JP2008291326A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】良好なDLC膜を形成することができる成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】プラズマ発生部において発生したマクロパーティクルには、ドロップレットとよばれる液状の飛沫の他に固体状のものも含まれている。固体状のマクロパーティクルは湾曲部の内面に衝突しても、そこに付着しにくく、反射されて基板11に向かってくる。ところが、湾曲部とチャンバ6との間に、表面に多孔質膜が設けられたフィルタ板5が設置されているので、基板11に向かってきた固体状のマクロパーティクルは、多孔質膜の空隙に入り込み、その内部で衝突を繰り返す。この結果、固体状のマクロパーティクルの多くは運動エネルギを消失し、多孔質膜に捕獲され、基板11まで到達することができない。
【選択図】図5

Description

本発明は、磁気記録媒体の保護層の形成に好適な成膜装置及び成膜方法に関する。
ハードディスクドライブ(HDD)に用いられている磁気記録媒体の表面には、主にDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)からなる保護層が形成されている。この保護層は、磁気記録層の物理的及び化学的な保護のために設けられている。そして、DLC膜は主にCVD法により形成されている。この方法では、十分な被覆率及び硬度を得るためには、少なくとも4nm以上の膜を形成する必要があると考えられている。
その一方で、HDDの基本性能である記録密度を向上させるためには、磁気記録媒体の磁気記録層と磁気ヘッドとの距離(磁気スペーシング)を縮めることが重要である。従って、保護層には薄膜化が要求されている。
そこで、近年、薄いDLC膜を形成するために、アークをプラズマ源とした成膜方法であるFCA(フィルタード・カソーディック・アーク)法が注目されてきている。FCA法により形成されたDLC膜では、sp2成分に対するsp3成分の比率が高くなる。このため、硬くて丈夫なDLC膜が得られると共に、被覆率も向上する。従って、DLC膜の厚さが3.5nm以下であっても、十分な硬度及び被覆率を得ることができる。
しかしながら、FCA法には、マクロパーティクルが多いという欠点がある。これは、FCA法ではアークをプラズマ源としており、マクロパーティクルの発生を抑えることが困難だからである。マクロパーティクルが表面に付着した磁気記録媒体が組み込まれたHDDでは、ヘッドのクラッシュが生じやすい。また、付着したマクロパーティクルを研磨等で取り除くことも考えられるが、この場合には、その部分が欠陥となり、腐食及び磨耗から磁気記録層を保護することが困難になる。
このため、FCA法の実用化のために、マクロパーティクルを除去する技術について検討されている。例えば、プラズマ流の経路を電磁的に曲げることにより、電気的に中性なマクロパーティクルを幾何的にフィルタリングする技術が挙げられる。また、特許文献1には、プラズマ流の経路にバッフル構造のリブが設けられた装置が開示されている。しかし、これらの技術によっても、基板へのマクロパーティクルの付着を十分に抑制することはできない。
特開2004−244667号公報 特開2005−54230号公報 特開2002−25794号公報
本発明の目的は、良好なDLC膜を形成することができる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
本発明に係る成膜装置には、成膜対象物が載置されるチャンバと、プラズマ発生手段と、前記プラズマ発生手段により発生させられたプラズマを前記チャンバまで輸送するプラズマ輸送手段と、前記プラズマ輸送手段内に設けられ、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去するフィルタ部材と、が設けられている。そして、前記フィルタ部材の表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられている。
本発明に係る成膜方法では、プラズマを発生させ、その後、前記プラズマを成膜対象物が載置されたチャンバまで輸送する。そして、前記プラズマを輸送する際に、表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられたフィルタ部材を用いて、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去する。
本発明によれば、FCA法を採用してもマクロパーティクルの成膜対象物までの到達を著しく抑制することができる。従って、DLC膜を磁気記録媒体の形成する場合には、硬度及び被覆率が高く、薄い膜を得ることができ、記録密度を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るFCA成膜装置の構造を示す断面図である。
