JP2009074118A - 保護層形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜厚の面内分布を均一に近づけることを可能にする、プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置を提供すること。
【解決手段】プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護膜形成装置１００は、プラズマビームを発生する円環状のアノード１０１と、アノード１０１と被成膜基板との間に配置された円盤状のシールド１０２とを備える。アノード１０１と被成膜基板の配置領域は平行であり、これらの中心を結ぶ直線はこの配置領域と直交する。シールド１０２は、その中心が前述の直線上にある。
【選択図】図１
【解決手段】プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護膜形成装置１００は、プラズマビームを発生する円環状のアノード１０１と、アノード１０１と被成膜基板との間に配置された円盤状のシールド１０２とを備える。アノード１０１と被成膜基板の配置領域は平行であり、これらの中心を結ぶ直線はこの配置領域と直交する。シールド１０２は、その中心が前述の直線上にある。
【選択図】図１
Description
本発明は、保護層形成装置に関し、より詳細には、プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置に関する。
耐摺動部材や耐摩耗部材のコーティングに用いられる保護層のうち、カーボンを用いたカーボン保護層として、ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜やグラファイト・カーボン膜がある。耐摺動部材たる磁気記録媒体の磁気記録層には、磁気ヘッドの接触および摺動による損傷や腐食から保護するためにカーボン保護層が形成されているが、近年、プラズマＣＶＤ法で形成したＤＬＣ膜が用いられている。これは、プラズマＣＶＤ法で形成したＤＬＣ膜は、スパッタリング法で形成したものと比べて緻密で硬いためである。この特徴は、プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣ膜が炭化水素ラジカルから形成され、水素を介して３次元的な剛性の強い四面体構造をとり易くなっていることによると考えられる。
磁気記録媒体は、記録密度の向上が求められており、そのためには、保護膜の膜厚を薄くして、ヘッド素子と磁気記録層の距離を短くすることが有効である。膜厚を薄くする際には、膜厚の面内分布が均一であることが重要である。すなわち、膜厚の面内平均値が所定の電磁変換特性を得るのに十分なほど薄く、かつ耐食性等の信頼性を満足するのに十分な厚さであっても、膜厚の面内分布が不均一であると、厚い箇所では所定の電磁変換特性を得られず、薄い箇所では耐食性等の信頼性を満足できないということになる。
保護膜の膜厚の面内分布を均一にするため、プラズマＣＶＤ法でＤＬＣ膜を形成する際に、適当なシールドをプラズマＣＶＤチャンバ内に配置する等の方法が検討されてきた（特許文献１および２参照）。通常のプラズマＣＶＤ法では、被成膜基板に照射されるプラズマが被成膜基板の中央部に集中することにより中央部の膜厚が厚くなる傾向があるが、中央部付近にシールドを配置することにより膜厚を均一に近づけることができる（たとえば特許文献２の段落００１０等を参照）。
しかしながら、膜厚の均一化のためには、いっそうの改良が望まれている。本発明の目的は、膜厚の面内分布を均一に近づけることを可能にする、プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置において、円環状のプラズマビーム発生源であって、前記カーボン保護層が形成される被成膜基板の配置領域と平行であり、かつ前記プラズマビーム発生源の中心と前記配置領域の中心を結ぶ直線が前記配置領域と直交するプラズマビーム発生源と、前記直線上に中心がある円盤状のシールドとを備える。
また、請求項２に記載の発明は、前記円盤状のシールドは、半径が重なり半径Ａと等しく、前記プラズマビーム発生源との距離ｘが、前記プラズマビーム発生源の半径をＲ、前記プラズマビーム発生源と前記配置領域との間の距離をＬ、Ｂを−０．１以上、０．１以下として
ｘ＝［｛Ｒ／（Ｒ＋Ａ）｝＋Ｂ］・Ｌ
であることを特徴とする。
ｘ＝［｛Ｒ／（Ｒ＋Ａ）｝＋Ｂ］・Ｌ
であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、基体と、前記基体上に配置された磁気記録層とを備える磁気記録媒体において、請求項１または２に記載の保護層形成装置を用いて前記磁気記録層上に形成されたカーボン保護層をさらに備えることを特徴とする。
本発明によれば、円環状のプラズマビーム発生源を円盤状のシールドと組み合わせて用いることにより、膜厚の面内分布を均一に近づけることを可能にする、プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る保護層形成装置を説明するためのもので断面模式図で示している。プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護膜形成装置１００は、プラズマビームを発生する円環状のアノード１０１と、円環状のアノード１０１と被成膜基板との間に配置された円盤状のシールド１０２とを備える。円環状のアノード１０１と被成膜基板の配置領域は平行であり、これらの中心を結ぶ直線はこの配置領域と直交する。円盤状のシールド１０２は、その中心が前述の直線上にある。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る保護層形成装置を説明するためのもので断面模式図で示している。プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護膜形成装置１００は、プラズマビームを発生する円環状のアノード１０１と、円環状のアノード１０１と被成膜基板との間に配置された円盤状のシールド１０２とを備える。円環状のアノード１０１と被成膜基板の配置領域は平行であり、これらの中心を結ぶ直線はこの配置領域と直交する。円盤状のシールド１０２は、その中心が前述の直線上にある。
