JP2011017075A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの数が極めて少ない良質の薄膜を形成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１０においてアーク放電にともなって発生したプラズマは、プラズマ分離部４０において斜め磁場により進行方向が曲げられ、パーティクルと分離される。そして、プラズマ移送部６０を介して成膜チャンバ３０に入り、基板３１上に膜を形成する。プラズマ移送部６０は、プラズマ分離部側接続部６２と、成膜チャンバ側接続部６７と、それらの間のパーティクル分離部６３とに分離されている。プラズマ分離部側接続部６２には−５Ｖ〜−１５Ｖの電圧が印加され、パーティクル分離部４３には接地電圧又は正の電圧が印加される。プラズマ中に含まれる正の電荷を有するパーティクルは、電気的引力によりプラズマから分離され、筺体内側のフィン６４２等に捕捉される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録装置に使用される磁気記録媒体の表面や磁気ヘッドの先端を保護する保護膜の形成に好適な成膜装置及び成膜方法に関する。

近年、磁気記録装置（ハードディスクドライブ）は、コンピュータ等の情報機器だけでなく、ハードディスクビデオレコーダ等にも使用されるようになった。

磁気記録装置では、高速で回転する円盤状の磁気記録媒体（磁気ディスク）の記録層を記録素子（書き込みヘッド）で磁化することによりデータを記録する。磁気記録媒体に記録されたデータは、再生素子（読み取りヘッド）により読み取り、電気信号に変換して出力される。

磁気記録媒体の記録層は、磁気特性が良好なコバルト合金により形成される。しかし、そのようなコバルト合金は耐久性及び耐食性が十分でなく、磁気ヘッドとの接触や摺動による摩擦又は摩耗、湿気吸着による腐食等により特性の劣化や機械的又は化学的な損傷が生じやすい。このため、記録層の上に保護膜を形成し、更にその上に潤滑剤を塗布して、耐久性及び耐食性を確保している。

従来、磁気記録媒体の保護膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等により形成されていた。しかし、耐熱性、耐食性及び耐摩耗性がより優れていることから、カーボン保護膜（炭素を主成分とする保護膜）が使用されるようになった。カーボン保護膜は、スパッタリング法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。

近年、磁気記録装置のより一層の大容量化のため、磁気記録媒体の記録層と磁気ヘッドとの距離（磁気スペーシング）の短縮化が図られ、カーボン保護膜も一層の薄膜化が要求されている。

現状、ＣＶＤ法により形成されるカーボン保護膜の厚さは４ｎｍ程度が限度である。カーボン保護膜の厚さを例えば３ｎｍ又はそれ以下にすると、十分な耐久性及び耐食性を確保することができないからである。そこで、アークをプラズマ源としたＦＣＡ（Filtered Cathodic Arc）法を用いてカーボン保護膜を形成することが提案されている。

ＦＣＡ法の利点は、放電点温度が１００００℃以上にな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又は昇華させることができることにある。そのため、ＣＶＤ法と異なり、炭素のみを材料とした成膜が可能である。

更に、ＦＣＡ法により形成したカーボン保護膜は、ｓｐ³結合成分の比率が高いため、ＣＶＤ法により形成したカーボン保護膜に比べて密度が高く、高硬度となる。本願発明者は、ＦＣＡ法で形成した厚さ２ｎｍのカーボン保護膜は、ＣＶＤ法で形成した厚さ４ｎｍのカーボン保護膜と同等以上の耐久性を有することを確認している。以下、ＦＣＡ法により成膜する装置をＦＣＡ成膜装置という。

ところで、ＦＣＡ法では、アーク放電によりプラズマを発生させるため、カーボン保護膜を形成する場合、カーボンのパーティクル（直径が０．０１〜数百μｍ程度の微粒子：マクロパーティクルともいう）の発生を抑えることが困難である。そのため、保護膜形成時にパーティクルが磁気記録媒体の表面に付着してしまう。パーティクルが付着した磁気記録媒体を磁気記録装置に使用すると、データの記録時又は再生時に磁気ヘッドがパーティクルに接触して損傷を受けたり、磁気記録媒体からパーティクルが離脱してその跡に空隙が発生し、耐久性及び耐食性の低下の原因となる。

特許文献１〜５には、プラズマとパーティクルとを分離する機構を備えたＦＣＡ装置が提案されている。また、非特許文献１にはプラズマとパーティクルとを分離する磁場フィルタの構造を改良したＦＣＡ成膜装置が提案されている。

非特許文献１のＦＣＡ成膜装置に使用される磁場フィルタはＴ型フィルタと呼ばれる。このＴ型フィルタを有するＦＣＡ成膜装置で成膜したカーボン保護膜は、耐久性を維持しつつ、従来比でパーティクルを１／１００程度まで削減することができる。

特開２００５−２１６５７５号公報 特開２００２−８８９３号公報 特開２００５−１５８０９２号公報 特開２００３−１６０８５８号公報 特許第３８６０９５４号公報

Takigawa et al. Surface and Coatings Technology 163-164,368 (2003)

上述したＦＣＡ成膜装置では、磁場フィルタによりプラズマと電気的に中性なパーティクルとを分離している。しかし、アーク放電では、帯電したパーティクルも発生する。この帯電したパーティクルの一部は磁場フィルタにより進行方向が曲げられてプラズマと同じ方向に移動し、試料表面に付着してしまう。そのため、パーティクルの数が極めて少ない良質の薄膜を形成することが困難である。

