JP2010031311A

JP2010031311A - 成膜方法及び成膜装置

Info

Publication number: JP2010031311A
Application number: JP2008193172A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Miyahara; 昭一宮原; Tetsukazu Nakamura; 哲一中村; Hiroshi Chiba; 洋千葉; Yukiko Oshikubo; 由紀子押久保
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP5157718B2

Abstract

【課題】成膜方法及び成膜装置に関し、ＦＣＡ法により成膜する際に、成膜レートを維持しつつ、被成膜基板上に付着するマクロパーティクル数を低減する。
【解決手段】成膜原料のプラズマを発生するプラズマ発生部と、成膜原料を用いて被膜が形成される被成膜基板を内部に保持する成膜室と、プラズマを、プラズマ発生部から成膜室へ誘導する誘導管と、誘導管の内側に配置され、プラズマが通過可能な開口を有するパーティクル阻止部材とを有する成膜装置を用いて、プラズマ発生部においてプラズマを発生させるとともに、プラズマ発生部とパーティクル阻止部材との間に設置された電極に電圧を印加して、プラズマを開口に集め、開口を通過したプラズマにより被成膜基板上に被膜を成膜させる。
【選択図】図２

Description

本発明は成膜方法及び成膜装置に関するものであり、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）に用いる磁気記録媒体表面にＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）からなる保護膜を成膜する際に、磁気記録媒体表面へのパーティクルの付着を防止するための構成に関するものである。

近年、情報記録装置である磁気ヘッドの浮上を伴う磁気記録装置（いわゆるハードディスクドライブ）はコンピュータや各種情報端末などの外部記憶装置として一般に広く使用されている。

現在の磁気ディスクは、ガラス基板等の硬質非磁性基板上に良好な磁気特性を示すコバルト系の合金を薄膜磁性合金層として設けたものからなる。この磁性合金層は耐久性、耐蝕性に著しく劣るため、磁気ヘッドとの接触、摺動による摩擦、摩耗や湿気吸着による腐食発生のため磁気特性の劣化や機械的または化学的損傷が生じ易い。

そこで現状では、磁性合金層表面に保護膜層を設け、さらにその直上を潤滑剤で被覆することで、耐久性、耐蝕性の向上を図っている。このような保護膜としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ或いはＡｌ_２Ｏ_３等の様々な材質も用いられるが、現状はアモルファスの炭素系保護膜が耐熱性、耐蝕性および耐摩耗性の点において磁気記録媒体および磁気ヘッドの保護膜として好適であるとされている。一般には、スパッタリング法やＣＶＤ法で堆積された炭素系保護膜が製品へ適用されている。

ところで、近年の情報化社会ではあらゆる用途において取り扱う情報量が増加する傾向にあり、主要な外部記録装置である磁気ディスクには一層の高記録密度化が切望されている。この要求に応えるためには素子部性能の向上に加え、磁気記録層と磁気ヘッドの書込／読み取り部間の間隔、所謂磁気スペーシングを短縮することが不可欠であり、保護膜自身の薄層化が必要となる。

そのため、３ｎｍ以下の極薄膜においても十分な耐久／耐蝕性を確保できる保護膜のニーズが高まっており、従来以上に良好な耐久性が得られる保護膜の形成が可能なフィルタードカソーディックアーク法（ＦＣＡ法）に注目が集まっている。

ＦＣＡ法は放電点温度が１万℃以上にものぼるアーク放電を利用しているため、耐熱性の高い炭素でも容易に溶融・昇華させることができる。本手法ではＣＶＤ法とは異なり炭素のみを材料とした成膜が可能である。また、保護膜を構成する炭素間の結合についても、ダイヤモンド結合と呼ばれるｓｐ³ 結合量を５０％以上に増加させることが容易であるため、ダイヤモンドに近い硬度・密度をアモルファス状で実現することができ、結果として極めて優れた耐久性能を有する。

