JPH11144338A - 円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成装置にお
いて、マグネットの回転数が少ない場合の薄膜の形成で
各部に生じる膜厚の違いを減らし、スパッタリング初期
のマグネットの位置により、薄膜の形成で膜厚に生じる
違いが生じたり、ターゲットのエロージョンの不均一化
が起きることを減少させる。 【解決手段】磁界発生手段６に取り付けられて該磁界発
生手段を回転させる回転手段８と、該回転手段８の回転
軸に取り付けられた回転数検出手段９、１０、１１と、
１回の薄膜形成に必要な時間における回転手段８の回転
数が自然数であるように回転を制御し、スパッタリング
の開始時毎の前記磁界発生手段６の回転開始角度を前回
の開始角度と所定角度ずらして開始するように制御する
制御手段１２とを有し、１回の薄膜形成に必要な時間に
おける前記回転手段の回転数が自然数になるように回転
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円盤状光学記録媒
体の製造方法に関し、特に、円盤状光学記録媒体の製造
における円盤状光学記録媒体の基材等の表面に反射層と
してスパッタリングで薄膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】円盤状光学記録媒体を製造するために
は、その基材等の表面にレーザー光の反射層を形成する
必要があり、そのために例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ
Ｄｉｓｋ）ではアルミニウムの１００μｍ程度の蒸着が
行われている。ところが、例えば、記録可能なＣＤ−Ｒ
（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）の場合には、記録層に
シアニン系色素やフタロシアニン系色素或いはアゾ系色
素のような有機色素を用いていること等から、その上に
形成する反射層としては有機色素と化合しにくい金を材
料として使用し、融点温度の高いこと等から蒸着ではな
くスパッタリングにより１００μｍ程度の薄膜を形成す
るようにしている。ここで、ＣＤ−Ｒの構造を簡単に説
明すると、１．２ｍｍ程度の円盤上の透明で高強度のポ
リカーボネート等の高分子材料の片側の表面に形成され
た１００μｍ程度の有機色素の薄膜を記録層が有り、そ
の上にスパッタリングで形成された１００μｍ程度の金
の薄膜が反射層として有り、さらにその上に形成された
５μｍ程度の保護層が有る。従って、ＣＤ−Ｒへの記録
や読み出しは、上記の上記の記録層や反射層の形成され
ていない側から透明の高分子材料を通過したレーザ光等
で行われる。ところで、スパッタリングでは、放電によ
り飛び出したイオン等により正極のターゲット物質を負
極の基板等の表面に付着させて薄膜を形成できる技術で
あり、そのスパッタリングのチャンバーに磁界を印加す
ることで、ターゲーット物質の負極への付着速度を促進
できることが知られている。そのような磁界を印加する
マグネトロンスパッタリング装置では、マグネットが使
用されているが、固定されたマグネットの磁界では電子
等の運動領域が限定されてしまい、基板に付着するター
ゲット物質のスパッタリング薄膜の膜厚の分布が基板上
の各部で異なり、膜厚分布の均一性が悪いことが問題と
なり易い。基板上の薄膜の膜厚分布の均一性が悪いと、
基板全体で所定の反射特性を得るためにはもっとも膜厚
の薄い部分が所定の膜厚を満足するように薄膜を形成す
る必要があり、全体の平均膜厚は増加するので、１回の
スパッタリングにかかる時間は増加して生産効率を下が
る。また、スパッタリングのターゲット材料も多く必要
になるので高価な金の材料コストが増加する。更に、均
一性が悪いことから所定以上の膜圧が得られるように生
産工程を設定しても薄膜が部分的に所定の膜厚に達しな
い不良も発生しやすく、その点でも生産効率が下がるこ
とになる。その膜厚分布の均一性を改善するために、マ
グネットを回転できるようにしてスパッタリング中にマ
グネットを回転させることで、磁界の影響が基板内の特
定な領域だけに偏って生じないようにしてスパッタリン
グが行われるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
なり生産効率の観点からは薄膜の形成時間の短縮が望ま
れ、生産コストの観点からは、薄膜の膜厚のさらなる均
一性を進めて、生産性向上と製造コスト削減が望まれる
ようになり、単にマグネットを回転させるだけではこれ
以上の改善は難しくなってきている。具体的には、例え
ば、薄膜の形成時間において時間短縮或いはマグネット
を回転させる手段（モータ等）の小型化や安価なモータ
の使用を可能にするということから１回のスパッタリン
グでのマグネットの回転数を削減したり、薄膜材料の金
の使用量削減のために薄膜の膜厚もさらに必要最小限の
厚みで均一に形成することが望まれている。上記マグネ
ットの回転数を少なくすることによる膜厚の課題を説明
するため一例を挙げる。例えば、１回のスパッタリング
に、９９回転半だけマグネットを回転できる場合と、１
回転半しかマグネットを回転できない場合を考えると、
前者の９９回転半の場合には、基板上に９９回転分しか
マグネットを回転してスパッタリングしていない部分
と、１００回転分マグネットが回転してスパッタリング
が行われた部分が半分ずつ存在することになる。それに
対して１回転半しかマグネットを回転できない場合に
は、基板上に１回転分しかマグネットを回転してスパッ
タリングしていない部分と、２回転分マグネットが回転
してスパッタリングが行われた部分が半分ずつ存在する
ことになる。基板上において、９９回分のマグネットが
回転してスパッタリングが行われた部分と、１００回分
のマグネットが回転してスパッタリングが行われた部分
では、１％の違いが１枚の基板上に存在することになる
が、１回分のマグネットが回転してスパッタリングが行
われた部分と、２回分のマグネットが回転してスパッタ
リングが行われた部分では、５０％の違いが１枚の基板
上に存在することになる。即ち、マグネットの回転数が
少なくなると、マグネットの回転により掃引された部分
とされない部分では薄膜の形成で膜厚に違いを大きく生
じ、膜厚分布に対する影響が大きくなる。又、上記のよ
うに１回のスパッタリングに用いられるマグネットの回
転数が少なくなると、膜厚を均一にして薄膜を形成する
場合にスパッタリング開始時のマグネットの位置による
磁界が与える影響が大きくなる。更に、膜厚を均一にし
て薄膜を形成する場合の課題としては、スパッタリング
の放電電圧を安定制御することは難しく、特に放電初期
において高くなりやすく、スパッタリングで金等が付着
される基板の表面状態によっては放電初期の電圧は通常
の放電電圧よりも相当に高くなり、その放電初期のマグ
ネットの位置したところのターゲットの金等の減少量だ
け増加し、ターゲットのエロージョンの不均一化が起き
てしまう。本発明は、マグネットの回転数が少ない場合
の薄膜の形成で各部に生じる膜厚の違いを減らし、又、
スパッタリング初期におけるマグネットの位置によっ
て、薄膜の形成で膜厚に生じる違いが生じたり、ターゲ
ットのエロージョンの不均一化が起きることを減少させ
ることを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、円盤状光学記録媒体材料の表面へ磁
界を発生させてスパッタリングを行うマグネトロンスパ
ッタリングを用いて薄膜を形成する薄膜形成装置におい
て、磁界発生手段に取り付けられて該磁界発生手段を回
転させるの回転手段と、１回の薄膜形成に必要な時間に
おける前記回転手段の回転数が自然数になるように回転
を制御する制御手段とを有することを特徴とする。その
制御手段における制御としては、該回転手段の回転数と
１回の薄膜形成に要する時間との積が自然数であるよう
に回転速度を制御するようにした。又、円盤状光学記録
媒体材料の表面へ磁界を発生させてスパッタリングを行
うマグネトロンスパッタリングを用いて薄膜を形成する
薄膜形成装置において、磁界発生手段に取り付けられて
該磁界発生手段を回転させるの回転手段と、スパッタリ
ングの開始時毎の前記磁界発生手段の回転開始角度を前
回の開始角度と所定角度ずらして開始するように制御す
る制御手段とを有することを特徴とする。上記のように
スパッタリングにおけるマグネットの回転速度とスパッ
タリング初期のマグネットの位置を制御することで、少
ない回転数の場合でも膜厚に違いを少なくし、スパッタ
リング開始時のターゲットの付着の偏りも少なくした薄
膜の形成が可能になる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本発明の円盤状光学記
録媒体材料への薄膜形成装置の一実施形態のマグネトロ
ンスパッタ装置の概略の構成を示す図である。尚、図１
では、本発明に関係する要部を中心に示し、薄膜形成装
置の動作上としては重要であっても、本発明にあまり関
係しない部分については図示を一部で省略している。ス
パッタ室１は、スパッタリングにおいて放電させて後述
するターゲットを基板に付着させて薄膜を形成させるた
めの空間（チャンバ）である。ターゲット２は、スパッ
タリングにおいて、薄膜の基となる材料であり、放電に
より発生した電子、陽電子がターゲットの材料にぶつか
ってスパッタ室１の空間にはじき出されて飛び出し、飛
び出したターゲット材料が後述する基板に付着して薄膜
となる。基板３は、その表面にターゲット材料の薄膜が
形成される円盤状光学記録媒体材料である。インナーマ
スク４は、スパッタリングで薄膜の形成を行わない基板
３上の中心部分をマスキングするマスキング材である。
アウターマスク５は、スパッタリングで薄膜の形成を行
わない基板３上の周辺部分をマスキングするマスキング
材である。マグネット６は、スパッタ室１に磁界を印加
してターゲット材料の付着速度を進めるためのものであ
る。