以上から、パーティクルの数が極めて少ない良質の薄膜を形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

一観点によれば、ターゲットとアノードとの間にアーク放電を発生させてプラズマを生成するプラズマ発生部と、基体が配置される成膜チャンバと、磁場により前記プラズマ発生部で発生したプラズマからパーティクルを除去して前記成膜チャンバに移送する磁場フィルタ部とを有し、前記磁場フィルタ部が、前記プラズマの移動方向の上流側に配置されて筺体内側に第１の電圧が印加される第１の領域と、前記第１の領域よりもプラズマ移動方向の下流側に配置されて筺体内側に第２の電圧が印加される第２の領域とに分割されている成膜装置が提供される。

上記一観点によれば、磁場フィルタ部を、プラズマの移動方向に沿って複数の領域に分割している。そして、磁場フィルタ部のうちプラズマ移動方向上流側の第１の領域の筺体内側に例えば負の第１の電圧を印加する。これにより、プラズマ中に含まれる正の電荷を有するパーティクルがプラズマから分離される。その結果、基体上にパーティクルの少ない膜が形成される。

この場合、パーティクルをより一層低減するために、磁場フィルタ部全体に負の電圧を印加することが考えられる。しかし、磁場フィルタ部全体に負の電圧を印加すると、プラズマ中に含まれる成膜材料もプラズマ中から分離され、成膜速度が著しく低下する。上記一観点に係る成膜装置では、例えば第１の領域よりもプラズマ移動方向下流側の第２の領域の筺体内側に第１の電圧よりも高い第２の電圧を印加する。これにより、成膜材料がプラズマ中から分離されることが抑制され、成膜速度の低下が回避される。

図１は、第１の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。 図２（ａ）は負電圧が印加された筺体中を通るプラズマを模式的に示す図、図２（ｂ）は正電圧が印加された筺体中を通るプラズマを模式的に示す図である。 図３は、試料の一例を示す模式断面図である。 図４は、パーティクル捕捉部に印加した電圧と成膜速度との関係を示す図である。 図５は、パーティクル捕捉部に印加した電圧と基板１枚当たりのパーティクル数との関係を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。 図７は、第３の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。 図８は、電極板の取り付け方法を示す模式断面図である。 図９は、分割された電極板を示す模式図である。 図１０は、フィンが設けられた電極板を示す模式図である。 図１１（ａ），（ｂ）は電極板の取り付け方法の例を示す断面図である。 図１２は、第４の実施形態の成膜装置の構造を示す模式図である。 図１３は、第５の実施形態の成膜装置の構造を示す模式図である。

以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。この図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置は、プラズマ発生部１０と、磁場フィルタ部２０と、成膜チャンバ３０とを有している。これらのプラズマ発生部１０、磁場フィルタ部２０及び成膜チャンバ３０の筐体は、主にステンレス等の金属により形成されている。磁場フィルタ部２０は、プラズマ分離部４０と、パーティクルトラップ部５０と、プラズマ移送部６０とに区画されている。

プラズマ発生部１０、プラズマ分離部４０及びパーティクルトラップ部５０はいずれも筒状に形成され、下からプラズマ発生部１０、プラズマ分離部４０及びパーティクルトラップ部５０の順で直線状に配置されて連結されている。

プラズマ移送部６０も筒状に形成されており、その一方の端部がプラズマ分離部４０にほぼ垂直に接続され、他方の端部が成膜チャンバ３０に接続されている。成膜チャンバ３０内には、成膜すべき基板（基体）３１が配置されるステージ３２が設けられている。

以下、本実施形態に係る成膜装置の各部について、より詳細に説明する。プラズマ発生部１０の筐体下端部には絶縁板１１が配置されており、この絶縁板１１の上にはターゲット（カソード）１２が配置される。また、プラズマ発生部１０の筐体の下端部の外周にはカソードコイル１４が設けられており、筐体の内壁面にはアノード１３が設けられている。成膜時には、電源（図示せず）からターゲット１２とアノード１３との間に所定の電圧が印加されてアーク放電が発生し、ターゲット１２の上方にプラズマが生成される。また、電源からカソードコイル１４に所定の電流が供給され、アーク放電を安定化させる磁場が発生する。

ターゲット１２は、その成分がアーク放電により蒸発することによりプラズマ中に成膜材料のイオンを供給するので、成膜材料を含むもので形成されていることが必要である。本実施形態では、基板３１上にカーボン保護膜を形成するので、ターゲット１２としてグラファイトを使用する。なお、プラズマ発生部１０には、アーク放電のトリガとなる電圧を印加するためのトリガ電極等（図示せず）が設けられている。また、プラズマ発生部１０には、必要に応じてプラズマ発生部１０内に反応性ガス又は不活性ガスが供給される。

磁場フィルタ部２０のプラズマ分離部４０は、図１に示すようにプラズマ発生部１０よりも細径に形成されている。また、プラズマ発生部１０とプラズマ分離部４０との境界部分には絶縁リング４１が設けられている。この絶縁リング４１により、プラズマ発生部１０の筐体とプラズマ分離部４０の筐体との間が電気的に分離されている。絶縁リング４１は、例えば絶縁性が優れているフッ素樹脂により形成されている。

プラズマ分離部４０の筐体の外周には、プラズマ発生部１０で発生したプラズマを筐体中心部に収束させつつ所定の方向に移動させるための磁場を発生するガイドコイル４２ａ，４２ｂが設けられている。また、プラズマ分離部４０とプラズマ移送部６０との接続部近傍には、プラズマの進行方向をほぼ９０°曲げる磁場（以下、「斜め磁場」という）を発生する斜め磁場発生コイル４３が設けられている。