因に、実際に本発明者等が調査した結果ではＦＣＡ法で形成した炭素系の保護膜（ＦＣＡ膜）は１ｎｍの膜厚においてもＣＶＤ法で成膜した３ｎｍ厚の保護膜（ＣＶＤ膜）と同等以上の耐久性を有することが判っている。

また、ＦＣＡ法では、アーク放電時に付随的に多量なマクロパーティクルが発生するため、成膜対象物上へ付着したパーティクルが原因で磁気ディスク保護膜としての所要を満たすことができないという古くからの技術課題が存在した。

付着したマクロパーティクルを研磨等の工程で取り除くにしても、その数が多ければ取り除いた跡が欠陥となる可能性があるため、実用的には成膜面の付着パーティクル数を１００個以下にする必要がある。

そこでＦＣＡ法による炭素系保護膜の実用化には、成膜時におけるマクロパーティクルのフィルターリング技術が重要となる。特に、成膜レートを上げるためにアーク電流を増加すると、パーティクルの増加が顕著になる。しかし、製造装置としては、タクトタイムの制約から高成膜レートと、低パーティクルを両立する必要がある。

ＦＣＡ法においてパーティクルを除去するには、磁場フィルターを利用する。磁場フィルターは筒状のプラズマ経路を屈曲させておき、プラズマを磁場によって屈曲に沿わせて曲げることにより、磁場では曲がりにくいパーティクルをフィルターリングする方法である。

しかし、浮遊するマクロパーティクルの一部が管壁に衝突しながら成膜室へ達するため、磁場フィルターのみでは十分パーティクルを除去できない。そこで、アパチャーも併用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアパチャーは、プラズマの分布（中央のプラズマ密度が高く、壁面近くでは密度が低い）を利用してパーティクルをフィルターリングする方法である。

図８は、従来のアパチャーを備えたＦＣＡ装置の磁場フィルターの直進部の概念的構成図であり、プラズマ発生部（図示は省略）からのプラズマ６４を磁場で湾曲させてプラズマ６４中に含まれるマクロパーティクル６５を除去する磁場フィルター６０を構成する管部材６１の内部に開口部６３を設けたアパチャー部材６２を設けている。

この場合、ステンレス製の管部材６１には正の電圧が印加されており、プラズマ６４を絞り込んでいる。正電位により絞り込まれたプラズマ６４の密度の高い中心部は開口部６３を通過して成膜室（図示は省略）に導かれる。この時、プラズマ６４中に含まれて浮遊するマクロパーティクル６５はプラズマ６４に比べて正電位による絞り込みの影響をあまり受けないため、アパチャー部材６２の遮蔽部で遮られてフィルターリングされる。
特開２００４−２４４６６７号公報

しかし、アパチャー径を大きくすればパーティクルの増加につながり、アパチャー径を小さくすればプラズマも阻止されるため成膜レートが低下してしまうという問題があり、その膜性能に関わらずＦＣＡ膜は媒体保護膜として採用されていないのが現状である。

したがって、本発明は、ＦＣＡ法により成膜する際に、成膜レートを維持しつつ、被成膜基板上に付着するマクロパーティクル数を低減することを目的とする。

本発明の一観点からは、成膜原料のプラズマを発生するプラズマ発生部と、前記成膜原料を用いて被膜が形成される被成膜基板を内部に保持する成膜室と、前記プラズマを、前記プラズマ発生部から前記成膜室へ誘導する誘導管と、前記誘導管の内側に配置され、前記プラズマが通過可能な開口を有するパーティクル阻止部材とを有する成膜装置を用いた成膜方法であって、前記プラズマ発生部においてプラズマを発生させる工程と、前記プラズマ発生部と前記パーティクル阻止部材との間に設置された電極に電圧を印加して、前記プラズマを前記開口に集める工程と、前記開口を通過した前記プラズマにより前記被成膜基板上に被膜を成膜させる工程とを含むことを特徴とする成膜方法が提供される。

