JP2005029855A - 真空アーク蒸着装置、真空アーク蒸着法、および磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜時におけるアーク源での真空アーク放電を安定に維持すること。
【解決手段】陽極３はコイル状の銅チューブで、電気的に接地しないようにしてアーク源用真空室１の内部に設置するとともに、陰極２と陽極３の間に直流アーク電源Ｅs2を接続した。これにより、コイル状の陽極３にアーク電流が流れることで、陰極２から陽極３に向かう方向Ａの磁場を発生する。一方、外部コイル７，８に所定の電流を通電することで、陰極２−陽極３間に、陽極３から陰極２に向かう方向（Ａと逆方向）の磁場を発生させた状態で、ストライカー４によりアーク放電させて成膜を行なう。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空アーク蒸着装置、真空アーク蒸着法、および磁気記録媒体に関し、特に詳細には、耐摺動部材または耐摩耗部材のコーティングに用いられる硬質被膜を形成するために用いられる真空アーク蒸着装置、真空アーク蒸着法、および、該硬質被膜および該硬質被膜を保護膜として有する磁気記録媒体に関する。

耐摺動部材または耐摩耗部材のコーティングに用いられる硬質被膜のうち、カーボンを用いたものとしてダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜がある。ＤＬＣ膜は、表面平滑性に優れ、硬さも大きいことから表面被膜として適している。

そのような硬質被膜を形成するために、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、または真空アーク蒸着法等が用いられてきている。従来の真空アーク蒸着装置の一例であるフィルタード・カソーディック・アーク（ＦＣＡ）蒸着装置の構成例を図１に示す。

図１の構成例において、アーク源Ｓａで発生させた陰極物質プラズマＰを、１／４円弧状に湾曲した磁気フィルター１０を用いて、真空成膜チャンバ１４に収容された被成膜基板１３まで陰極物質プラズマビームＰｂとして誘導し、被成膜基板１３上に陰極物質イオンから膜を形成する。この真空アーク蒸着装置において陰極物質として炭素（グラファイト）を用いた場合、形成される膜は水素を含まず、ｓｐ^３結合炭素に富んだ硬さの大きいテトラヘドラル・アモルファス・カーボン（ｔａ−Ｃ）になることが知られている。

上記構成におけるアーク源Ｓａでは成膜原料を陰極ターゲット１６とし、陽極１７との間で真空アーク放電させることにより陰極物質プラズマＰを発生させているが、そのアーク放電を安定に維持することが困難であるという問題があった。また、放電の陰極スポットが陰極ターゲット１６の周囲にまわり、陰極物質プラズマビームＰｂが前方に行きにくくなるという問題があった。

アーク源の構成としては、特許文献１に一例が示されている。さらに別の例が、特許文献２に示されている。

特開２００２−３２９０７号公報 特開２００２−８８４６６号公報

しかしながら、アーク放電を安定に維持するためには、構成および方法をさらに特定化する必要があると考えられる。さらに、上記特許文献２においては、磁性部材の冷却機構を設けることが困難であった。

本発明の目的は、成膜時におけるアーク源での真空アーク放電を安定に維持できる特定の構成および方法を有する放電手段を備えた真空アーク蒸着装置および真空アーク蒸着法、並びに、該真空アーク放電手段を用いて成膜される高硬度の被膜を有する磁気記録媒体を提供することである。

上記の目的を達成するために本発明に係る装置では、真空に排気される成膜用真空室と、該成膜用真空室に収容される基体に成膜するための成膜原料を陰極ターゲットとしてアーク放電する放電手段と、前記成膜用真空室と前記放電手段の間に配設されており、前記アーク放電により発生した陰極物質プラズマを、コイルに通電されて発生した誘導磁場により前記成膜用真空室に誘導して前記基体に蒸着させるためのプラズマ誘導手段とを備えた真空アーク蒸着装置において、前記放電手段は電気的に接地された放電用真空室を備え、該放電用真空室の内部であって前記プラズマ誘導手段と離間した位置に、電気的に接地されない前記陰極ターゲットを備え、前記放電用真空室の内部であって前記プラズマ誘導手段と前記陰極ターゲットの間に、第１の方向の第１の磁場を発生させる第１発生手段を備え、前記放電用真空室の周囲に、前記第１の方向とほぼ逆方向の第２の方向の第２の磁場を前記放電用真空室の内部に発生させる第２発生手段を備える真空アーク蒸着装置を実施した。