パーティクルトラップ部５０は、プラズマ分離部４０の上に配置されている。このパーティクルトラップ部５０には、プラズマ発生部１０で発生した電気的に中性のパーティクル又は質量に対し極めて小さい電荷しか有しないパーティクルが、プラズマ分離部４０の磁場の影響を殆ど受けることなく直進して進入する。パーティクルトラップ部５０の上端部には、パーティクルを捕捉する複数のフィン５３が筐体内面に対し斜めに配置されている。パーティクルトラップ部５０に進入したパーティクルは、これらのフィン５３により何度も反射されて運動エネルギーを消耗し、最終的にフィン５３又は筐体壁面に捕捉される。

プラズマ移送部６０には、プラズマ分離部４０でパーティクルと分離されたプラズマが進入する。このプラズマ移送部６０は、プラズマ分離部側連絡部６２と、パーティクル捕捉部６３と、成膜チャンバ側連絡部６７とに区画されている。

プラズマ分離部側連絡部６２とパーティクル捕捉部６３との間、及びパーティクル捕捉部６３と成膜チャンバ側連絡部６７との間にはそれぞれ絶縁リング６１が設けられている。これらの絶縁リング６１も、絶縁リング４１と同様に、フッ素樹脂のように絶縁性が優れている材料により形成されている。パーティクル捕捉部６３は、これらの絶縁リング６１により、プラズマ分離部側連絡部６２及び成膜チャンバ側連絡部６７と電気的に分離されている。詳細は後述するが、プラズマ分離部４０及び連絡部６２には接地電圧（０Ｖ）に対して５〜１５Ｖ程度低い電圧が印加され、パーティクル捕捉部６３には接地電圧又は正の電圧が印加される。

パーティクル捕捉部６３は、更にプラズマ分離部４０側の入口部６４と、成膜チャンバ３０側の出口部６６と、それらの間の中間部６５とに区画されている。本実施形態の成膜装置においては、入口部６４の外周に、プラズマを収束しつつ成膜チャンバ３０側に移動させるための磁場を発生するガイドコイル６４１が設けられている。また、入口部６４の内側には、入口部６４に進入したパーティクルを捕捉する複数のフィン６４２が筐体内面に対し斜めに配置されている。

中間部６５は、図１に示すように、入口部６４及び出口部６６の径よりも太径に形成されている。また、中間部６５の入口部６４側及び出口部６６側にはそれぞれプラズマの流路を規制する開口部が設けられた防着板（アパーチャ）６５２ａ，６５２ｂが配置されている。但し、防着板６５２ａの開口部が比較的上側に配置されているのに対し、防着板６５２ｂの開口部は比較的下側に配置されている。中間部６５の外周には、プラズマの進行方向を曲げるための磁場を発生するガイドコイル６５１が設けられている。

本実施形態においては、上述したように、中間部６５は入口部６４及び出口部６６よりも太径に形成されている。これは、プラズマの進路を曲げるためにある程度の大きさの空間が必要なためであるが、中間部６５に進入したパーティクルが中間部６５内で反射を繰り返して運動エネルギーが消失し、中間部６５の壁面に吸着されやすくなるという効果もある。

入口部６４及び中間部６５はその中心軸が一致しているが、出口部６６は防着板６５２ｂの開口部の位置から斜め下方に突き出して配置されている。

成膜チャンバ側連絡部６７は、パーティクル捕捉部６３側から成膜チャンバ３０に向けて徐々に径が大きくなるように形成されている。この連絡部６７の内側にも、複数のフィン６７１が配置されている。また、本実施形態においては、連絡部６７と成膜チャンバ３０との境界部分の外周に、プラズマを収束しつつ成膜チャンバ３０側に移動させるためのガイドコイル６８が設けられている。

成膜チャンバ３０には、前述したように基板３１が載置されるステージ３２が設けられている。基板３１は、その表面（成膜面）をプラズマが流入する方向に向けて配置される。ステージ３２には、基板３１をプラズマ流入方向に対し傾斜させる機構や基板３１を回転させる機構が設けられていてもよい。また、成膜チャンバ３０には真空装置（図示せず）が接続されており、この真空装置により成膜装置の内部空間を所定の圧力に維持することができる。基板３１としては、予め記録層（磁性層）が形成された磁気記録媒体用基板や、記録素子及び再生素子が形成された磁気ヘッド用基板等を用いることができる。

なお、フィン５３，６４２，６７１及び防着板６５２ａ，６５２ｂには、成膜にともなってパーティクルが付着する。パーティクルの付着量が多くなると、何らかの原因によりパーティクルがフィン５３，６４２，６７１又は防着板６５２ａ，６５２ｂから離脱して成膜チャンバ３０側に移動するおそれがある。このため、これらのフィン５３，６４２，６７１及び防着板６５２ａ，６５２ｂは容易に交換可能な構造とし、ある程度使用したら新しいものと交換することが好ましい。パーティクル捕捉部６３の筐体自体を交換可能な構造としてもよい。

以下、上述の構造を有する本実施形態に係る成膜装置を使用したカーボン膜の成膜方法について説明する。

基板３１上にカーボン膜を形成する場合、ターゲット１２としてグラファイトを使用する。そして、真空装置を稼働させて成膜装置内の圧力を１０^-5Ｐａ〜１０^-3Ｐａに維持する。また、例えばアーク電流が７０Ａ、アーク電圧が２５Ｖ、カソードコイル電流が１０Ａの条件でプラズマを発生させる。プラズマ中には、成膜材料である炭素のイオンが含まれる。