また、本発明の別の観点からは、成膜原料のプラズマを発生するプラズマ発生部と、前記成膜原料を用いて被膜が形成される被成膜基板を内部に保持する成膜室と、前記プラズマを、前記プラズマ発生部から前記成膜室へ誘導する誘導管と、前記誘導管の内側に配置され、前記プラズマが通過可能な開口を有するパーティクル阻止部材と、前記パーティクル阻止部材と前記プラズマ発生部との間に、前記プラズマを前記開口に集める電極とを有することを特徴とする成膜装置が提供される。

開示の成膜方法及び成膜装置によれば、高成膜レートで成膜した場合においても、基板に付着するマクロパーティクルを減少でき、それをハードディスクの保護膜形成に利用することによって媒体の信頼性をより向上することができる。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態のＦＣＡ装置の概念的全体構成図であり、プラズマ発生部１０、磁場フィルター部２０、及び、成膜部４０とによって構成される。

プラズマ発生部１０は、従来のＦＣＡ装置と同様に、管部材１１内に配置されるターゲット１２を載置するカソード１３、アノード１４、アーク放電をトリガーするストライカー１５と、管部材１１の外部に配置されるカソードコイル１６、アーク電源１７からなる。カソード１３を負極とし、アノード１４を正極としてアーク電圧を印加した状態でストライカー１５をターゲット１２に近接させてアーク放電を誘起する。

磁場フィルター部２０は、湾曲管部材２１の外周に上流側コイル２２及び下流側コイル２３を配置した構成となるとともに、後述するように、直進部にパーティクル阻止部２４が設けられている。

また、成膜部４０は導入管部４１と成膜室４２とからなり、導入管部４１の外周にはラスターコイル４３が設けられて、このラスターコイル４３もフィルター作用の一翼を担う。また、成膜室４２内には、磁気ディスク等の被成膜基板４４を載置する試料載置板４５が設けられ、基板バイアス電源４６により負にバイアスされる。また、イオンアシストシステム４７も併設されている。

図２は、本発明の実施の形態のＦＣＡ装置の磁場フィルター部の直進部の概念的構成図であり、パーティクル阻止部２４はリング電極２５とアパチャー部材２９により構成される。このリング電極２５は３０°〜６０°に傾斜したテーパ状の壁面を有する電極部２６と支持部材２７とからなり、絶縁部材２８を介して湾曲管部材２１に電気的に絶縁された状態で固定され、１５Ｖ以下の正電位が印加される。

図の場合は、電極部２６は支持部材２７と絶縁部材２８を介して湾曲管部材２１に電気的に絶縁された状態で固定されているが、湾曲管部材２１と同電位にする場合には、絶縁部材２８は必要ない。また、支持部材２７は４本が一般的であるが、３本で固定しても良いし、５本以上、例えば、８本で固定しても良い。

また、アパチャー部材２９には直径が１０〜４０ｍｍ程度の開口部３０が設けられており、リング電極２５の電極部２６の出射側の内径と同じか或いは小さく設定する。このリング電極２５とアパチャー部材２９をプラズマ１８の進行方向に沿って順次配置する。

プラズマ１８はアパチャー部材２９に設けた開口部３０を通過する前に、リング電極２５により効果的にプラズマ径が絞られるので、アパチャー部材２９に設けた開口部３０を通過するプラズマ１８がリング電極２５を設けない場合と比べて増加することになる。

一方、プラズマ１８中に含まれて浮遊する大半のマクロパーティクル１９は電荷を持たないためリング電極２５の正電位による絞り込みの影響をあまり受けず、湾曲管部材２１の内壁を反射しながらランダムに動いてターゲット１２から被成膜基板４４に到達することになる。したがって、開口部３０の径が小さいほど被成膜基板４４に到達するマクロパーティクル１９が減少する。

このようなリング電極は複数段設置しても良く、特に、プラズマが進むごとにリングの径を徐々に小さくするように配置することで、1 箇所の設置と比べてプラズマの径はより小さく絞り込むことができ、アパチャー径をそれに合わせて小さくすることができ、成膜レートは下げずにさらにパーティクルを減少できる。