【０００６】マグネット回転軸７は、マグネットを回転
させるためのものであり、マグネット６が編心して取り
付けられる。モータ８は、マグネット回転軸７と接続し
てマグネットを回転させるためのモータで、例えば、ス
テッピングモータのように所定の角度制御が可能なモー
タである。エンコーダ９は、マグネット回転軸７に取り
付けられて、後述する半導体レーザ１０の光の通過と阻
止によりパルス化して出力しモータ８の回転角や回転速
度を知るためのものである。半導体レーザ１０は、エン
コーダ９でパルス信号化されて後述する受光部１１へ供
給されるレーザ信号の光源である。受光部１１は、エン
コーダ９でモータ８の回転により信号化されたパルス信
号を受信するものである。エンコーダ信号処理および回
転数制御機器１２は、エンコーダ９の出力信号からマグ
ネットの位置や回転数を検出し、モータ８の位置や回転
数の制御用の信号を出力するためのものである。モータ
駆動機器１３は、エンコーダ信号処理および回転数制御
機器１２からの制御用信号に基づいてモータ８の駆動用
の信号や電力を供給する。スパッタ条件管理機器１４
は、他の諸条件と共にエンコーダ信号処理および回転数
制御機器１２からのマグネットの位置や回転数の信号に
より、スパッタリングの開始から終了までの時間を決定
する。