プラズマ発生部１０で発生したプラズマは、磁場フィルタ部２０のプラズマ分離部４０に進入し、ガイドコイル４２ａ，４２ｂが発生する磁場によりプラズマ移送部６０との接続部近傍に移動する。そして、斜め磁場発生コイル４３が発生する斜め磁場により急激に進行方向が曲げられ、プラズマ移送部６０に進入する。図１中の破線はプラズマの移動経路を示している。

一方、プラズマ発生部１０においてアーク放電により発生したパーティクルの大部分は、電荷を有しない又は質量に対して極めて小さい電荷しか有していない。このため、アーク放電により発生したパーティクルの大部分は、ガイドコイル４２ａ，４２ｂ及び斜め磁場発生コイル４３が発生する磁場の影響を殆ど受けず、直接又はプラズマ分離部４０の筺体内面で反射しながらパーティクルトラップ部５０に入る。そして、パーティクルトラップ部５０において、フィン５３等により捕捉される。図１中の矢印Ａは、このようなパーティクルの移動方向を示している。

上述したように、プラズマ発生部１０で発生したパーティクルの大部分はパーティクルトラップ部５０内に進入し、パーティクルトラップ部５０のフィン５３等で捕捉される。しかし、筐体の内面で反射を繰り返すパーティクルの一部は、プラズマ移送部６０内に進入する。これらのパーティクルは、フィン６４２及び防着板６５２ａ，６５２ｂ等により捕捉され、成膜チャンバ３０には殆ど到達しない。

また、プラズマ発生部１０で発生したパーティクルのうち正の電荷を有する微細なパーティクルは、斜め磁場発生コイル４３が発生する斜め磁場により進行方向が曲げられてプラズマとともにプラズマ移送部６０内に進入する。しかし、本実施形態では、プラズマ分離部４０及び連絡部６２に負の電圧（−５Ｖ〜−１５Ｖ）が印加されているため、正の電荷を有する微細なパーティクルは、例えば図１中に矢印Ｂで示すようにプラズマから分離される。そして、それらのパーティクルは筺体壁面に向かい、パーティクル捕捉部６４の壁面、フィン６４２及び防着板６５２ａ等により捕捉される。

このようにして、プラズマ移送部６０を通るプラズマ中からパーティクルが除去される。特に、本実施形態では、プラズマ移送部６０におけるプラズマ移送経路が直線状ではなく、複雑に湾曲した形状に設定されている。このため、ガス状の成膜成分に対し質量が大きいパーティクルがプラズマとともに移動することを防止でき、プラズマとパーティクルとをより確実に分離することができる。

プラズマ捕捉部６３を通過したプラズマは、連絡部６７を通って成膜チャンバ３０内に入り、基板３１上に炭素が堆積してカーボン膜が形成される。連絡部６７の内面にもフィン６７１が設けられており、仮にプラズマ捕捉部６３を通過したパーティクルがあっても、その大部分はフィン６７１により捕捉される。

本実施形態においては、プラズマ分離部側連絡部６２に負の電圧を印加することにより、プラズマ中に含まれるパーティクルを除去する。これにより、基板３１上にパーティクルを殆ど含まない高品質、且つ高密度のカーボン膜を形成することができる。

ここで、プラズマ中に含まれるパーティクルをより確実に除去するために、磁場フィルタ部２０全体に負の電圧を印加することが考えられる。しかし、磁場フィルタ部２０全体に負の電圧を印加すると、プラズマ中に含まれる成膜材料（上記の例では炭素イオン）まで筺体壁面に捕捉されるようになり、基板３１上への成膜速度が著しく減少してしまう。

本実施形態においては、プラズマ分離部４０及び連絡部６２に負の電圧を印加することにより、プラズマ移送部６０内に進入したプラズマ中に含まれるパーティクルを殆ど除去することができる。このため、連絡部６２よりもプラズマ移動方向下流側に配置されたパーティクル捕捉部６３への印加電圧を接地電圧又はそれよりも高くしても、成膜後の膜中に含まれるパーティクルの数は殆ど変化しない。一方、パーティクル捕捉部６３への印加電圧を接地電圧又はそれよりも高くすることにより、プラズマ中に含まれる成膜材料が筺体面に捕捉されることを抑制でき、基板表面へのカーボン膜の成膜速度が向上する。

なお、プラズマ分離部４０及びプラズマ分離部側連絡部６２に印加する電圧が−５Ｖよりも高い場合は、プラズマ中に含まれるパーティクルを十分に除去することができない。一方、プラズマ分離部４０及びプラズマ分離部側連絡部６２に印加する電圧が−１５Ｖよりも低いと、プラズマ中に含まれる成膜材料（炭素イオン）が筺体面に捕捉されるようになり、成膜速度が著しく減少する。このため、プラズマ分離部４０及び連絡部６２に印加する電圧は、−５〜−１５Ｖの範囲とすることが好ましい。

図２（ａ）は負電圧が印加された筺体６１１中を通るプラズマを模式的に示す図、図２（ｂ）は正電圧が印加された筺体６１２中を通るプラズマを模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、負電圧が印加された筺体６１１中をプラズマが通るときには、プラズマ中に含まれる正の電荷を有するパーティクルがプラズマから分離されて筺体面に吸着される。また、負電圧が印加された筺体６１２中をプラズマが通るときには、筺体面の電荷によりプラズマの幅（図中破線で示す）が広がり、プラズマ中に含まれる成膜材料の一部も筺体面に捕捉されてしまう。

