专利名称：溅射装置、利用溅射的薄膜形成方法、以及使用该装置的盘形记录媒体制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在盘形基片上形成薄膜的薄膜形成装置和一种薄膜形成方法。更具体地说，本发明还涉及一种溅射装置，其通过溅射方法和用于该装置中的一种所谓内掩模(inner mask)来形成薄膜，以及一种使用这种装置来制造盘形记录媒体例如光盘的盘形记录媒体制造方法。
背景技术：
对于用多种在盘形基片上形成的薄膜而制造的记录媒体，尤其是具有盘形形状的记录媒体，有各种盘片，包括例如CD型盘片如CD、CD-R和CD-RW，或像DVD型盘片的光盘如DVD-ROM和DVD-R，或磁光盘如MO和MD。
这些盘片是通过用多种方法，例如溅射法和旋涂法中的一种在例如由聚碳酸酯材料组成的基片上层积薄膜来制造的。通常，该基片在其中心形成有一通孔，以用于在将盘片实际地支承在一驱动器上时操纵该基片。
对于层积的薄膜，例如用作反射膜的金属薄膜是通过利用溅射方法形成的。在该方法中，在一真空室中将盘形基片固定并保持在与一靶的正面相对的位置，该真空室通过一种用于放电的气体例如氩气而处于预定的压力下。通常在该状态下，在靶上施加一定电压，由此在靶和基片之间产生放电，并产生等离子体。靶表面中的靶组成元素被等离子体中的离子溅射，并且这些被溅射的粒子附着在基片表面，从而形成薄膜。
在光盘或类似物中，需要在基片的中心孔部分周围和基片的外周向部分上设置其中不形成薄膜的无膜区域。因此，在通过溅射形成薄膜期间，实际的薄膜形成过程完成后，(基片上)具有被称为内掩模和外掩模的夹具(jig)覆盖的无膜形成区域。该无膜形成区域的宽度由标准确定，并且必须获得一个与基片无关的预定值。
因此，在常规的溅射装置中的做法是将外掩模和内掩模都固定到该装置上，并通过使基片接触或靠近这些位置关系已经限定的掩模而覆盖该基片的内外周边。但是对于内掩模，需要一种结构例如横梁来将该掩模固定到该装置上，而靶和基片之间存在这种结构可能导致形成的薄膜的均匀性被破坏。
作为上述问题的一种对策，人们提出了一种如日本专利申请未审公开No.H7-331434中所公开的溅射装置。在该装置中，一内掩模从在位置上对应于一基片的中心的一靶的中心部分向该基片的中心部分延伸。也就是说，提供一支承该内掩模的支点，以便垂直延伸到靶的表面并且从该表面延伸到基片，从而消除了在薄膜形成过程中支点带来的影响。
如前面所述，无膜形成区域的宽度要求采用一个对每个基片都不会不一致的预定值。同时，在膜形成区域内的薄膜的横截面例如薄膜厚度要求具有相同的值，直到尽可能接近无膜形成区域和膜形成区域之间的边界部分。因此，优选外掩模的内周向端部和内掩模的外周向端部与基片紧密接触，由此把对除无膜形成区域之外的其它部分的影响降到最小。
基片通常由一种弹性材料例如聚碳酸酯组成，因此即使通过一输送装置或类似物对该外掩模或者内掩模施加一定负荷，该基片也不会发生塑性变形。但是，当薄膜的某些层已形成在基片上时，外掩模和内掩模与这些薄膜层的接触可能对薄膜的这些层造成损伤例如破裂。日本专利申请未审公开No.H7-331434所公开的这种其中内掩模被牢固固定的溅射装置被认为发生上述损伤的可能性很高。
此外，在该装置中，当更换所用的基片时，需要改变内掩模的固定位置以便任何时候都与基片相一致，但是该调整并不容易。因此，难以使该装置适应各种基片。而且，当光盘或类似物的记录密度变得较高并且用于读数的激光束及类似物的波长变得较短时，希望进一步改善目前制备的薄膜的薄膜厚度等的分布。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种薄膜形成装置，该装置不论基片的种类或所形成的薄膜层积的层数如何，都能使一内掩模总是以一恒定的轻负荷与基片表面接触。并且，本发明的一个目的是提供一种能够改善在基片上形成的薄膜的薄膜压力、薄膜特性等的分布的薄膜形成装置。