【０００７】上記の構成において、エンコーダ９でパル
ス化された半導体レーザ１０の光源を受光部１１で受信
した信号は、エンコーダ信号処理および回転数制御機器
１２でマグネットの位置や回転数の信号となり、モータ
駆動機器１３とスパッタ条件管理機器１４へ入力され
る。スパッタ条件管理機器１４へ入力された信号により
マグネットの位置を予め設定された角度だけずらすよう
にする。そのための信号をエンコーダ信号処理および回
転数制御機器１２にフィードバックで返してモータ駆動
機器１３でモータ８を駆動してマグネット６を移動させ
る。マグネットの位置をずらす量としては、ターゲット
のエロージョンの不均一化を防ぐことが目的であるの
で、モータ８のステッピングとエンコーダ９の分解能と
エンコーダ信号処理および回転数制御機器１２で処理可
能なモータ８の制御可能な角度から、例えば、エンコー
ダ信号処理および回転数制御機器１２に持たせた乱数表
を用いてランダムにスパッタリングの開始位置を選択す
ることで偏ったターゲットのエロージョンを防ぐことが
可能となる。又、別の方法としては、スパッタリングの
開始角度をエンコーダ信号処理および回転数制御機器１
２に持たすか外部に接続した不揮発性の記憶手段に記憶
させておき、エンコーダ信号処理および回転数制御機器
１２で統計処理を行って、最もスパッタリングの開始実
績の少ない角度を選ぶことで偏ったターゲットのエロー
ジョンを防ぐことが可能となる。更に、上記の両方の方
法を組み合わせて、偏ったターゲットのエロージョンを
防ぐこともできる。