その後、正電圧が印加された筺体中をプラズマが通るときには、図２（ｂ）に示すように筺体面の電荷によりプラズマの幅（図中破線で示す）が狭くなる。これにより、プラズマ中に含まれる成膜材料が筺体面に捕捉されることが回避される。

以下、上述した構造の成膜装置を使用してカーボン膜を実際に形成し、パーティクルの付着量を調べた結果について説明する。

上述した構造の成膜装置を使用し、プラズマ分離部４０及びプラズマ分離部側連絡部６２に印加する電圧を−１５Ｖとし、パーティクル捕捉部６３に印加する電圧を−１５Ｖ、−８．８Ｖ、０Ｖ（接地電圧）、＋８．８Ｖ、及び＋１５Ｖとして、試料上にカーボン膜を形成した。成膜時の条件は、アーク電流が７０Ａ、アーク電圧が２５Ｖである。

試料としては、直径が２．５インチ（約６４ｍｍ）の磁気記録媒体用ガラス基板を用いた。但し、図３に示すように、基板３５の上に磁性体からなる下地膜３６及び記録層（Ｃｏ合金層）３７を形成し、その上に上述の成膜装置を使用してカーボン膜３８を３ｎｍの厚さに形成した。ターゲット１２には、グラファイトを用いた。

図４は、横軸にパーティクル捕捉部６３に印加した電圧をとり、縦軸に成膜速度をとって、両者の関係を示す図である。なお、図中一点鎖線は、ＣＶＤ法（従来例）によるカーボン膜の成膜速度（約８Å／sec）を示している。この図４から明らかなように、パーティクル捕捉部６３に印加する電圧を接地電圧（０Ｖ）以上とすることにより、ＣＶＤ法と同等又はそれ以上の成膜速度が得られた。

図５は、横軸にパーティクル捕捉部６３に印加した電圧をとり、縦軸に基板（直径２．５インチ）１枚当たりのパーティクル数をとって、両者の関係を示す図である。なお、図中一点鎖線は、ＣＶＤ法（従来例）により成膜したカーボン膜に含まれるパーティクル数（約１００個）を示している。また、パーティクルの計測にはパーティクルカウンタ（ＣＡＮＤＥＬＡ社製ＯＳＡ−５１００）を用いた。

この図５からわかるように、パーティクル捕捉部６３の電圧が接地電圧（０Ｖ）のときに基板１枚当たりのパーティクル数は最も少なくなった。このときの基板１枚当たりのパーティクル数は約１０個である。パーティクル捕捉部６３に正又は負の電圧を印加するとパーティクル数は上昇するが、パーティクル捕捉部６３に印加する電圧が正のときにはいずれも基板１枚当たりのパーティクルの数は５０個以下であり、ＣＶＤ法で成膜した場合の１／２以下であった。

これらの実験の結果から、本実施形態の成膜装置により、パーティクルが極めて少ない高品質のカーボン膜が形成できることが確認された。このカーボン膜を磁気記録媒体又は磁気ヘッドの保護膜として用いることにより、磁気記録媒体又は磁気ヘッドの耐久性を向上させることができる。

なお、上述の実施形態ではプラズマ分離部側連絡部６２に印加する電圧を直流電圧としているが、負側にバイアスをかけた交流電圧又はパルス電圧であってもよい。これと同様に、パーティクル捕捉部６３に印加する電圧も、正側にバイアスをかけた交流電圧又はパルス電圧であってもよい。

また、本実施形態では連絡部６２及びパーティクル捕捉部６４３の筺体内面に金属が露出しているものとしているが、筺体内面を絶縁膜で覆ってもよい。更に、上述の実施形態では連絡部６２全体に負の電圧を印加しているが、例えば連絡部６２に防着板を設け、その防着板のみに負の電圧を印加してもよい。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。

この図６に示すように、第２の実施形態の成膜装置は、プラズマ発生部７０と、磁場フィルタ部８０と、成膜チャンバ９０とを有している。これらのプラズマ発生部７０、磁場フィルタ部８０及び成膜チャンバ９０の筐体は、主にステンレス等の金属により形成されている。また、磁場フィルタ部８０は、プラズマ分離部１００とパーティクル移送部１１０とに区画されている。

プラズマ発生部７０には、第１の実施形態と同様に、絶縁板７１と、ターゲット（カソード）７２と、アノード７３と、カソードコイル７４とが設けられている。ターゲット７２とアノード７３との間に所定の電圧を印加することにより、ターゲット７２の上方にプラズマが発生する。また、カソードコイル７４に所定の電流を供給することにより、プラズマを安定化させる磁場が発生する。

プラズマ分離部１００は、ほぼ９０°の角度で円弧状に湾曲した筒からなる。このプラズマ分離部１００とプラズマ発生部７０との境界部分には、フッ素樹脂のように絶縁性が優れている材料により形成された絶縁リング８１が設けられている。プラズマ分離部１００の筐体の外周には、プラズマ発生部７０で発生したプラズマを筐体中心部に収束させつつ成膜チャンバ１００側に移動させるための磁場を発生する複数（図６では２つ）のガイドコイル８２ａ，８２ｂが設けられている。また、プラズマ分離部１００の内側には、プラズマ分離部１００の内面に対し斜めに配置された複数のフィン８３が設けられている。

プラズマ移送部１１０は、プラズマ分離部８０側の負電圧印加部１１１と、成膜チャンバ８０側の連絡部１１３と、それらの間のパーティクル除去部１１２とに区画されている。負電圧印加部１１１とプラズマ分離部１００との間、負電圧印加部１１１とパーティクル除去部１１２との間、及びパーティクル除去部１１２と連絡部１１３との間にはそれぞれ絶縁リング８４が設けられている。これらの絶縁リング８４も、絶縁リング８１と同様にフッ素樹脂等の絶縁性材料により形成されており、各部の筺体を電気的に分離している。