为解决上述问题，根据本发明的一种溅射装置是一种用于在一真空室内在一基本为盘形的基片的表面上进行薄膜形成操作的溅射装置，该溅射装置具有一包含要形成的薄膜的主要组成元素的靶，一用于通过该靶的表面保持该靶的垫板，一用于保持该基片并使该基片的表面与该靶正对的基片托架，以及分别覆盖该基片的外周向部分和中心部分的一外掩模和一内掩模，其中，该内掩模与一滑动轴相连并由该滑动轴支承以便可以旋转和平移，该滑动轴穿过一形成在该靶上的通孔并由一设置在该垫板上的支承件支承，并且该内掩模利用设置在该垫板上的偏压装置通过该滑动轴以一预定负荷紧靠在该基片的中心部分上。
在上述溅射装置中，优选地该偏压装置包括设置在该滑动轴的不与该内掩模相连的端部处的弹簧。并且，优选地该滑动轴在其与该内掩模相连的部分中具有一由绝缘材料制成的部分。并且，优选地该偏压装置通过一推力轴承偏压该滑动轴。
此外，在上述溅射装置中，优选地该垫板从该靶的表面突出，并且具有一在正对该基片的中心的位置形成一孔的容纳腔，该孔的内径稍大于该滑动轴的直径，并且该滑动轴从该孔朝该基片突出，该支承件和该偏压装置容纳在该容纳腔内。
并且，为了解决上述问题，根据本发明的一种薄膜形成方法是一种在基本为盘形的基片上形成薄膜的方法，该方法包括设置一由该薄膜的主要组成物质制成的靶；将该基片正对该靶并且可绕一预定轴线旋转地固定在一托架上；使一内掩模连接在一从该靶的后表面穿过一通孔到达该靶的前表面的轴构件上，以便紧靠在该基片的中心部分的一预定区域上，该通孔以该预定的轴线为中心形成在该靶内；在该基片和该靶之间产生等离子体；用该等离子体中的离子溅射该靶的前表面；并且在该基片的表面上沉积以该靶的成分作为主要组成元素的薄膜；其中，该内掩模以一预定的负荷紧靠在该基片上，并且当进行该薄膜的沉积时，该内掩模和该基片一起绕该预定轴线旋转。
并且，一种根据本发明的盘形记录媒体制造方法是一种在盘形记录媒体上形成特定的膜的盘形记录媒体制造方法，该方法包括设置一由该特定的膜的主要组成物质制成的靶；将一基本为盘形的基片正对该靶并可绕一预定轴线旋转地固定在一托架上；使一内掩模连接在一从该靶的后表面穿过一通孔到达该靶的前表面的轴构件上，以便紧靠在该基片的中心部分的一预定区域上，该通孔以该预定轴线为中心形成在该靶内；在该基片和该靶之间产生等离子体；用该等离子体中的离子溅射该靶的前表面；并且在该基片的表面上沉积该特定的膜；其中，该内掩模以一预定负荷紧靠在该基片上，并且当进行该特定的膜的沉积时，该内掩模和该基片一起绕该预定轴线旋转。
图1示意性地示出根据本发明第一实施例的溅射装置的主要部分的剖面结构。
图2示意性地示出根据本发明第二实施例的溅射装置的主要部分的剖面结构。
具体实施例方式
图1示意性地示出本发明第一实施例的溅射装置的剖面结构，此时一基片放置在该装置中的薄膜形成位置，并且该装置处于进行薄膜形成(操作)的状态。在本实施例中，将对一种磁控管溅射装置进行说明，其中通过由永久磁铁或类似物形成的磁场的作用提高了电子捕获概率，由此提高了溅射率。
在该溅射装置中，通常设置有多种结构，如一用于将放电空间限制在靶附近的一特定区域的所谓接地屏蔽的结构，一用于防止多余的溅射粒子附着到装置内部的所谓防附着屏蔽的结构，以及一用于输送基片的结构。但是，这些结构与本发明没有直接联系，因此不必在这里示出和说明。当然，作为装置的实际结构它们是必须的。