また、リング電極を筒状磁場フィルターから電気的に絶縁し、リング電極に正電圧を、筒状磁場フィルターに負電圧を印加することで、正電荷を持った一部のパーティクルを筒状磁場フィルター内壁に引き付けることができる。これによりパーティクル数をさらに減少することができる。

以上を前提として、次に、本発明の実施例１のＦＣＡ装置を説明するが、基本的構成は図１に示した通りであるので、図３乃至図５を参照して磁場フィルター直進部の構成のみを説明する。図３は本発明の実施例１のＦＣＡ装置のパーティクル阻止部の概念的構成図であり、磁場フィルター部２０の直進部には支持部材２７と絶縁部材２８を介して湾曲管部材２１に固定されたリング電極２５と開口部３０を有するアパチャー部材２９が設けられている。

この場合の湾曲管部材２１の内径は例えば２００ｍｍであり、アパチャー部材２９と支持部材２７との距離は、５０〜１００ｍｍである。また、湾曲管部材２１、アパチャー部材２９及びリング電極２５はともにブラスト処理したステンレスで構成され、リング電極２５には１５Ｖ以下、例えば、１５Ｖの正電位を印加する。なお、１５Ｖ以上の電位を印加しても良いが、プラズマの絞り込み効果による成膜レートが飽和するので１５Ｖ以上の電位にする必要はない。

図４は、リング電極の構成説明図であり、図４（ａ）は概略的断面図であり、図４（ｂ）は概略的正面図である。リング電極２５は、例えば、厚さが１．２ｍｍのブラスト処理したステンレス製の電極部２６と４本の支持部材２７によって構成される。電極部２６の出射側の内径を２０ｍｍとし、傾斜角を４５°としている。また、入射側の内径を４０ｍｍにすると、電極部２６の長さは約１４ｍｍ（＝１０×２^1/2 ）になる。また、電極部２６は４本の支持部材２７で支持され、絶縁部材２８を介して湾曲管部材２１に絶縁した状態で固定される。

図５は、アパチャー部材の構成説明図であり、図５（ａ）は概略的断面図であり、図５（ｂ）は概略的正面図である。アパチャー部材２９は、例えば、厚さが１．２ｍｍのブラスト処理したステンレスで構成され、開口部３０の直径を２０ｍｍとする。

この本発明の実施例１のＦＣＡ装置を用いて成膜を行い、ＤＬＣ膜の成膜レート及びＤＬＣ膜上のパーティクル評価を行った。作製した試料は、アルミ合金基板上に下地層およびＣｏ金属層をスパッタリング法で積層した後、ＦＣＡ装置を用いグラファイトターゲットを原料として、アーク電流６０Ａ、アーク電圧３０Ｖの条件でＤＬＣ膜を保護層として成膜したものを用いている。

ＤＬＣ保護膜の膜厚を３ｎｍとした場合のマクロパーティクル数についてＯＳＡ（光学表面分析装置）を用いて評価した。なお、平均膜厚の測長方法としては、ＴＥＭによる断面観察を行った。

同一のアパチャー部材を設置した条件において、リング電極の設置前後で成膜レートを比較したところ、成膜レートは約１５％向上することができた。また、両ＦＣＡ装置でＤＬＣ膜を３ｎｍ成膜したときのパーティクル数を比較すると、どちらも１００個／面以下と同等であり、成膜レートあたりのパーティクル数は１５％改善した。

次に、図６を参照して、本発明の実施例２のＦＣＡ装置を説明するが、この場合も基本的構成は図１に示した通りであるので、パーティクル阻止部の構成のみを説明する。図に示す通り、磁場フィルター部の直進部には支持部材２７，３３と絶縁部材２８，３４を介して湾曲管部材２１に固定された２つのリング電極２５，３１と開口部３６を有するアパチャー部材３５が設けられている。