負電圧印加部１１１にはプラズマの流路を規制する開口部が設けられた防着板（アパーチャ）８５が設けられている。この防着板８５には、電源から−５Ｖ〜−１５Ｖの電圧が印加される。

パーティクル除去部１１２の内側には、筐体内面に対し斜めに配置された複数のフィン８６が設けられている。このパーティクル除去部１１２には、電源から接地電圧（０Ｖ）又は正の電圧が印加される。

連絡部１１３は、前述したように成膜チャンバ９０と接続されている。この連絡部１１３の筐体外周には、パーティクル除去部１１２を通過したプラズマを成膜チャンバ１００内に移送するための磁場を発生するガイドコイル８７が設けられている。成膜チャンバ９０には、第１の実施形態と同様に、成膜すべき基板９１が配置されるステージ９２が設けられている。

以下、上述した構造を有する本実施形態に係る成膜装置を使用したカーボン膜の成膜方法について説明する。本実施形態においても、ターゲット７２としてグラファイトを使用するものとする。

成膜装置内の圧力を例えば１０^-5Ｐａ〜１０^-3Ｐａに維持し、ターゲット７２とアノード７３との間及びカソードコイル７４にそれぞれ所定の電圧又は電流を供給してプラズマを発生させる。

プラズマ発生部７０で発生したプラズマは、磁場フィルタ部８０に進入し、プラズマ分離部１００の筺体外周に配置されたガイドコイル８２ａ，８２ｂが発生する磁場により筐体中心部に収束しつつ、筐体の湾曲に沿って成膜チャンバ９０側に移動する。

一方、プラズマ発生部７０においてアーク放電により発生した電気的に中性のパーティクル又は質量に比べて電荷量が小さいパーティクルは、ガイドコイル８２ａ，８２ｂが発生する磁場の影響を受けず（又は殆ど受けず）、筐体内を直進する。これらのパーティクルの大部分は、プラズマ分離部１００の内壁、フィン８３又はプラズマ移送部１１１の入口に設けられた防着板８５等により反射を繰り返し、最終的にプラズマ分離部１００の壁面、フィン８３又は防着板８５等に捕捉される。

一方、正の電荷を有するパーティクルの一部は、プラズマとともに移動して防着板８５の開口部を通り、負電圧印加部１１１内に進入する。しかし、防着板８５には負の電圧が印加されているので、正の電荷を有するパーティクルは電気的な引力を受けてプラズマから分離され、例えばパーティクル除去部１１２に設けられたフィン８６又は筐体壁面等に捕捉される。

このようにしてパーティクルが除去されたプラズマが成膜チャンバ９０内に入り、基板９１上に炭素が堆積してカーボン膜が形成される。なお、図６において、破線はプラズマの移動経路を示している。

本実施形態においても、プラズマ移送部１１０の一部に負電圧印加部１１１を設けて正の電荷を有するパーティクルをプラズマから分離し、フィン８６及び筐体壁面に捕捉する。これにより、成膜チャンバ９０にパーティクルが進入することを防止でき、基板９１上にパーティクルを殆ど含まない高品質、且つ高密度のカーボン膜を形成することができる。また、負電圧印加部１１１の下流側に配置されたパーティクル除去部１１２には接地電圧又は正の電圧を印加しているので、負電圧印加部１１１を通過したプラズマ中の成膜材料がプラズマから分離されることが防止される。これにより、成膜速度の低下が回避される。本実施形態においても、パーティクルの極めて少ない高品質且つ高密度のカーボン膜を形成することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る成膜装置の構造を示す模式図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は磁場フィルタ部２０の筺体内に着脱自在の電極板１３１が設けられていることにあり、他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、図７において図１と同一物には同一符号を付している。

本実施形態においては、図７に示すように、プラズマ分離部４０、パーティクルトラップ部５０、並びにプラズマ移送部６０の連絡部６２及びパーティクル捕捉部６３の内側に、それぞれ電極板１３１が着脱自在に配置されている。

電極板１３１は、例えば図８に示すように絶縁スペーサ１３２を介して筺体１４０の内側に配置され、筺体１４０と電気的に分離されている。また、電極板１３１は、絶縁性端子導入部１３３を介して電源に電気的に接続されている。図７に示すように、プラズマ分離部４０、パーティクルトラップ部５０及び連絡部６２の内側に配置された電極板１３１には例えば−５Ｖ〜−１５Ｖの電圧が印加される。また、パーティクル捕捉部６３の内側に配置された電極板１３１には接地電圧（０Ｖ）又は正の電圧が印加される。なお、本実施形態において、成膜装置の筺体１４０は接地電圧に保持される。

電極板１３１は、例えば厚さが０．５〜１ｍｍのステンレス板により形成されている。図７ではプラズマ分離部４０、パーティクルトラップ部５０及び連絡部６２の電極板１３１が一体的に図示されているが、実際には例えば図９に示すように、電極板１３１は複数に分割されており、着脱が容易にできるようになっている。また、各電極板１３１は、例えば電極板１３１同士を電気的に接続する配線部材等を介して相互に電気的に接続される。これと同様に、パーティクル捕捉部６３の内側に配置された電極板１３１も複数に分割されており、各電極板同士１３１は相互に電気的に接続されている。