本実施形態には、アークを発生源としてプラズマ2を発生するプラズマ発生部1が設けられている。プラズマ発生部1に内径が300mm程度のプラズマ輸送管3が繋げられている。プラズマ輸送管3には、プラズマ発生部1側の弓状に約90°湾曲した湾曲部と、他端側の直線部とが設けられている。プラズマ輸送管3の湾曲部の周囲にコイル4が巻き付けられている。また、プラズマ輸送管3の直線部の内部には、複数の円環状のフィルタ板5が設けられている。そして、プラズマ輸送管3の他端(直線部側の端部)に、磁気記録層等が形成された基板11が成膜対象物として設置されるチャンバ6が繋がれている。
次に、フィルタ板5について説明する。図2Aは、フィルタ板5を示す平面図であり、図2Bは、フィルタ板5を示す断面図である。なお、図2Bは、図2A中のI−I線に沿った断面図である。フィルタ板5には、ステンレス板5bが設けられており、その両面にステンレス製の多孔質膜5aが固定されている。ステンレス板5bの厚さは、例えば3mm程度であり、多孔質膜5aの厚さは、例えば1mm程度である。また、例えば、フィルタ板5の外径は300mm程度であり、内径は100mm程度である。更に、例えば、多孔質膜5aのメッシュは100μm程度であり、空隙率は99%程度である。図3に、多孔質膜5aの顕微鏡写真を示す。
このように構成された成膜装置では、基板11に所定の電圧を印加し、プラズマ発生部1においてプラズマ2を発生させ、コイル4に所定の電流を流すと、図1及び図4に示すように、プラズマ2がプラズマ輸送管3内を流れ、フィルタ板5の開口部を通過して基板11に到達する。このとき、プラズマ発生部1においてグラファイトターゲットを原料として使用していれば、基板11にDLC膜が形成される。図4は、第1の実施形態におけるフィルタ板5とプラズマの流れとの関係を示す図である。
プラズマ発生部1において発生したマクロパーティクルには、ドロップレットとよばれる液状の飛沫が含まれているが、これはプラズマ輸送管3の湾曲部の内面に付着し、直線部まで到達することができない。また、マクロパーティクルにはドロップレットの他に固体状のものも含まれている。固体状のマクロパーティクルは湾曲部の内面に衝突しても、そこに付着しにくく、反射されて基板11に向かってくる。ところが、本実施形態では、湾曲部とチャンバ6との間に、表面に多孔質膜5aが設けられたフィルタ板5が設置されているので、基板11に向かってきた固体状のマクロパーティクルは、図5に示すように、多孔質膜5aの空隙に入り込み、その内部で衝突を繰り返す。この結果、固体状のマクロパーティクルの多くは運動エネルギを消失し、多孔質膜5aに捕獲され、基板11まで到達することができない。
このように、本実施形態によれば、FCA法により、硬度及び被覆率が高いDLC膜を、マクロパーティクルの混入を抑制しながら形成することができる。図6に示すように、従来のフィルタ板105は主にステンレス板のみから構成されているため、マクロパーティクルがその表面で反射されても、そこでの運動エネルギの消失は僅かであるため、多くのマクロパーティクルが基板11まで到達している。これに対し、本実施形態では、上述のように、多孔質膜5aの空隙内でマクロパーティクルの運動エネルギが消失するため、多くのマクロパーティクルは基板11まで到達することができない。
次に、上述のFCA成膜装置を用いて磁気記録媒体を製造する方法について説明する。図7は、磁気記録媒体を製造する方法を示す断面図である。
先ず、図7に示すように、基板51上に下地層52を形成する。基板51としては、例えば強化ガラスからなるものを用いる。また、下地層52としては、例えばNiCr層をめっき法により形成する。次に、下地層52上に、軟磁性裏打ち層53、中間層54及び磁気記録層55を、例えばスパッタリング法により順次形成する。軟磁性裏打ち層53としては、例えば、FeCoCrB層、Ru層及びFeCoCrB層からなる、所謂APS−SUL構造の積層体を形成する。中間層54としては、例えば、Ta層及びRu層からなる積層体を形成する。磁気記録層55としては、例えば、CoCrPt層の結晶粒がTiO2膜により分離されたグラニュラ層及びCoCrPtB層からなる積層体を形成する。
次いで、同じく図7に示すように、磁気記録層55上に保護層56を形成する。保護層56としては、上述のFCA成膜装置を使用してDLC膜を形成する。従って、マクロパーティクルの量が極めて少なく、硬度及び被覆率が高い保護層56が得られる。保護層56の厚さは、例えば4nm未満、好ましくは3.5nm以下とする。
その後、同じく図7に示すように、保護層56上に潤滑層57を形成する。潤滑層57としては、例えば引き上げ法により潤滑材であるフォンブリン(フッ素樹脂)の層を形成する。
このようにして、磁気記録媒体を形成することができる。
次に、磁気記録媒体を備えた磁気記録装置の一例であるハードディスクドライブについて説明する。図8は、ハードディスクドライブ(HDD)の内部の構成を示す図である。