上記の目的を達成するために本発明に係る方法では、上述の真空アーク蒸着装置を用いて、基体を収容した成膜用真空室を真空に排気し、該基体に成膜するための成膜原料を陰極ターゲットとしてアーク放電する放電手段にてアーク放電させて陰極物質プラズマを発生させ、プラズマ誘導手段にてコイルに通電されて発生した誘導磁場により前記陰極物質プラズマを前記成膜用真空室に誘導して前記基体に蒸着させることで、前記基体に成膜する真空アーク蒸着法を実施した。

上記の目的を達成するために本発明に係る磁気記録媒体では、基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、前記保護膜は、上述の真空アーク蒸着装置を用いて形成された膜から成る磁気記録媒体を実施した。

また、上記の目的を達成するために本発明に係る磁気記録媒体では、基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、前記保護膜は、上述の真空アーク蒸着法を用いて形成された膜から成る磁気記録媒体を実施した。

この発明によれば、真空に排気される成膜用真空室と、該成膜用真空室に収容される基体に成膜するための成膜原料を陰極ターゲットとしてアーク放電する放電手段と、前記成膜用真空室と前記放電手段の間に配設されており、前記アーク放電により発生した陰極物質プラズマを、コイルに通電されて発生した誘導磁場により前記成膜用真空室に誘導して前記基体に蒸着させるためのプラズマ誘導手段とを備えた真空アーク蒸着装置において、前記放電手段が、成膜原料からなる電気的に接地されていない前記陰極ターゲット、該陰極ターゲットと前記プラズマ誘導手段の間に配設されており前記アーク放電電流を通電することにより磁場を発生する電気的に接地されていない陽極、前記アーク放電電力を供給する手段、前記アーク放電を開始させるための手段、磁場を印加する手段、およびこれらが配設、接続されている電気的に接地されている放電用真空室から成り、前記磁場を印加する手段によって、前記放電用真空室内に、前記陽極が発生する磁場と略逆方向の磁場を印加することにより、成膜時におけるアーク源での真空アーク放電を安定に維持することが可能になるという効果がある。

図２は本発明に係る真空アーク蒸着装置の最良の形態の要部の構成を示した図である。本真空アーク蒸着装置の他の部分（図中の破線で示した磁気フィルター１０よりも左側の部分）は図１に示したものと同様の構成である。

アーク源Ｓａは外径７６ｍｍ、内径７０ｍｍの筒状のステンレスパイプをアーク源用真空室１の本体として用いた。このアーク源用真空室１は電気的に接地した（図示せず）。アーク源Ｓａの陰極２には純度９９．９９９％、直径３０ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱状のグラファイト（炭素）を用い、電気的に接地しないようにしてアーク源用真空室１の内部に設置するとともに、この陰極２を直流アーク電源Ｅｓ２に接続した。陽極３はコイル状にした直径４ｍｍの銅チューブで、巻回部の長さｌ＝６０ｍｍ、巻き数９ターンであり、電気的に接地しないようにしてアーク源用真空室１の内部に設置するとともに、この陽極３を直流アーク電源Ｅｓ２に接続した。このコイル状の陽極３にアーク電流が流れることで、陰極２から陽極３に向かう方向Ａの磁場を発生する。

また陰極２の表面に接触させてアーク放電を開始させるための接地電位であるストライカー４をストライカー電源Ｅｓ１とともに設置してある。陰極２、陽極３、およびアーク源用真空室１はアーク放電時の過熱を防ぐために水冷式となっている。参照符号５ａ，５ｂは陽極３の冷却用の水を循環させるための銅チューブであり、銅チューブ５ａは陽極３と直流アーク電源Ｅｓ２の接続にも用いられる。参照符号６ａ，６ｂは、アーク源用真空室１を冷却するための水を循環する水冷スペースである。

アーク源用真空室１の周囲にはアーク源用真空室１の内部に磁場を印加するための陰極周囲コイル７、陽極周囲コイル８から成るヘルムホルツコイル状の外部コイルが設置されている。さらに、アーク源用真空室１の内周面と陽極３の間には、絶縁部材として石英ガラス９が配設されている。

磁気フィルター１０（図１に示したものと同様の構成）は外径７６ｍｍ、内径７０ｍｍ、曲率半径３００ｍｍの１／４円弧状ステンレスパイプをコアとして、これに線径２ｍｍのポリエステル被覆銅線を巻いた電磁石コイルである。電磁石コイルの単位長さ当たりの巻き数は１０００ターン／ｍである。