成膜工程を繰り返し実施すると、成膜装置の筺体内側にはパーティクルが堆積して交換又は清掃（メンテナンス）が必要になる。本実施形態においては、成膜装置の筺体内側に電極板１３１を配置し、この電極板１３１によりパーティクルを吸着する。電極板１３１は薄い金属板（ステンレス板）により形成されているので、軽量であり、簡単に交換又は清掃を行うことができる。

本実施形態の成膜装置においては、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、長期間稼働後のメンテナンスを大幅に削減でき、量産性がより一層向上するという効果を得ることができる。

なお、電極板１３１の内壁面には、図１０に模式的に示すようにパーティクルをトラップするフィン１３４が設けられていてもよい。また、本実施形態では、図８，図１１（ａ）に示すように絶縁スペーサ１３２により電極板１３１と筺体１４０とを電気的に分離している。しかし、図１１（ｂ）に示すように、筺体１４０の内面を絶縁物１４１で被覆し、この絶縁物１４１により電極板１３１と筺体１４０との間を電気的に分離してもよい。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態の成膜装置の構造を示す模式図である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点はパーティクルトラップ部５０に電極板１３１を設けていないことにあり、その他の基本的な構造は第３の実施形態と同様である。図１２において、図７と同一物には同一符号を付している。

本実施形態に係る成膜装置では、図１２に示すように、プラズマ分離部４０及びパーティクル捕捉部６３の筺体内側に電極板１３１を設けているが、パーティクルトラップ部５０には電極板１３１を設けていない。電極板１３１は電荷を有するパーティクルをプラズマ中から除去するものであるので、この図１２に示すようにプラズマの通過域に沿って電極板１３１を配置するだけでもよい。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態の成膜装置の構造を示す模式図である。本実施形態が第４の実施形態と異なる点は、パーティクルトラップ部５０を設けていない点にあり、その他の基本的な構造は第４の実施形態と同様である。図１３において、図１２と同一物には同一符号を付している。

本実施形態では、パーティクルトラップ部５０を設けていない。但し、本実施形態においてもプラズマの進行方向を斜め磁場発生コイル４３により曲げているので、プラズマ分離部４０の上部はプラズマ移送部６０との接続部よりも斜め磁場発生コイル４３の分だけ上方に突出している。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、パーティクルトラップ部５０がないため、図１２に示す成膜装置に比べて小型であり、取り扱いが容易になるという効果を奏する。

なお、上述した各実施形態では、いずれも基板上にカーボン膜を形成する場合について説明したが、これにより上述の成膜装置の用途がカーボン膜の形成に限定されるものではなく、上述した成膜装置は種々の材料からなる膜の形成に使用できることは勿論である。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）ターゲットとアノードとの間にアーク放電を発生させてプラズマを生成するプラズマ発生部と、
基体が配置される成膜チャンバと、
磁場により前記プラズマ発生部で発生したプラズマからパーティクルを除去して前記成膜チャンバに移送する磁場フィルタ部とを有し、
前記磁場フィルタ部が、前記プラズマの移動方向の上流側に配置されて筺体内側に第１の電圧が印加される第１の領域と、前記第１の領域よりもプラズマ移動方向の下流側に配置されて筺体内側に第２の電圧が印加される第２の領域とに分割されていることを特徴とする成膜装置。

（付記２）前記第１の領域及び前記第２の領域の前記筐体内側に前記筺体と電気的に分離された電極板がそれぞれ配置され、前記第１の電圧は前記第１の領域の前記電極板に印加され、前記第２の電圧は前記第２の領域の前記電極板に印加されることを特徴とする付記１に記載の成膜装置。

（付記３）前記第１の電圧は負の電圧であり、前記第２の電圧は前記第１の電圧よりも高い電圧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）前記第１の電圧が−５Ｖから−１５Ｖまでの間の電圧であり、前記第２の電圧が接地電圧又は正の電圧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）前記磁場フィルタ部は、磁場によりプラズマとパーティクルとを分離するパーティクル分離部と、前記パーティクル分離部により分離されたプラズマを前記成膜チャンバに移送するプラズマ移送部とを有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。

（付記６）前記プラズマ発生部と前記第１の領域との間、前記第１の領域と前記第２の領域との間、及び前記第２の領域と前記成膜チャンバとの間をそれぞれ電気的に分離する絶縁部を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の成膜装置。

（付記７）前記プラズマ移送部の筺体外周には、プラズマの移送経路を湾曲させる磁場を発生するコイルが設けられていることを特徴とする付記５に記載の成膜装置。

（付記８）前記プラズマ移送部内に、プラズマの移送経路に対応する開口部が設けられた防着板が配置されていることを特徴とする付記５に記載の成膜装置。

（付記９）プラズマ発生部においてターゲットとアノードとの間にアーク放電を発生させてプラズマを生成する工程と、
磁場フィルタ部により前記プラズマに磁場を印加し、前記プラズマ発生部において発生したプラズマからパーティクルを分離する工程と、
前記磁場フィルタ部を通過したプラズマ中に含まれるイオンを基体上に付着させて膜を形成する工程とを有し、
前記磁場フィルタ部を前記プラズマの移動方向に沿って複数の領域に分割し、前記プラズマ発生部側の第１の領域の筺体内側に第１の電圧を印加し、前記第１の領域よりもプラズマ移動方向下流側の第２の領域の筺体内側に第２の電圧を印加することを特徴とする成膜方法。

（付記１０）前記第１の電圧は前記第１の領域の筺体内側に筺体から電気的に分離して配置された第１の電極に印加され、前記第２の電圧は前記第２の領域の筺体内側に筺体から電気的に分離して配置された第２の電極に印加されることを特徴とする付記９に記載の成膜方法。