如图1所示，根据本发明的溅射装置具有一由一垫板(backing plate)11构成的阴极9，冷却水通过一冷却水循环机构(未示出)而引到该垫板上；一设置在该垫板11的后表面上的永久磁铁15；以及一固定在该垫板11前表面上的靶18。在该靶18的前面设置有一外掩模7和一基片10，其可绕一轴线旋转地支承在一基片托架3上。该掩模7通过磁铁(未示出)固定和支承在基片托架3上。
在该垫板11和靶18的中心，形成一从其后表面延伸到前表面的通孔12，一由绝缘材料如陶瓷形成的滑动轴21插入该通孔12中。该滑动轴21的后端部装入设置在垫板11的后表面上的一弹簧容纳腔23中，并且被一弹簧25朝该轴的前端部偏压，该弹簧25是容纳在弹簧容纳腔23中的偏压装置。
该弹簧容纳腔23具有底部为圆柱形的形状，其在开口端具有一突出的凸缘部分24，并在该凸缘部分24处固定在垫板11的后表面上。滑动轴21的后端部附近部分通过一设置在弹簧容纳腔23中的旋转滚珠花键27的支承而可以绕其轴线旋转并沿其轴线的方向平移。
将构成弹簧容纳腔23的四周的壁、弹簧25和旋转滚珠花键27设计成具有与垫板11相同的电位。一内掩模4应当优选地与基片10具有相同的电位或地电势，因此滑动轴21部分地由绝缘材料制成，由此在内掩模4和旋转滚珠花键27或类似物之间获得电绝缘。
该内掩模4由一作为内掩模的掩模部分5和一轴部分6组成，该掩模部分5用于实际地覆盖基片的内周向部分，该轴部分6与该掩模部分相连。该轴部分6在其不同于与掩模部分5连接的端部的端部内带有螺纹，并且可与滑动轴21的末端上形成的外螺纹进行螺纹接合，由此该轴部分6与滑动轴21同轴地组成一体。掩模部分5紧靠基片10的中心部分，并覆盖在基片10的中心部分上的一预定范围的无膜形成区域。
该掩模部分5被弹簧25朝基片表面偏压。通过适当地设定该弹簧25的偏压力，内掩模4可以总是以一个恒定的轻负荷紧靠在基片10的表面上。并且，通过滑动轴21可旋转地支承内掩模4，该内掩模4可与基片10一起绕内掩模4的轴线旋转。通过这种结构，可在膜形成时实际地使基片绕该轴线旋转，因此极大地改善了所形成的薄膜的膜厚度等的分布。
现在将说明利用本实施例的溅射装置在基片上实际进行薄膜形成操作的步骤。首先，基片托架3在一基片接纳位置从一输送装置上接纳基片10和外掩模7。通过一托架驱动机构将支承基片10的基片托架3驱动到正对阴极9的位置，并靠近阴极9以使基片10的表面和阴极9的表面之间的间距为一预定值。同时，内掩模4的掩模部分5紧靠在对应于基片的内周向一侧上的无膜形成区域的一个位置。并且，一阴极的支承元件(未示出)和该托架驱动机构相结合以形成一真空容器。
接着，通过一排气系统(未示出)从该真空容器内部排气，把真空容器内的压力降低到预定压力，随后将一种用于放电的气体例如氩气引入该真空容器内，并通过该气体把真空容器内的压力增加到放电起动压力。同时，(该内掩模和基片)开始绕由托架3保持的基片10的中心旋转。在这种状态下，向阴极9上施加预定的电压，则在靶18和基片10之间发生放电并产生等离子体。靶的表面被该等离子体产生的离子溅射，经过溅射的粒子附着并沉积在基片表面，由此形成薄膜。
将等离子体保持一段预定的时间，由此形成所需厚度的薄膜，随后，停止向阴极9上施加电压，由此使等离子体消失，因而终止薄膜的形成。接着，将用于清洗的气体如干燥的氮气引入真空容器内，由此使真空容器内的压力等于或高于大气压力，并把阴极9的支承元件和托架驱动机构彼此分开。接着，从缩回的托架上取下其上已形成薄膜的基片和掩模，薄膜形成的步骤完成。
如上所述，通过采用本发明的结构，内掩模4可以一恒定的轻负荷紧靠在基片10上，并且即使在膜形成期间基片旋转，内掩模4和基片10也不会相互滑动，因此可获得良好的薄膜厚度等的分布而不会损伤基片。
