JP2007191762A - Ecr plasma film deposition system - Google Patents
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Description
本発明は磁気ディスクやMR/GMRヘッドの保護膜を製造するためのECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ成膜装置に関する。 The present invention relates to an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma film forming apparatus for manufacturing a protective film for a magnetic disk or MR / GMR head.
近年、磁気ディスクやMR/GMRヘッドの保護膜としては優れた耐摩耗性・耐湿性を有する硬質炭素膜、特にDLC膜(ダイアモンド状炭素薄膜)が用いられている。DLC膜を成膜する方法は幾つかあるが、固体カーボンをアーク放電でプラズマ化し、これを再び基板上に析出させるFCVA法(Filtered Cathodic Vacuum Arc法)が主流となっている。FCVA法は電流密度の大きなアーク放電を利用するため電離効率も大きく、大きな成膜速度で緻密かつ高硬度のDLC膜を作製することができる。しかしアーク放電は一般にグロー放電のような安定性に欠けるので、一定条件で成膜を行っても十分な膜厚の繰り返し再現性が得られないという大きな問題がある。 In recent years, a hard carbon film having excellent wear resistance and moisture resistance, particularly a DLC film (diamond-like carbon thin film) has been used as a protective film for magnetic disks and MR / GMR heads. There are several methods for forming a DLC film, but the FCVA method (Filtered Cathodic Vacuum Arc method) in which solid carbon is converted into plasma by arc discharge and deposited on the substrate again is the mainstream. Since the FCVA method uses arc discharge with a large current density, the ionization efficiency is also high, and a dense and high hardness DLC film can be produced at a high film formation rate. However, since arc discharge generally lacks stability like glow discharge, there is a big problem that repeated reproducibility of sufficient film thickness cannot be obtained even when film formation is performed under a certain condition.
DLC膜を作製する他の方法として電子サイクロトロン共鳴による低圧グロー放電を利用したECRプラズマ成膜法、ECRプラズマ成膜装置が知られている。ECRプラズマ成膜法は一般にはECR−CVD(電子サイクロトロン共鳴−化学気相成膜)法を指すので(たとえば特許文献1参照)、以下ECR−CVD装置によって背景技術を説明する。 As other methods for producing a DLC film, an ECR plasma film formation method and an ECR plasma film formation apparatus using low-pressure glow discharge by electron cyclotron resonance are known. Since the ECR plasma film forming method generally refers to an ECR-CVD (electron cyclotron resonance-chemical vapor deposition) method (see, for example, Patent Document 1), the background art will be described below using an ECR-CVD apparatus.
ECR−CVD装置の1例を図2に示す。図2において成膜室1の側面に設けられたキャビティ2には導波管3および電波に対して透明な材質の窓4を介してたとえば周波数2.45GHzのマイクロ波Mが導入される。また成膜室1にはガス導入系Gからガス導入パルブ5を介してプラズマガスPが導入される。プラズマガスPはたとえばアルゴン(Ar)とメタン(CH4)の混合ガスである。プラズマガスPはキャビティ2内で、電磁コイル6で発生する875ガウスの磁界とマイクロ波Mによって発生する電磁界によって電子サイクロトロン共鳴を生じECRプラズマ7を生成する。ECRプラズマ7は、プラズマガスP中の分子または原子の各イオンすなわちCH4のイオンまたはArおよびCH4から分解したカーボン(C)、水素(H)などの各イオンと、プラズマガスPの電離によって発生した電子から構成されている。 An example of an ECR-CVD apparatus is shown in FIG. In FIG. 2, for example, a microwave M having a frequency of 2.45 GHz is introduced into a cavity 2 provided on a side surface of the film forming chamber 1 through a waveguide 3 and a window 4 made of a material transparent to radio waves. A plasma gas P is introduced from the gas introduction system G into the film forming chamber 1 through the gas introduction valve 5. The plasma gas P is, for example, a mixed gas of argon (Ar) and methane (CH 4 ). The plasma gas P generates an electron cyclotron resonance in the cavity 2 by an 875 Gauss magnetic field generated by the electromagnetic coil 6 and an electromagnetic field generated by the microwave M to generate ECR plasma 7. The ECR plasma 7 is produced by ionization of each ion of molecules or atoms in the plasma gas P, that is, ions of CH 4 or carbon (C) and hydrogen (H) decomposed from Ar and CH 4 and the plasma gas P. It consists of generated electrons.
ECRプラズマ7中のカーボンのイオンはキャビティ2から引き出され、基板ホルダ8上の基板9の表面にDLC膜として堆積する。なお、プラズマガスPとしては、上記メタンの他に、エチレン(C2H4)、プロパン(C3H8)など他の炭化水素を用いることも可能である。通常成膜室1は真空排気系(図示せず)で常時排気されており、プラズマガスPの圧力はガス導入バルブ5の開度および排気速度の制御により導入ガス量および排気量をバランスさせることによって、安定なECRプラズマ7を得るのに最適な値に保たれている。 Carbon ions in the ECR plasma 7 are extracted from the cavity 2 and deposited as a DLC film on the surface of the substrate 9 on the substrate holder 8. As the plasma gas P, in addition to the above methane, other hydrocarbons such as ethylene (C 2 H 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. The film formation chamber 1 is normally evacuated by a vacuum evacuation system (not shown), and the pressure of the plasma gas P balances the amount of introduced gas and the amount of exhaust gas by controlling the opening of the gas introduction valve 5 and the exhaust speed. Therefore, the optimum value for obtaining the stable ECR plasma 7 is maintained.