このハードディスクドライブ100のハウジング101には、回転軸102に装着されて回転する磁気ディスク103と、磁気ディスク103に対して情報記録及び情報再生を行う磁気ヘッドが搭載されたスライダ104と、スライダ104を保持するサスペンション108と、サスペンション108が固着されてアーム軸105を中心に磁気ディスク103表面に沿って移動するキャリッジアーム106と、キャリッジアーム106を駆動するアームアクチュエータ107とが収容されている。磁気ディスク103として、上述の磁気記録媒体が用いられている。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図9は、本発明の第2の実施形態におけるフィルタ板15とプラズマの流れとの関係を示す図である。第2の実施形態では、プラズマ輸送管3の直線部の内部に、フィルタ板5とは形状が異なるフィルタ板15が設けられている。即ち、第2の実施形態には、円錐台の側面に倣った形状のフィルタ板15が設けられている。フィルタ板15の積層構造はフィルタ板5と同様であり、ステンレス板の両面にステンレス製の多孔質膜が固定されている。また、フィルタ板15の下底円を基準とした板面の傾斜角度αは、例えば30°である。そして、下底円を基板11側、上底円側をプラズマ発生部1側に向けてフィルタ板15が配置されている。他の構成は第1の実施形態と同様である。
このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様と、マクロパーティクルが多孔質膜の空隙に捕獲されるだけでなく、フィルタ板15とプラズマ輸送管3との接触部にも捕獲されやすくなる。このため、基板11へのマクロパーティクルの到達をより一層抑制することが可能となる。
なお、傾斜角度αが45°を超えると、マクロパーティクルがフィルタ板15のプラズマ発生部1側の面に衝突し難くなる。このため、傾斜角度αは45°以下であることが好ましい。
また、フィルタ部材の形状は板状である必要はなく、他の形状を採用してもよい。また、表面の全体に多孔質材が設けられている必要はなく、一部のみに多孔質材が設けられていてもよい。なお、多孔質材は、少なくともプラズマ流の上流側に位置していることが好ましい。また、フィルタ部材の材料はステンレスに限定されることはなく、Cu又はFe等が用いられてもよい。
更に、本発明により形成されるDLC膜は、磁気記録媒体の保護層に限定されない。例えば、磁気ヘッドの保護層としてDLC膜を形成する際に本発明を用いてもよい。また、半導体装置等の一部にDLC膜を形成する際に本発明を用いてもよい。
次に、本願発明者等が実際に行った実験の結果について説明する。この実験では、第1の実施形態及び第2の実施形態の各実施形態に倣ったFCA成膜装置を製造した。フィルタ板5及び15の間隔はいずれも50mmとし、これらの数はいずれも8枚とした。また、比較例として、フィルタ板5のステンレス板5bのみがフィルタ5の代わりに配置されたFCA成膜装置も製造した。そして、これらのFCA成膜装置を用いて、厚さが3.5nmのDLC膜を形成し、DLC膜に含まれているマクロパーティクルの数を、OSA(光学表面分析装置)を用いて測定した。なお、DLC膜の形成前に、アルミニウム合金基板上に下地層及びCo金属層をスパッタリング法により形成しておいた。また、DLC膜の形成に際しては、グラファイトターゲットを原料として用い、アーク電流を60A、アーク電圧を30V、カソードコイル電流を10Aとした。また、DLC膜の厚さの測定は、TEMを用いた断面観察により行った。
上述の実験の結果、第1の実施形態に倣ったFCA成膜装置を使用した場合のマクロパーティクルの数は184個であった。また、第2の実施形態に倣ったFCA成膜装置を使用した場合のマクロパーティクルの数は127個であった。一方、比較例のFCA成膜装置を使用した場合のマクロパーティクルの数は約3300個であった。つまり、第1の実施形態に倣ったFCA成膜装置によれば、マクロパーティクルの数を従来の5.6%程度まで減少させることができた。更に、第2の実施形態に倣ったFCA成膜装置よれば、マクロパーティクルの数を3.8%程度まで減少させることができた。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
成膜対象物が載置されるチャンバと、
プラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段により発生させられたプラズマを前記チャンバまで輸送するプラズマ輸送手段と、
前記プラズマ輸送手段内に設けられ、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去するフィルタ部材と、
を有し、
前記フィルタ部材の表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられていることを特徴とする成膜装置。
(付記2)