在本实施例中，使用了未在其中心形成通孔而是在其膜形成表面的背面上具有一突起部的基片。但是，本发明并不限于此，也可使用在其中心部分内具有一通孔的基片。在这种情况下，为了使在薄膜形成期间内掩模4和基片托架3具有相同的电位，可将一弹簧或类似物设置在与基片的表面相邻的内掩模4中心部分的表面上，或者设置在正对内掩模4的基片托架3的表面上，并且该弹簧可用作内掩模4和基片托架3之间的接触件(contact)。
并且，虽然滑动轴21是由绝缘材料制成的单一构件，但本发明不限于此，该滑动轴21也可由例如包括连接在一起的电导体和绝缘体的多个元件组成。并且，滑动轴21和内掩模4的连接方法不限于用共有的螺纹结构进行螺纹接合，而是可使用多种接合方法中的一种。并且，垫板11通常由铜制成，其易于加工、导热性强并且易于用水整体冷却，但是希望弹簧容纳腔23的壁也由铜制成，以便能同时冷却旋转滚珠花键27。
图2示出与图1类似的本发明第二实施例的溅射装置的主要部分的放大剖视图。其中与图1所示的构成部分作用相同的构成部分用相同的参考标号表示。在图1的结构中，从滑动轴21的被支承位置到掩模部分5紧靠基片10的位置之间的距离很大，因此当基片10旋转时，滑动轴21或内掩模4可能产生轴振动。并且，在弹簧25和滑动轴21的端部表面之间的接触部分可能产生摩擦，由此产生阻碍内掩模4随基片10的旋转而旋转的负荷。第二实施例解决了这些问题。
具体地说，旋转滚珠花键27延伸到靶18的前表面，并且在滑动轴21的端部和弹簧25的端部之间设置一推力轴承33。为了使旋转滚珠花键27朝基片延伸，在垫板11的中心部分内形成一个容纳腔，所述腔朝基片突出并且可容纳旋转滚珠花键27。该容纳部/容纳腔29包括一插入通孔12中的圆筒形部分和一设置在该圆筒形部分端部的盖部分，该通孔12从靶18的后表面朝向前表面而形成在该靶上，该盖部分朝向基片并且具有一中心孔。该中心孔的内径设定为稍大于滑动轴21的外径。
滑动轴21从该容纳腔的盖部分朝基片一侧稍微地突出，并且即使该滑动轴通过弹簧25而沿其轴向滑动，其长度也总能(使其)保持突出的状态，而且其朝向基片的端部上形成有内螺纹部分。在其相对的表面上形成有外螺纹部分的一绝缘连接板31上的外螺纹之一与该内螺纹部分螺纹接合。该绝缘连接板31的另一外螺纹与内掩模4的轴部分6上形成的内螺纹部分螺纹接合，由此滑动轴21、绝缘连接板31和内掩模4沿轴向彼此形成一体。
通过设置该绝缘连接板31，可防止容纳腔29的外壁被溅射。并且，通过上述结构，可通过旋转滚珠花键27支承滑动轴21的靠近中心的部分或朝向基片的端部，并可防止基片旋转时滑动轴21和内掩模4产生轴振动。并且，通过将推力轴承33设置在滑动轴21的后端部和弹簧25之间，使弹簧25的端部和滑动轴21之间产生的摩擦降低，滑动轴21等绕其轴线的旋转变得平稳。
虽然在本实施例中，滑动轴21和内掩模4之间的连接通过由绝缘材料制成的绝缘连接板31实现，但本发明并不限于此。通常，当利用基片中心的一开孔部分使内掩模4具有与基片托架10相同的电势或地电势时，连接板31可由金属制成，并可起到所谓接地屏蔽的作用。并且，尽管容纳腔29和内掩模4的轴部分6为简单的圆柱形，但它们还可以是部分地构成例如直径朝基片10变小的锥体的形状。
并且，尽管已经作为实施例示出其中阴极和基片竖立并彼此正对的一种结构，但本发明并不限于此，它们也可设置成水平地彼此相对。此外，尽管在本实施例中已经说明了一种所谓的磁控管溅射装置，其中加入通过永久磁铁产生的磁场，但本发明不限于此，本发明可适用于不使用磁场的溅射装置，也可适用于使用电磁铁或类似物的磁控管溅射装置。
并且，尽管已经提到一种成为使用本发明时的主题的作为薄膜形成装置的溅射装置，但本发明的应用不限于此，本发明可应用于多种薄膜形成装置，如蒸发-沉积装置和CVD装置。并且，本发明并不只是用作制造光盘或类似物的方法，而是还适用于随后要进行除去中心部分的步骤的制造产品的工艺，例如所有盘状件如硬盘的制造工艺。