【０００８】一方、モータ駆動機器１３に入力するエン
コーダ信号処理および回転数制御機器１２からの回転数
の信号は、マグネットの回転速度をｒ［rpm ］、１回の
スパッタリングに必要な時間をｔ［sec ］とすると、ｒ
／６０×ｔ＝Ｎ（Ｎは自然数）の式を満足するようにフ
ィードバック制御される。この式は、 ｒが毎分毎の回
転数を示すことから、ｒ／６０は毎秒毎の回転数を示
し、１回のスパッタリングに必要なｔ秒での全回転数が
Ｎ（Ｎは自然数）となるように制御する、即ち、１回の
スパッタリングにおける開始角度と終了角度が同じであ
る自然数の回転数で終了するように制御するということ
を意味している。ここでの制御方法も、上記のマグネッ
トの始動位置の制御と同様な構成で行われる。更に、そ
の構成において、エンコーダ９でパルス化された半導体
レーザ１０の光源を受光部１１で受信した信号が、エン
コーダ信号処理および回転数制御機器１２でマグネット
の位置や回転数の信号となり、モータ駆動機器１３とス
パッタ条件管理機器１４へ入力されるところまでは、ほ
ぼ上記のマグネットの始動位置の制御と同様である。ス
パッタ条件管理機器１４へ入力された信号は、予め設定
されたスパッタリングに必要な時間と共に処理されて、
回転数が自然数で終了するように制御する信号が、エン
コーダ信号処理および回転数制御機器１２を経由してモ
ータ駆動機器１３へフィードバックされてモータ８の回
転が駆動制御される。モータ８が駆動制御されるので、
結果的にモータ８に接続したマグネット６の回転角度も
モータ８の制御された角度に制御され、スパッタリング
の開始時のマグネットの角度と終了時の角度を同じにし
て、回転数が自然数（正の正数）となるように制御する
ことができる。

【０００９】図２は、本発明の回転を制御した場合と、
従来の回転制御を行わない場合とで、スパッタリングさ
れた基板上の各角度における薄膜の膜厚の違いを示す図
である。図２（ａ）の横軸は、スパッタリングされる基
板の中心からの角度を示し、縦軸は、各角度におけるス
パッタリングされた薄膜の膜厚を示している。図２
（ａ）中で点線で従来の回転制御されない膜厚、実線で
本発明の回転制御された膜圧が示され、従来は１８０°
と２７０°の間に大きな膜厚の減少する角度が有り、逆
に３６０°近くでは膜厚の増加する角度が有る。この従
来の膜厚の変化は、ほとんどの原因がマグネットのスパ
ッタリング開始時と終了時の位置によるもので、本発明
によりマグネットの位置制御を行った場合の図２（ａ）
の実線では、従来のような大きな膜厚の変化は見受けら
れない。図２（ｂ）は、スパッタリングされた基板の中
心からの角度θと、図２（ａ）の薄膜の膜厚の測定位置
を説明する図である。図２（ｂ）において、角度θを０
°から初めて、モータ８の制御可能な角度毎に測定位置
（外周に近い円周部分）での薄膜の膜厚を測定を行い、
その結果を連続させたものが図２（ａ）である。