本実施形態に係る保護層形成装置は、円盤状のシールドを備えることにより、プラズマが被成膜基板の中央部に集中することを回避して膜厚の面内分布を均一化するとともに、プラズマビーム発生源たるアノードを円環状にすることにより、中心部のプラズマ密度を小さくして面内分布の均一化をさらに実現するものであり、円環状のアノードと円盤状のシールドという組合せを特徴とする。
なお、被成膜基板を、基体と基体上に配置された磁気記録層とを備える磁気記録媒体として、本実施形態に係る保護層形成装置を用いて磁気記録層上にカーボン保護層を形成することができる。本発明は、このような磁気記録媒体を包含することが意図されている。
（実施形態２）
実施形態２に係る保護層形成装置は、円盤状のシールドの位置および大きさをさらに特定したものである。
実施形態２に係る保護層形成装置は、円盤状のシールドの位置および大きさをさらに特定したものである。
図２は、円盤状のシールドの位置および大きさを説明するための図である。円環状のアノード１０１と被成膜基板の配置位置との間の距離をＬ、円環状のアノード１０１と円盤状のシールド１０２との間の距離をｘ、円環状のアノード１０１の半径をＲとする。以下に示す実施例の結果に基づいて、距離ｘを
ｘ＝［｛Ｒ／（Ｒ＋Ａ）｝＋Ｂ］・Ｌ （１）
とし、円盤状のシールド１０２の半径をＡと等しくすることで膜厚の面内分布の均一化が図れることが分かる。ここでＡは、円盤状のシールドを備えない場合の、被成膜基板の位置でのプラズマビームの重なりの半径（以下、「重なり半径」と呼ぶ。）を表す。Ｂは−０．１以上、０．１以下である。
ｘ＝［｛Ｒ／（Ｒ＋Ａ）｝＋Ｂ］・Ｌ （１）
とし、円盤状のシールド１０２の半径をＡと等しくすることで膜厚の面内分布の均一化が図れることが分かる。ここでＡは、円盤状のシールドを備えない場合の、被成膜基板の位置でのプラズマビームの重なりの半径（以下、「重なり半径」と呼ぶ。）を表す。Ｂは−０．１以上、０．１以下である。
重なり半径は、次のようにして算出する。まず、円盤状のシールドを備えずにカーボン保護層を形成し、被成膜基板上の膜厚を測定する。図３に示すように、半径方向の膜厚分布をプロットして、中心孔の外周部（以下、「最内周」という。例えば半径１２．５ｍｍ。）の半径位置での膜厚と基板外径部（以下、「最外周」という。）の半径位置での膜厚差を１００％としたときに、最内周から３０％の膜厚変化した半径位置をＡとする。膜厚分布の破線部は、中心孔の部分を示す。重なり半径Ａの内側は、図２に示すようにプラズマビームが重なっており、膜厚が大きくなっている。従って、膜厚は、最内周で最大、最外周で最小となっており、通常は最内周から30％の膜厚減となる半径位置がＡとなる。
このような構成を有する保護層形成装置によれば、成膜速度の低下を招くことなく、膜厚面内分布のいっそうの均一化を図ることができる。
以下、実施例について説明する。実施例１〜３および比較例１〜２の結果を図４に示す。
実施例１
ホローカソードプラズマＣＶＤ装置において、アノードと被成膜基板の配置位置との間の距離Ｌを１６０ｍｍ、アノードとシールドとの間の距離ｘを１１５ｍｍ、アノード１０１の半径Ｒを４５ｍｍとした。シールドは板厚２ｍｍのステンレスとし、その電位は接地電位とした。被成膜基板は、直径９５ｍｍ、厚さ1．２７ｍｍのアルミニウムとした。
ホローカソードプラズマＣＶＤ装置において、アノードと被成膜基板の配置位置との間の距離Ｌを１６０ｍｍ、アノードとシールドとの間の距離ｘを１１５ｍｍ、アノード１０１の半径Ｒを４５ｍｍとした。シールドは板厚２ｍｍのステンレスとし、その電位は接地電位とした。被成膜基板は、直径９５ｍｍ、厚さ1．２７ｍｍのアルミニウムとした。
被成膜基板を磁気記録層まで形成された磁気記録媒体としてＤＬＣ膜を形成すると、重なり半径Ａは１７．５ｍｍであったので、シールドの半径を１７．５ｍｍとした。ここで、放電ガスにはアルゴン（３０ｓｃｃｍ）、原料ガスにはアセチレン（３０ｓｃｃｍ）を用いた。数式１を用いて距離ｘを算出すると、
ｘ＝（０．７２０±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝１１５±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしている。
ｘ＝（０．７２０±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝１１５±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしている。
このような条件下で、成膜時間を調整して膜厚が中周部で２．５ｎｍとなるＤＬＣ膜を形成した。
なお、「内周部」とは、円盤状の磁気記録媒体のデータ記録部で内周側の領域を意味し、公称３．５インチ基板（直径９５ｍｍの基板）の場合で言えば概ね半径２０ｍｍの領域を指し、「外周部」とは、磁気記録媒体のデータ記録部で外周側の領域を意味し、公称３．５インチ基板の場合で言えば概ね半径４０ｍｍの領域を指し、「中周部」とは、「内周部」と「外周部」の中央の領域を指し、公称３．５インチ基板の場合で言えば概ね半径３０ｍｍの領域を指す。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．５ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布（（最大−最小）/中周部）は６％未満と良好であった。
実施例２
アノードとシールドとの間の距離ｘを１０５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲内であり、数式１を満たしている。
アノードとシールドとの間の距離ｘを１０５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲内であり、数式１を満たしている。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．５３ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は６％未満と良好であった。
実施例３
アノードとシールドとの間の距離ｘを１２５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲内であり、数式１を満たしている。