前記プラズマ発生手段は、グラファイトカーボンをターゲットとしてアーク放電により前記プラズマを発生させることを特徴とする付記1に記載の成膜装置。
(付記3)
前記フィルタ部材の形状は、表面から裏面まで貫く孔が設けられた板状であることを特徴とする付記1又は2に記載の成膜装置。
(付記4)
前記フィルタ部材の形状は、円錐台の側面に倣った形状であることを特徴とする付記1又は2に記載の成膜装置。
(付記5)
前記フィルタ部材は、前記円錐台の下底を前記プラズマの流れの下流側、上底を前記プラズマの流れの上流側に向けて配置されていることを特徴とする付記4に記載の成膜装置。
(付記6)
前記円錐台の下底と側面とがなす角度は45°以下であることを特徴とする付記4又は5に記載の成膜装置。
(付記7)
前記フィルタ部材は、基材を有し、
前記多孔質材は、前記基材の前記プラズマの流れの上流側に固定されていることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の成膜装置。
(付記8)
プラズマを発生させる工程と、
前記プラズマを成膜対象物が載置されたチャンバまで輸送する工程と、
を有し、
前記プラズマを輸送する工程は、
表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられたフィルタ部材を用いて、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去する工程を有することを特徴とする成膜方法。
(付記9)
前記プラズマを発生させる工程において、グラファイトカーボンをターゲットとしてアーク放電により前記プラズマを発生させることを特徴とする付記8に記載の成膜方法。
(付記10)
基板上に磁気記録層を形成する工程と、
前記磁気記録層が形成された基板を前記対象物とし、前記磁気記録層上に、付記8又は9に記載の方法により保護層を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
本発明の実施形態に係るFCA成膜装置の構造を示す断面図である。 フィルタ板5を示す平面図である。 フィルタ板5を示す断面図である。 多孔質膜5aを示す顕微鏡写真である。 第1の実施形態におけるフィルタ板5とプラズマの流れとの関係を示す図である。 第1の実施形態におけるマクロパーティクルの運動を示す図である。 従来技術におけるマクロパーティクルの運動を示す図である。 磁気記録媒体を製造する方法を示す断面図である。 ハードディスクドライブ(HDD)の内部の構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態におけるフィルタ板15とプラズマの流れとの関係を示す図である。
符号の説明
1:プラズマ発生部
2:プラズマ
3:プラズマ輸送管
4:コイル
5、15:フィルタ板
6:チャンバ
11:基板

Claims (6)

  1. 成膜対象物が載置されるチャンバと、
    プラズマ発生手段と、
    前記プラズマ発生手段により発生させられたプラズマを前記チャンバまで輸送するプラズマ輸送手段と、
    前記プラズマ輸送手段内に設けられ、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去するフィルタ部材と、
    を有し、
    前記フィルタ部材の表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられていることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記プラズマ発生手段は、グラファイトカーボンをターゲットとしてアーク放電により前記プラズマを発生させることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記フィルタ部材の形状は、表面から裏面まで貫く孔が設けられた板状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。
  4. 前記フィルタ部材の形状は、円錐台の側面に倣った形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。
  5. プラズマを発生させる工程と、
    前記プラズマを成膜対象物が載置されたチャンバまで輸送する工程と、
    を有し、
    前記プラズマを輸送する工程は、
    表面の少なくとも一部に多孔質材が設けられたフィルタ部材を用いて、前記プラズマ中に混入しているマクロパーティクルを除去する工程を有することを特徴とする成膜方法。
  6. 前記プラズマを発生させる工程において、グラファイトカーボンをターゲットとしてアーク放電により前記プラズマを発生させることを特徴とする請求項5に記載の成膜方法。
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