【００１０】図３は、図２の本発明と従来の薄膜の膜厚
の違いを示す図で、更に内周部と外周部における膜厚差
を求めるための測定位置を示す図である。円盤状光学記
録媒体の基板上で測定ラインを０°から６０°毎に測定
ライン１〜６の６本の測定ラインを設定し、それぞれの
ライン毎に内周部と中周部と外周部の３カ所の測定ポイ
ントを設定する。このように測定ポイントを設定するこ
とで、内周部と中周部及び外周部の膜厚に差が生じるか
否かを判定することができる。表１は、図３の各測定ポ
イントにおけるグルーブ反射率の測定で膜圧が所定の膜
厚に達しているか否かを評価した結果を示す。尚、表１
中では、グルーブ反射率の所定の規格値を満足した場合
を○とし、規格値に達していない場合を×で示した。

【００１１】

【表１】 従来の回転制御を行わない基板では測定ライン１では中
周部と外周部で膜厚が不足しており、測定ライン２では
外周部で膜厚が不足していることが判断できる。この不
足部が、図２（ａ）の従来の膜厚の落ち込み部分に相当
する。それに対して、本発明の回転制御を行った基板で
は、全てのラインで膜厚が初手位置に達していることが
判断できる。このように、本発明の円盤状光学記録媒体
材料への薄膜形成装置を用いることで、基板上の膜厚を
均一にすることができる。尚、本実施形態では、モータ
の回転角度の検出にエンコーダと光学的な検出手段を用
いたが、本発明はこれに限られるものではなく機械的な
検出や磁気的な検出手段を用いても本発明の実施が可能
である。

【００１２】

【発明の効果】以上のように本発明に係る円盤状光学記
録媒体材料への薄膜形成装置では、スパッタリングにお
けるマグネットの回転速度とスパッタリング初期のマグ
ネットの位置を制御することで、マグネットの回転数が
少ない場合の薄膜の形成で各部に生じる膜厚の違いを減
らし、又、スパッタリング初期におけるマグネットの位
置によるスパッタリング開始時のターゲットの付着の偏
りも少なくし、薄膜の形成時の膜厚に生じる違いや、タ
ーゲットのエロージョンの不均一化が起きることを減少
させることができる。従って、スパッタリングでの高速
な薄膜の形成でも、膜厚の分布を均一にすることがで
き、ターゲット材料も必要最小限で希望する特性を満足
する円盤状光学記録媒体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成
装置の一実施形態のマグネトロンスパッタ装置の概略の
構成を示す図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の回転を制御した場
合と、従来の回転制御を行わない場合で、スパッタリン
グされた円盤状光学記録媒体上の各角度における薄膜の
膜厚の違いを示す図である。

【図３】図２の本発明と従来の薄膜の膜厚の違いを示す
図で、更に内周部と外周部における膜厚差を求めるため
の測定位置を示す図である。

【符号の説明】

１・・・スパッタ室、 ２・・・ターゲット、 ３・・
・基板、 ４・・・インナーマスク、 ５・・・アウタ
ーマスク、 ６・・・マグネット、 ７・・・マグネッ
ト回転軸、 ８・・・モータ、 ９・・・エンコーダ、
１０・・・半導体レーザ、 １１・・・受光部、 １
２・・・エンコーダ信号処理および回転数制御機器、
１３・・・モータ駆動機器、 １４・・・スパッタ条件
管理機器