上流側のリング電極２５は上記の実施例１のリング電極２５と同じであり、また、下流側のリング電極３１を構成する電極部３２は、例えば、厚さが１．２ｍｍのブラスト処理したステンレスで構成され、出射側の内径を１５ｍｍとし、傾斜角を４５°としている。また、電極部材３２も４本のブラスト処理したステンレスからなる支持部材３３で支持され、絶縁部材３４を介して湾曲管部材２１に絶縁した状態で固定される。また、２つのリング電極２５，３１には１５Ｖの正電位を印加する。

アパチャー部材３５は、例えば、厚さが１．２ｍｍのブラスト処理したステンレスで構成され、開口部３６の直径を１５ｍｍとする。このアパチャー部材３５と支持部材３３との間隔は２０〜６０ｍｍであり、また、支持部材３３と支持部材２７との間隔は５０〜１００ｍｍである。

この本発明の実施例２のＦＣＡ装置を用いて３ｎｍのＤＬＣ膜を成膜したところ、リング電極を設置しない場合の成膜レートを比較したところ、成膜レートは約２０％向上し、上述の実施例１の場合より成膜レートが高い。これは、２段構造のリング電極を用いてプラズマ径を順次絞り込んだためと考えられる。

また、ＤＬＣ保護膜の膜厚を３ｎｍとした場合のマクロパーティクル数をＯＳＡで評価した結果、パーティクル数は９０個／面以下であったため、成膜レート当りのパーティクル数は設置前に比べて約２５％改善した。

次に、図７を参照して、本発明の実施例３のＦＣＡ装置を説明するが、この場合も基本的構成は図１に示した通りであるので、パーティクル阻止部の構成のみを説明する。図に示す通り、パーティクル阻止部の構成は上記の実施例２と同様であり、磁場フィルター部の直進部には電極部２６，３２が支持部材２７，３３と絶縁部材２８，３４を介して湾曲管部材２１に固定された２つのリング電極２５，３１と開口部３６を有するアパチャー部材３５が設けられている。

また、上流側のリング電極２５は上記の実施例１のリング電極２５と同じであり、また、下流側のリング電極３１を構成する電極部３２は、例えば、厚さが１．２ｍｍのブラスト処理したステンレスで構成され、出射側の内径を１５ｍｍとし、傾斜角を４５°としている。また、電極部材３２も４本のブラスト処理したステンレスからなる支持部材３３で支持され、絶縁部材３４を介して湾曲管部材２１に絶縁した状態で固定される。また、２つのリング電極２５，３１には１５Ｖの正電位を印加する。

この実施例３のＦＣＡ装置においては、湾曲管部材２１に、例えば、−５Ｖの負電位を印加する。このように、リング電極２５，３１を筒状磁場フィルターを構成する湾曲管部材２１から電気的に絶縁し、リング電極２５，３１に＋１５Ｖの正電圧を印加し、湾曲管部材２１に−５Ｖの負電圧を印加することで、正電荷を持った一部のマクロパーティクルを湾曲管部材２１の内壁に引き付けることができる。これによりマクロパーティクル数をさらに減少することができる。なお、図には示していないが、アパチャー部材３５をステンレス等の導電性部材で構成する場合には、このアパチャー部材３５を絶縁部材を介して湾曲管部材２１に取り付けることが望ましい。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、管部材の管径は任意であり、管径に応じてリング電極の内径及び開口部の直径を成膜レートが極端に低下しない範囲に設定すれば良い。

また、図１に示したＦＣＡ装置の全体構成は単なる一例であり、例えば、磁場フィルター部がＵ字型の湾曲していても良く、或いは、成膜室に対して直線上に折れ曲がったフィルター部であっても良く、さらには、Ｔ型フィルター部（例えば、特願２００７−０３７３３９参照）でも良い。

また、上記の各実施例においては、リング電極及びアパチャー部材を磁場フィルター部の下流側に設けているが、下流側に設けても良い。なお、Ｔ型フィルター部に適用する場合には、パーティクル通過部の上流側に設けることが望ましく、湾曲部において除去しきれなかったマクロパーティクルを効果的に除去することができる。