通过实施本发明，不论基片的种类或薄膜层积的层数如何，都可使内掩模总是以一恒定的轻负荷与基片表面接触。并且，可以在基片和内掩模作为一个整体旋转的状态下形成薄膜，并且在基片上形成的薄膜的薄膜压力、薄膜特性等的分布也可得到改善。
权利要求
1.一种溅射装置，该装置用于在一真空室内在基本为盘形的基片的表面上进行薄膜形成操作，该装置具有一包含要形成的薄膜的主要组成元素的靶；一用于通过所述靶的一表面保持所述靶的垫板；一用于保持所述基片并使所述基片的表面与所述靶正对的基片托架；以及分别覆盖所述基片的外周向部分和一中心部分的一外掩模和一内掩模；其中，所述内掩模与一滑动轴相连并由该滑动轴支承以便可以旋转和平移，该滑动轴穿过一形成在所述靶上的通孔并由一设置在所述垫板上的支承件支承，并且该内掩模利用设置在所述垫板上的偏压装置通过所述滑动轴以一预定负荷紧靠在所述基片的中心部分上。
2.根据权利要求1的溅射装置，其特征在于，所述偏压装置包括设置在所述滑动轴的不与所述内掩模相连的端部处的弹簧。
3.根据权利要求1的溅射装置，其特征在于，所述滑动轴在其与所述内掩模相连的部分中具有一由绝缘材料制成的部分。
4.根据权利要求1的溅射装置，其特征在于，所述偏压装置通过一推力轴承偏压所述滑动轴。
5.根据权利要求1的溅射装置，其特征在于，所述垫板从所述靶的一表面突出，并且具有一在正对所述基片的中心的位置形成一孔的容纳腔，该孔的内径稍大于所述滑动轴的直径，并且所述滑动轴从所述孔朝所述基片突出，所述支承件和所述偏压装置容纳在所述容纳腔内。
6.一种在基本为盘形的基片上形成薄膜的薄膜形成方法，包括设置一由所述薄膜的主要组成物质制成的靶；将所述基片正对所述靶并且可绕一预定轴线旋转地固定在一托架上；使一内掩模连接在一从所述靶的后表面穿过一通孔到达所述靶的前表面的轴构件上，以便紧靠在所述基片的中心部分的一预定区域上，所述通孔以所述预定的轴线为中心形成在所述靶内；在所述基片和所述靶之间产生等离子体；用所述等离子体中的离子溅射所述靶的前表面；以及在所述基片的表面上沉积以所述靶的成分作为主要组成元素的薄膜；其中，所述内掩模以一预定的负荷紧靠在所述基片上，并且当进行所述薄膜的沉积时，所述内掩模和所述基片一起绕所述预定轴线旋转。
7.一种在盘形记录媒体上形成特定的膜的盘形记录媒体制造方法，包括设置一由所述特定的膜的主要组成物质制成的靶；将一基本为盘形的基片正对所述靶并可绕一预定轴线旋转地固定在一托架上；使一内掩模连接在一从所述靶的后表面穿过一通孔到达所述靶的前表面的轴构件上，以便紧靠在所述基片的中心部分的一预定区域上，所述通孔以所述预定轴线为中心形成在所述靶内；在所述基片和所述靶之间产生等离子体；用所述等离子体中的离子溅射所述靶的前表面；以及在所述基片的表面上沉积所述特定的膜；其中，所述内掩模以一预定负荷紧靠在所述基片上，并且当进行所述特定的膜的沉积时，所述内掩模和所述基片一起绕所述预定轴线旋转。
全文摘要
在一种溅射装置中，一覆盖基片的中心部分的内掩模由一支承件支承，该支承件设置在一靶的后表面上的一垫板上，并且该内掩模通过一弹簧以一预定负荷紧靠该基片。通过这种结构，当进行薄膜的沉积时，该紧靠基片的内掩模可与该基片一起旋转，并且能可靠地形成该基片的中心部分的无膜形成区域，并改善膜形成区域中的薄膜厚度等。
文档编号G11B11/00GK1646723SQ03807718
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月1日 优先权日2002年4月4日
发明者越川政人, 石崎秀树, 渡边英昭, 松井敏 申请人:Tdk株式会社