターゲット材は、運転期間Ｐ_3mの終了とともに使用限
界に達し、運転中断日Ｑ_3mで交換される。このため、タ
ーゲット材の交換時期が保守作業の時期と一致するの
で、運転中断日Ｑ_n以外の日に運転を中断する必要がな
く、図においては、２３日間で３回運転を中断したにす
ぎず、１年間では３１３日稼働されるようになり、稼働
率は約８６％になった。

【００２０】一方、比較例では、メンテナンス周期が実
験例と同じ６日間であっても、図４（Ｂ）に示されるよ
うに、運転を中断してまでもターゲット材を交換する必
要があるため、運転期間ｐ₂,ｐ₃,ｐ₄,ｐ₅が６日間に満
たないうちに、それぞれの運転中断日ｑ₂,ｑ₃,ｑ₄,ｑ₅
が始まってしまう。このため、ターゲット材の交換とと
もに保守作業を行うことで、運転の中断回数を減らして
も、２３日間で５回も運転を中断する必要があり、１年
間では２９２日しか運転できず、稼働率は約８０％にす
ぎない。以上の実験例および比較例から本発明により稼
働率が向上することが判る。

【００２１】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能である。例えば、インライン
スパッタ装置としては、前記実施例で示したターゲット
材の前面で基板を自転・公転させる、いわゆる基板回転
型の装置１に限らず、四角形状のパレットの表面に縦横
に基板を配列する基板キャリアを有し、ターゲット材の
前面で基板を回転させることなく単に通過させて成膜す
る、いわゆる通過型の装置でもよい。

【００２２】また、インラインスパッタ装置で製造する
ものは、光磁気ディスクに限らず、タンタル集積回路等
のＩＣ、ＩＣメタライゼーション用アルミニウム膜、お
よび、各種電気部品等でもよい。この際、スパッタ室の
数、ターゲット材の数等は、製造される成膜品に応じて
適宜設定すればよい。なお、本発明は、マグネトロンス
パッタ法による真空成膜装置に限らず、高周波スパッタ
法等の他のスパッタ法による真空成膜装置や、蒸着法に
よる真空成膜装置にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】前述のように本発明によれば、膜材料の
利用効率を損なわずに稼働率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体を示す斜視図である。

【図２】前記実施例の全体を示す模式平面図である。

【図３】前記実施例で使用される基板キャリアを示す斜
視図である。

【図４】本発明についての実験例および比較例の結果を
説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１真空成膜装置としてのインラインスパッタ装置 11〜15 成膜室であるスパッタ室 21,23,25,27 膜材料としてのターゲット材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の成膜室でそれぞれの層を成膜して多
層構造の成膜品を製造する真空成膜装置であって、前記
複数の成膜室のそれぞれで使用される膜材料の仕込み量
が、使用開始から使用完了までに当該装置のメンテナン
ス周期のほぼ整数倍の時間を要する量となっていること
を特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】請求項１に記載の真空成膜装置において、
前記複数の成膜室の各々はマグネトロンスパッタリング
が行われるスパッタ室であり、前記膜材料はスパッタさ
れる平面を有する面状のターゲット材とされ、かつ、こ
のターゲット材は使用開始から使用完了までの時間が当
該装置のメンテナンス周期の整数倍となる厚さを有して
いることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項３】請求項２に記載の真空成膜装置において、
前記各ターゲット材の厚さ寸法は、次式で算出される基
準厚みＴ_Sのほぼ整数倍であることを特徴とする真空成
膜装置。Ｔ_S（基準厚み）＝（Ｓ×ｔ×ｍ）／（Ｌ×ａ）ただし、Ｓ、ｔ、ｍ、Ｌ、および、ａは、次の値であ
る。Ｓ：メンテナンス周期ｔ：成膜される層の厚みｍ：所定時間当たりの成膜回数Ｌ：各スパッタ室に取付けられるターゲット材の枚数ａ：各スパッタ室のターゲット材の組成および効率等に
より決定される係数