また、上記の実施例２においては、リング電極を２つ設けているが、２つに限られるものではなく、３つ以上設けても良く、この場合にもプラズマ流の上流から順に内径の大きなリング電極を設ければ良い。

また、本発明の各実施例においては成膜対象をＤＬＣ膜にしているが、ＤＬＣ膜に限られるものではなく、ＤＬＣ膜と同様に融点の高い物質の成膜工程にも適用されるものである。

本発明の実施の形態のＦＣＡ装置の概念的全体構成図である。本発明の実施の形態のＦＣＡ装置の磁場フィルター部の直進部の概念的構成図である。本発明の実施例１のＦＣＡ装置のパーティクル阻止部の概念的構成図である。本発明の実施例１のＦＣＡ装置を構成するリング電極の構成説明図である。本発明の実施例１のＦＣＡ装置を構成するアパチャー部材の構成説明図である。本発明の実施例２のＦＣＡ装置のパーティクル阻止部の概念的構成図である。本発明の実施例３のＦＣＡ装置のパーティクル阻止部の概念的構成図である。従来のアパチャーを備えたＦＣＡ装置の磁場フィルターの直進部の概念的構成図である。

符号の説明

１０プラズマ発生部
１１管部材
１２ターゲット
１３カソード
１４アノード
１５ストライカー
１６カソードコイル
１７アーク電源
１８プラズマ
１９マクロパーティクル
２０磁場フィルター部
２１湾曲管部材
２２上流側コイル
２３下流側コイル
２４パーティクル阻止部
２５リング電極
２６電極部
２７支持部材
２８絶縁部材
２９アパチャー部材
３０開口部
３１リング電極
３２電極部
３３支持部材
３４絶縁部材
３５アパチャー部材
３６開口部
４０成膜部
４１導入管部
４２成膜室
４３ラスターコイル
４４被成膜基板
４５試料載置板
４６基板バイアス電源
４７イオンアシストシステム
６０磁場フィルター
６１管部材
６２アパチャー部材
６３開口部
６４プラズマ
６５マクロパーティクル

Claims

成膜原料のプラズマを発生するプラズマ発生部と、
前記成膜原料を用いて被膜が形成される被成膜基板を内部に保持する成膜室と、
前記プラズマを、前記プラズマ発生部から前記成膜室へ誘導する誘導管と、
前記誘導管の内側に配置され、前記プラズマが通過可能な開口を有するパーティクル阻止部材と
を有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記プラズマ発生部においてプラズマを発生させる工程と、
前記プラズマ発生部と前記パーティクル阻止部材との間に設置された電極に電圧を印加して、前記プラズマを前記開口に集める工程と、
前記開口を通過した前記プラズマにより前記被成膜基板上に被膜を成膜させる工程と
を含むことを特徴とする成膜方法。
前記電極がリング状であって、その内径が、前記プラズマの進行方向に従って小さくなり、
前記電極の前記パーティクル阻止部材側の端の内径が、前記開口の径と等しいか或いは大きいことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
前記電極に、前記プラズマ発生部の接地電位よりも正の電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
前記パーティクル阻止部材の外縁が、前記誘導管の内壁と密着していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記誘導管に、前記プラズマ発生部の接地電位よりも正の電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記電極が複数個設置され、前記プラズマの進行方向に従って、順番に径が小さくなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成膜方法。
成膜原料のプラズマを発生するプラズマ発生部と、
前記成膜原料を用いて被膜が形成される被成膜基板を内部に保持する成膜室と、
前記プラズマを、前記プラズマ発生部から前記成膜室へ誘導する誘導管と、
前記誘導管の内側に配置され、前記プラズマが通過可能な開口を有するパーティクル阻止部材と、
前記パーティクル阻止部材と前記プラズマ発生部との間に、前記プラズマを前記開口に集める電極と
を有することを特徴とする成膜装置。