従来のECRプラズマ成膜装置の構造およびDLC膜の成膜方法は以上のとおりであるが、この構造および方法ではDLC膜の膜質が十分ではない。すなわち、この方法ではプラズマガス中のメタンなどの炭化水素を成膜原材料として用いるため、成膜したDLC膜に水素が混入しており、高品質な膜が得られないという問題があった。本発明はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とする。 The structure of the conventional ECR plasma film forming apparatus and the film forming method of the DLC film are as described above. However, the structure and the method do not have sufficient DLC film quality. That is, in this method, since hydrocarbon such as methane in plasma gas is used as a film forming raw material, there is a problem that hydrogen is mixed in the formed DLC film and a high quality film cannot be obtained. The object of the present invention is to provide means for solving such problems.
本発明は、上記課題を解決するために、成膜室と、該成膜室の側面に設けられ導波管を介してマイクロ波が導入されるキャビティと、該キャビティの周囲に設けられた電磁コイルと、該成膜室内に配設されその表面に薄膜を堆積させるための基板を設置する基板ホルダを備えたECRプラズマ成膜装置において、固体カーボンを気化する機構と気化されたカーボンをキャビティに導入する機構を設ける。また前記固体カーボンはフラーレン(C60 Fullerene)とすることもできる。また前記固体カーボンを気化する機構は加熱により固体カーボンを気化する機構とすることもできる。また前記基板に膜質制御のための電圧を印加することもできる。また基板ホルダは基板面がキャビティの軸芯に対し傾斜して設置できるように構成することもできる。さらに基板ホルダは設置された基板がキャビティの軸芯を中心に回転できるよう構成することもできる。 In order to solve the above problems, the present invention provides a film forming chamber, a cavity provided on a side surface of the film forming chamber, into which microwaves are introduced via a waveguide, and an electromagnetic wave provided around the cavity. In an ECR plasma film forming apparatus having a coil and a substrate holder disposed on the surface of which a substrate for depositing a thin film is disposed, a mechanism for vaporizing solid carbon and the vaporized carbon into a cavity Provide a mechanism to introduce. The solid carbon may be fullerene (C60 Fullerene). The mechanism for vaporizing the solid carbon may be a mechanism for vaporizing the solid carbon by heating. In addition, a voltage for controlling the film quality can be applied to the substrate. The substrate holder can also be configured such that the substrate surface can be installed inclined with respect to the cavity axis. Further, the substrate holder can be configured such that the installed substrate can rotate around the axis of the cavity.
本発明によれば、成膜原材料に炭化水素を用いることなく、気化された固体カーボンのみによってECRプラズマを発生させることができるため、DLC膜に水素が取り込まれることが無く、DLC膜の膜質を向上させることができる。基板の傾斜設置により均一な成膜ができる。 According to the present invention, since ECR plasma can be generated only by vaporized solid carbon without using hydrocarbon as a film forming raw material, hydrogen is not taken into the DLC film, and the film quality of the DLC film is improved. Can be improved. Uniform film formation is possible by tilting the substrate.
本発明が提供するECRプラズマ成膜装置の第1の特徴は固体カーボンを気化する機構と気化されたカーボンをキャビティに導入する機構を設けた点であり、第2の特徴は前記固体カーボンをフラーレン(C60 Fullerene)としたことであり、第3の特徴は前記固体カーボンを気化する機構として加熱により固体カーボンを気化する機構を設けた点であり、第4の特徴は前記基板に膜質制御のための電圧を印加したことであり、第5の特徴は基板ホルダを基板面がキャビティの軸芯に対し傾斜するように設置したことであり、第6の特徴は基板ホルダを基板がキャビティの軸芯を中心に回転できるように構成したことであり、これらの特徴を全て備えた形態が最良の形態である。 The first feature of the ECR plasma deposition apparatus provided by the present invention is that a mechanism for vaporizing solid carbon and a mechanism for introducing the vaporized carbon into the cavity are provided, and the second feature is that the solid carbon is fullerene. The third feature is that a mechanism for vaporizing solid carbon by heating is provided as a mechanism for vaporizing the solid carbon, and the fourth feature is for film quality control on the substrate. The fifth feature is that the substrate holder is installed so that the substrate surface is inclined with respect to the cavity axis, and the sixth feature is that the substrate holder is the axis of the cavity. The configuration having all these features is the best configuration.