（付記１１）前記第１の電圧は負の電圧であり、前記第２の電圧は前記第１の電圧よりも高い電圧であることを特徴とする付記９又は１０に記載の成膜装置。

（付記１２）前記第１の電圧が−５Ｖから−１５Ｖまでの間の電圧であり、前記第２の電圧が接地電圧又は正の電圧であることを特徴とする付記９乃至１１のいずれか１項に記載の成膜方法。

（付記１３）前記磁場フィルタ部は、磁場によりプラズマとパーティクルとを分離するパーティクル分離部と、前記パーティクル分離部により分離されたプラズマを前記成膜室に移送するプラズマ移送部とを有し、前記プラズマ移送部の筺体外周には、プラズマの移送経路を湾曲させる磁場を発生するコイルが設けられていることを特徴とする付記９乃至１２のいずれか１項に記載の成膜方法。

（付記１４）前記ターゲットとして、グラファイトを用いることを特徴とする付記９乃至１３のいずれか１項に記載の成膜方法。

（付記１５）前記基体が、磁気記録媒体用基板又は磁気ヘッド形成用基板であることを特徴とする付記９乃至１４のいずれか１項に記載の成膜方法。

１０…プラズマ発生部、１１…絶縁板、１２…ターゲット、１３…アノード、１４…カソードコイル、２０…磁場フィルタ部、３０…成膜チャンバ、３１…基板（基体）、３２…ステージ、３５…基板、３６…下地膜、３７…記録層、３８…カーボン膜、４０…プラズマ分離部、４１…絶縁リング、４２ａ，４２ｂ…ガイドコイル、４３…斜め磁場発生コイル、５０…パーティクルトラップ部、５３…フィン、６０…プラズマ移送部、６１…絶縁リング、６１１，６１２…筺体、６２…プラズマ分離部側連絡部、６３…パーティクル捕捉部、６４…入口部、６４１…ガイドコイル、６４２…フィン、６５…中間部、６５２ａ，６５２ｂ…防着板、６６…出口部、６７…成膜チャンバ側連絡部、６７１…フィン、６８…ガイドコイル、７０…プラズマ発生部、７１…絶縁板、７２…ターゲット、７３…アノード、７４…カソードコイル、８０…磁場フィルタ部、８１…絶縁リング、８２ａ，８２ｂ，８７…ガイドコイル、８３…フィン、８４…絶縁リング、８５…防着板、９０…成膜チャンバ、９１…基板、９２…ステージ、９３…フィン、１００…プラズマ分離部、１１０…プラズマ移送部、１１１…負電圧印加部、１１２…パーティクル除去部、１１３連絡部、１３１…電極板、１３２…絶縁スペーサ、１３３…絶縁端子導入部、１３４…フィン、１４０…筺体、１４１…絶縁物。

Claims (10)

1. ターゲットとアノードとの間にアーク放電を発生させてプラズマを生成するプラズマ発生部と、
   基体が配置される成膜チャンバと、
   磁場により前記プラズマ発生部で発生したプラズマからパーティクルを除去して前記成膜チャンバに移送する磁場フィルタ部とを有し、
   前記磁場フィルタ部が、前記プラズマの移動方向の上流側に配置されて筺体内側に第１の電圧が印加される第１の領域と、前記第１の領域よりもプラズマ移動方向の下流側に配置されて筺体内側に第２の電圧が印加される第２の領域とに分割されていることを特徴とする成膜装置。
2. 前記第１の領域及び前記第２の領域の前記筐体内側に前記筺体と電気的に分離された電極板がそれぞれ配置され、前記第１の電圧は前記第１の領域の前記電極板に印加され、前記第２の電圧は前記第２の領域の前記電極板に印加されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記第１の電圧が−５Ｖから−１５Ｖまでの間の電圧であり、前記第２の電圧が接地電圧又は正の電圧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. 前記磁場フィルタ部は、磁場によりプラズマとパーティクルとを分離するパーティクル分離部と、前記パーティクル分離部により分離されたプラズマを前記成膜チャンバに移送するプラズマ移送部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記プラズマ移送部の筺体外周には、プラズマの移送経路を湾曲させる磁場を発生するコイルが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
6. プラズマ発生部においてターゲットとアノードとの間にアーク放電を発生させてプラズマを生成する工程と、
   磁場フィルタ部により前記プラズマに磁場を印加し、前記プラズマ発生部において発生したプラズマからパーティクルを分離する工程と、
   前記磁場フィルタ部を通過したプラズマ中に含まれるイオンを基体上に付着させて膜を形成する工程とを有し、
   前記磁場フィルタ部を前記プラズマの移動方向に沿って複数の領域に分割し、前記プラズマ発生部側の第１の領域の筺体内側に第１の電圧を印加し、前記第１の領域よりもプラズマ移動方向下流側の第２の領域の筺体内側に第２の電圧を印加することを特徴とする成膜方法。
7. 前記第１の電圧は前記第１の領域の筺体内側に筺体から電気的に分離して配置された第１の電極に印加され、前記第２の電圧は前記第２の領域の筺体内側に筺体から電気的に分離して配置された第２の電極に印加されることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
8. 前記第１の電圧が−５Ｖから−１５Ｖまでの間の電圧であり、前記第２の電圧が接地電圧又は正の電圧であることを特徴とする請求項６又は７に記載の成膜方法。
9. 前記ターゲットとして、グラファイトを用いることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の成膜方法。
10. 前記基体が、磁気記録媒体用基板又は磁気ヘッド形成用基板であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の成膜方法。

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