図２および上述の説明から明らかな通り、最良の形態の真空アーク蒸着装置は、磁気フィルター１０とアーク源Ｓａが独立した構成となっているため、磁気フィルター１０による磁場がアーク放電の維持に対して悪影響をおよぼすことがない。すなわち、プラズマの輸送効率向上とアーク放電の維持を独立に制御することが可能であり、以下の実施例の通り、アーク源での真空アーク放電を安定に維持して良好な成膜を行うことができる。

上記構成の真空アーク蒸着装置を用いて真空アーク蒸着法を実施した実施例を以下に説明する。

ヘルムホルツコイル状の外部コイル７，８に所定の電流を通電することで、陰極２−陽極３間に、陽極３から陰極２に向かう方向（Ａと逆方向）の約０．００２Ｔの磁場を発生させた状態で、ストライカー４によりアーク放電を開始した。アーク電圧、電流はそれぞれ３０Ｖ、１２０Ａで、コイル状の陽極３で発生する磁場は約０．０２Ｔであった。

このとき、ストライカー４によりアーク放電を開始した後、ストライカー電源Ｅｓ１電圧をオフにしても陰極２−陽極３間でアーク放電は安定に維持することができ、アーク放電の陰極スポットが陰極ターゲット（陰極２）の周囲にまわってしまうこともなく、カーボンプラズマは磁気フィルター１０により成膜チャンバ（図示せず）まで誘導されて、成膜チャンバ内の被成膜基板（図示せず）に所望の時間、テトラヘドラル・アモルファス・カーボン膜を成膜することができた。

図２に示した最良の形態の装置において、ヘルムホルツコイル状の外部コイル７，８のうち、陰極周囲コイル７のみ、もしくは陽極周囲コイル８のみに電流を通電することで、陰極２−陽極３間に、陽極３から陰極２に向かう方向（Ａと逆方向）の約０．００１Ｔの磁場を発生させた状態で試験した。他は、実施例１と同様の条件であった。

いずれの場合も、ストライカー４により、アーク放電を開始した後、ストライカー電源Ｅｓ１電圧をオフにしても陰極２−陽極３間でアーク放電は安定に維持することができ、アーク放電の陰極スポットが陰極ターゲット（陰極２）の周囲にまわってしまうこともなく、カーボンプラズマは磁気フィルター１０により成膜チャンバ（図示せず）まで誘導されて、成膜チャンバ内の被成膜基板（図示せず）に所望の時間、テトラヘドラル・アモルファス・カーボン膜を成膜することができた。

（比較例１）
図２に示した最良の形態の装置において、ヘルムホルツコイル状の外部コイル７，８に電流を通電しない状態で試験した。他は、実施例１と同様の条件であった。

この場合、ストライカー４により、アーク放電を開始することはできたが、ストライカー電源Ｅｓ１電圧をオフにすると、アーク放電は停止してしまった。

（比較例２）
図２に示した最良の形態の装置において、ヘルムホルツコイル状の外部コイル７，８に、陰極２から陽極３に向かう方向（Ａ方向）に磁場を発生させるように電流を通電した状態で試験した。他は、実施例１と同様の条件であった。

この場合、陰極周囲コイル７および陽極周囲コイル８両方、陰極周囲コイル７のみ、陽極周囲コイル８のみ、いずれの場合においても、ストライカー４によりアーク放電を開始することもできなかった。

（比較例３）
図２に示した最良の形態の装置において、ヘルムホルツコイル状の外部コイル７，８に、陰極周囲コイル７、陽極周囲コイル８による磁場が、互いに向かい合う向きか、もしくは離れあう向きとなるように電流を通電して磁場を発生した状態で試験した。他は、実施例１と同様の条件であった。

いずれの場合においても、ストライカー４により、アーク放電を開始することはできたが、ストライカー電源Ｅｓ１電圧をオフにすると、アーク放電は停止してしまった。

実施例１または２のいずれかの真空アーク蒸着法を用い、真空成膜チャンバ（図示せず）に収容された磁気記録層まで形成されたディスクを被成膜基板（図示せず）として、その上に保護膜を形成して磁気記録媒体を製造することができた。

このようにして形成された保護膜は、陰極物質としてグラファイト（炭素）を用いていることから、水素を含まず、ｓｐ^３結合炭素に富んだ高硬度のテトラヘドラル・アモルファス・カーボン膜から成るものとすることができた。