以下図示例にしたがって説明する。図1は本発明の1実施例の構成を示す図である。図1において図2と同一符号の部品の構造および作動は図2と同一である。気化器21には成膜原材料として固体カーボンであるフラーレン(C60 Fullerene)が内蔵されており、該材料は気化ヒータ22により加熱されて気化し、導入路23および導入路バルブ24を経由してキャビティ2に導入され、マイクロ波Mおよび電磁コイル6により発生している電磁界によって図2のプラズマガスPの導入を必要とせずにECRプラズマ7を発生する。ECRプラズマ7はフラーレンの分解したカーボンイオンおよび電離電子で構成されており、ECRプラズマ7中のカーボンイオンは基板ホルダ8N上の基板9Nに堆積する。基板ホルダ8NはECRプラズマ7に対して斜方向に配設されており、回転機構(図示せず)により成膜中は回転し、膜厚の均一性を改善している。また基板ホルダ8N、従って基板9Nにはバイアス電源25からバイアス電圧が印加されている。バイアス電圧を印加することで基板9Nに入射するカーボンイオンの入射エネルギーを定め、バイアス電圧を調整することで膜質を制御し高品位なDLC膜を得ることができる。成膜室1は真空排気系(図示せず)で常時排気されており、キャビティ2内の気化カーボンの圧力は気化器21の温度、導入路バルブ24の開度および排気速度の制御により、安定なECRプラズマ7を得るのに最適な値に保たれている。 This will be described with reference to the illustrated example. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention. In FIG. 1, the structure and operation of components having the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same as those in FIG. The vaporizer 21 contains solid carbon fullerene (C60 Fullerene) as a film forming raw material. The material is heated and vaporized by the vaporization heater 22, and the cavity is introduced into the cavity via the introduction path 23 and the introduction path valve 24. The ECR plasma 7 is generated without the need to introduce the plasma gas P of FIG. 2 by the electromagnetic field generated by the microwave M and the electromagnetic coil 6. The ECR plasma 7 is composed of fullerene decomposed carbon ions and ionized electrons, and the carbon ions in the ECR plasma 7 are deposited on the substrate 9N on the substrate holder 8N. The substrate holder 8N is disposed in an oblique direction with respect to the ECR plasma 7, and is rotated during film formation by a rotating mechanism (not shown) to improve the uniformity of the film thickness. A bias voltage is applied from the bias power source 25 to the substrate holder 8N, and hence the substrate 9N. By applying a bias voltage, the incident energy of carbon ions incident on the substrate 9N is determined, and by adjusting the bias voltage, the film quality can be controlled and a high-quality DLC film can be obtained. The film forming chamber 1 is constantly evacuated by a vacuum exhaust system (not shown), and the pressure of the vaporized carbon in the cavity 2 is stabilized by controlling the temperature of the vaporizer 21, the opening of the introduction path valve 24, and the exhaust speed. It is kept at an optimum value for obtaining a new ECR plasma 7.
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば図1においてキャビティ2、導波管3、基板ホルダ8Nその他各要素の配設の形態は図示の形態に限定されない。たとえば目的によっては基板ホルダ8Nの表面をECRプラズマ7に正対させ回転を省いても良く、また導入路23のキャビティ2への導入箇所も自由に定めることができる。気化ヒータ22に替えて誘導加熱コイルから高周波を供給し誘導加熱により気化器21および内蔵固体カーボンを加熱しても良い。本発明はこれらをすべて包含する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be given. For example, in FIG. 1, the arrangement of the cavity 2, the waveguide 3, the substrate holder 8N, and other elements is not limited to the illustrated form. For example, depending on the purpose, the surface of the substrate holder 8N may be directly opposed to the ECR plasma 7 and rotation may be omitted, and the introduction location of the introduction path 23 into the cavity 2 can be freely determined. Instead of the vaporizing heater 22, a high frequency may be supplied from an induction heating coil, and the vaporizer 21 and the built-in solid carbon may be heated by induction heating. The present invention includes all of these.
本発明は磁気ディスクやMR/GMRヘッドの保護膜を製造するためのECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ成膜装置に関する。 The present invention relates to an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma film forming apparatus for manufacturing a protective film for a magnetic disk or MR / GMR head.
1 成膜室
2 キャビティ
3 導波管
4 窓
5 ガス導入バルブ
6 電磁コイル
7 ECRプラズマ
8 基板ホルダ
8N 基板ホルダ
9 基板
9N 基板
21 気化器
22 気化ヒータ
23 導入路
24 導入路バルブ
25 バイアス電源
G ガス導入系
M マイクロ波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deposition chamber 2 Cavity 3 Waveguide 4 Window 5 Gas introduction valve 6 Electromagnetic coil 7 ECR plasma 8 Substrate holder 8N Substrate holder 9 Substrate 9N Substrate 21 Vaporizer 22 Vaporization heater 23 Introduction passage 24 Introduction passage valve 25 Bias power supply G Gas Introduction system M Microwave
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006011854A JP2007191762A (en) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | Ecr plasma film deposition system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006011854A JP2007191762A (en) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | Ecr plasma film deposition system |
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ID=38447699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006011854A Pending JP2007191762A (en) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | Ecr plasma film deposition system |
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Country | Link |
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2006
- 2006-01-20 JP JP2006011854A patent/JP2007191762A/en active Pending
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