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界を発生させてスパッタリングを行う
   マグネトロンスパッタリングを用いて円盤状光学記録媒
   体材料の表面へ薄膜を形成する薄膜形成装置において、 磁界発生手段に取り付けられて該磁界発生手段を回転さ
   せるの回転手段と、 １回の薄膜形成に必要な時間における前記回転手段の回
   転数が自然数になるように回転を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする円盤状光学記録媒体材料への
   薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、マグネットの回転速度
   をr ［ｒｐｍ］として１回の薄膜形成に必要な時間をt
   ［ｓｅｃ］とした時に、毎秒毎の回転数と時間ｔとの積
   の式ｒ／６０×ｔが自然数Ｎとなるように制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の円盤状光学記録媒体材料
   への薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 前記回転手段の回転軸部に回転角度の検
   出手段を有し、前記制御手段は、該検出手段の検出信号
   により回転数を求めて制御することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成
   装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記１回の薄膜形成に
   必要な時間を設定することにより、前記磁界発生手段の
   回転数を決定して制御することを特徴とする請求項２に
   記載の円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成装置。
5. 【請求項５】 磁界を発生させてスパッタリングを行う
   マグネトロンスパッタリングを用いて円盤状光学記録媒
   体材料の表面へ薄膜を形成する薄膜形成装置において、 磁界発生手段に取り付けられて該磁界発生手段を回転さ
   せるの回転手段と、 スパッタリングの開始時毎の前記磁界発生手段の回転開
   始角度を前回の開始角度と所定角度ずらして開始するよ
   うに制御する制御手段と、 を有することを特徴とする円盤状光学記録媒体材料への
   薄膜形成装置。
6. 【請求項６】 前記回転手段の回転軸部に回転角度の検
   出手段を有し、 前記制御手段は、スパッタリングの開始時毎の前記磁界
   発生手段の回転開始角度を前記検出手段の検出信号によ
   り前回の開始角度と所定角度ずらして開始するように制
   御することを特徴とする請求項５に記載の円盤状光学記
   録媒体材料への薄膜形成装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、スパッタリングの開始
   時毎の前記磁界発生手段の回転開始角度を、第１のスパ
   ッタリングと第２のスパッタリングの間の待機時間に、
   前回の開始角度と所定角度ずらすように制御することを
   特徴とする請求項５に記載の円盤状光学記録媒体材料へ
   の薄膜形成装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段でずらされる所定角度は、
   前記回転手段で制御可能な回転角度からランダムに選ば
   れることを特徴とする請求項７に記載の円盤状光学記録
   媒体材料への薄膜形成装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段でずらされる所定角度は、
   前記回転手段で制御可能な回転角度からスパッタリング
   で使用された実績のある開始角度を統計処理した最も実
   績の少ない角度が選ばれることを特徴とする請求項７に
   記載の円盤状光学記録媒体材料への薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】 磁界発生手段を回転させてマグネトロ
    ンスパッタリングを行い円盤状光学記録媒体材料へ薄膜
    を形成する方法において、 磁界発生手段の回転角度を検出し、 １回の薄膜形成における各回転角度での磁界強度の積分
    値が全回転角で均一になるように演算し、 前記演算結果に従い、前記磁界発生手段の回転を制御す
    ることを特徴とする円盤状光学記録媒体材料への薄膜形
    成方法。
11. 【請求項１１】 磁界発生手段を回転させてマグネトロ
    ンスパッタリングを行い円盤状光学記録媒体材料へ薄膜
    を形成する方法において、 磁界発生手段の回転角度を検出し、 検出した前記回転角度の変移と時間から回転速度を求
    め、１回の薄膜形成において角回転角における磁界発生
    手段の通過時間の積分値が全ての検出された回転角度で
    均一になるように回転速度と回転角度を演算し、 前記演算結果に従い、前記磁界発生手段の回転を制御す
    ることを特徴とする円盤状光学記録媒体材料への薄膜形
    成方法。
12. 【請求項１２】 磁界発生手段に取り付けられて該磁界
    発生手段を回転させるの回転手段と、該回転手段の回転
    数と１回の薄膜形成に要する時間との積が自然数となる
    ように回転速度を制御する制御手段とを有し、円盤状光
    学記録媒体材料の表面へ磁界を発生させてスパッタリン
    グを行うマグネトロンスパッタリングを用いて薄膜を形
    成する薄膜形成装置により製造された円盤状光学記録媒
    体。