アノードとシールドとの間の距離ｘを１２５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲内であり、数式１を満たしている。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．４８ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は６％未満と良好であった。
比較例１
アノードとシールドとの間の距離ｘを９５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲外であり、数式１を満たしていない。
アノードとシールドとの間の距離ｘを９５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲外であり、数式１を満たしていない。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．７ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は６％以上と実施例１〜３に比べて劣化した。
これは、円盤状シールドが被成膜基板から遠すぎて、被成膜基板の中央部に集中しようとするプラズマビームの遮蔽が不十分になったためであると考えられる。
比較例２
アノードとシールドとの間の距離ｘを１３５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲外であり、数式１を満たしていない。
アノードとシールドとの間の距離ｘを１３５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。実施例１で計算したｘ＝１１５±１６（ｍｍ）の範囲外であり、数式１を満たしていない。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．３ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は６％以上と実施例１〜３に比べて劣化した。
これは、円盤状シールドが被成膜基板から近すぎて、被成膜基板の中央部に集中しようとするプラズマビームの遮蔽が過度になったためであると考えられる。
比較例３
円盤状シールドの半径を、７．５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。数式１を用いて距離ｘを算出すると、
ｘ＝（０．８５７±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝１３７±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしていない。
円盤状シールドの半径を、７．５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。数式１を用いて距離ｘを算出すると、
ｘ＝（０．８５７±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝１３７±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしていない。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．７ｎｍ、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は6％以上と実施例１〜３に比べて劣化した。
これは、円盤状シールドが小さすぎて、被成膜基板の中央部に集中しようとするプラズマビームの遮蔽が不十分になったためであると考えられる。
比較例４
円盤状シールドの半径を、２７．５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。数式１を用いて距離ｘを算出すると、
ｘ＝（０．６２１±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝９９．３±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしている。
円盤状シールドの半径を、２７．５ｍｍとした以外はすべて実施例１と同一条件でＤＬＣ膜を形成した。数式１を用いて距離ｘを算出すると、
ｘ＝（０．６２１±０．１）・１６０（ｍｍ）
＝９９．３±１６（ｍｍ）
となる。本実施例ではｘ＝１１５ｍｍとしているので数式１を満たしている。
膜厚の面内分布を光学式表面検査装置で測定すると、中周部で２．５ｎｍに対し、内周部で２．４８nm、外周部で２．４ｎｍであり、径方向の膜厚分布は６％未満と良好であった。
しかしながら、２．５ｎｍの膜厚を成膜するのに要する成膜時間が実施例１の１．９倍に増えてしまい、生産性が下がった。これは、円盤状のシールドが大きすぎる場合、径方向の膜厚分布を均一にする作用はあるものの、遮蔽効果によって全体の堆積速度が下がってしまうためと考えられる。
１００ 保護層形成装置
１０１ 円環状のアノード
１０２ 円盤状のシールド
１０１ 円環状のアノード
１０２ 円盤状のシールド
Claims (3)
- プラズマＣＶＤ法によりカーボン保護層を形成するための保護層形成装置において、
円環状のプラズマビーム発生源であって、前記カーボン保護層が形成される被成膜基板の配置領域と平行であり、かつ前記プラズマビーム発生源の中心と前記配置領域の中心を結ぶ直線が前記配置領域と直交するプラズマビーム発生源と、
前記直線上に中心がある円盤状シールドと
を備えることを特徴とする保護層形成装置。 - 前記円盤状シールドは、半径が重なり半径Ａと等しく、前記プラズマビーム発生源との距離ｘが、前記プラズマビーム発生源の半径をＲ、前記プラズマビーム発生源と前記配置領域との間の距離をＬ、Ｂを−０．１以上、０．１以下として
ｘ＝［｛Ｒ／（Ｒ＋Ａ）｝＋Ｂ］・Ｌ
であることを特徴とする請求項１に記載の保護層形成装置。 - 基体と、前記基体上に配置された磁気記録層とを備える磁気記録媒体において、
請求項１または２に記載の保護層形成装置を用いて前記磁気記録層上に形成されたカーボン保護層をさらに備えることを特徴とする磁気記録媒体。
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