従来の真空アーク蒸着装置の構成例を示した図である。 本発明に係る真空アーク蒸着装置の最良の形態の要部の構成を示した図である。

符号の説明

１ アーク源用真空室
２，１６ 陰極
３，１７ 陽極
４，１５ ストライカー
５ａ，５ｂ 冷却用銅チューブ
６ａ，６ｂ 水冷スペース
７ 陰極周囲コイル（外部コイル）
８ 陽極周囲コイル（外部コイル）
９ 石英ガラス
１０ 磁気フィルター
１１ コアパイプ（ステンレスパイプ）
１２ 電磁石コイル
１３ 被成膜基板
１４ 真空成膜チャンバ
１８ ラスターコイル
１９ シャッター
Ｅｓ１ ストライカー電源
Ｅｓ２ 直流アーク電源
Ｓａ アーク源

Claims (13)

1. 真空に排気される成膜用真空室と、
   該成膜用真空室に収容される基体に成膜するための成膜原料を陰極ターゲットとしてアーク放電する放電手段と、
   前記成膜用真空室と前記放電手段の間に配設されており、前記アーク放電により発生した陰極物質プラズマを、コイルに通電されて発生した誘導磁場により前記成膜用真空室に誘導して前記基体に蒸着させるためのプラズマ誘導手段とを備えた真空アーク蒸着装置において、
   前記放電手段は電気的に接地された放電用真空室を備え、
   該放電用真空室の内部であって前記プラズマ誘導手段と離間した位置に、電気的に接地されない前記陰極ターゲットを備え、
   前記放電用真空室の内部であって前記プラズマ誘導手段と前記陰極ターゲットの間に、第１の方向の第１の磁場を発生させる第１発生手段を備え、
   前記放電用真空室の周囲に、前記第１の方向とほぼ逆方向の第２の方向の第２の磁場を前記放電用真空室の内部に発生させる第２発生手段を備える
   ことを特徴とする真空アーク蒸着装置。
2. 請求項１に記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記第１の方向は前記陰極ターゲットから前記第１発生手段へ向かう方向と略同一方向であり、前記第２の方向は前記第１発生手段から前記陰極ターゲットへ向かう方向と略同一方向であることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
3. 請求項１に記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記第１発生手段は前記放電用真空室の内側に沿った電気的に接地されないコイル状の陽極であり、前記コイル状の陽極の中心軸の方向は、前記陰極ターゲットと前記第１発生手段を結ぶ方向と略平行であることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
4. 請求項１に記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記第２発生手段は前記放電用真空室の外側に沿ったコイルであり、前記コイルの中心軸の方向は、前記陰極ターゲットと前記第１発生手段を結ぶ方向と略平行であることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記放電用真空室は筒状であり、前記放電用真空室の内周面と前記第１発生手段の間に絶縁部材を備えることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記アーク放電によって前記陰極ターゲット、前記第１発生手段、および前記放電用真空室が過熱することを防ぐための冷却手段を備えることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の真空アーク蒸着装置において、
   前記成膜原料が炭素であることを特徴とする真空アーク蒸着装置。
8. 基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、
   前記保護膜は、請求項１乃至６のいずれかに記載の真空アーク蒸着装置を用いて形成された膜から成ることを特徴とする磁気記録媒体。
9. 基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、
   前記保護膜は、請求項７に記載の真空アーク蒸着装置を用いて形成された、高硬度のテトラヘドラル・アモルファス・カーボン膜から成ることを特徴とする磁気記録媒体。
10. 請求項１乃至６のいずれかに記載の真空アーク蒸着装置を用いて、基体を収容した成膜用真空室を真空に排気し、該基体に成膜するための成膜原料を陰極ターゲットとしてアーク放電する放電手段にてアーク放電させて陰極物質プラズマを発生させ、プラズマ誘導手段にてコイルに通電されて発生した誘導磁場により前記陰極物質プラズマを前記成膜用真空室に誘導して前記基体に蒸着させることで、前記基体に成膜することを特徴とする真空アーク蒸着法。
11. 請求項１０に記載の真空アーク蒸着法において、
    前記成膜原料が炭素であることを特徴とする真空アーク蒸着法。
12. 基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、
    前記保護膜は、請求項１０に記載の真空アーク蒸着法を実施して形成された膜から成ることを特徴とする磁気記録媒体。
13. 基体と、該基体上に配置された磁気記録層と、該磁気記録層上に形成された保護膜とを備えた磁気記録媒体であって、
    前記保護膜は、請求項１１に記載の真空アーク蒸着法を実施して形成された、高硬度のテトラヘドラル・アモルファス・カーボン膜から成ることを特徴とする磁気記録媒体。
    

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