JP2015117400A - 炭素膜の形成装置、炭素膜の形成方法、及び、磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を形成することができる炭素膜の形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の炭素膜の形成装置１０は、減圧可能な成膜室１０１と、成膜室１０１内で基板Ｄを保持可能なホルダ１０２と、成膜室１０１内に炭素を含む原料の気体Ｇを導入する導入管１０３と、ホルダ１０２に保持される基板Ｄに向けてイオンビームを照射するイオン源１０４と、イオン源１０４とホルダ１０２との間のイオンの加速領域に、イオン源１０４の中心とホルダ１０２に保持されたときの基板Ｄの中心にあたる位置Ｄ_０とを結ぶ中心軸Ｃを囲むように配置された筒状の電極１１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素膜の形成装置、炭素膜の形成方法、及び、磁気記録媒体の製造方法に関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等に用いられる磁気記録媒体の分野では、記録密度の向上が著しく、最近では記録密度が１年間で１．５倍程度と、驚異的な速度で伸び続けている。このような記録密度の向上を支える技術は多岐にわたるが、キーテクノロジーの一つとして、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間における摺動特性の制御技術を挙げることができる。

例えば、ウインチェスター様式と呼ばれる、磁気ヘッドの起動から停止までの基本動作を磁気記録媒体に対して接触摺動−浮上−接触摺動としたＣＳＳ（接触起動停止）方式がハードディスクドライブの主流となって以来、磁気記録媒体上での磁気ヘッドの接触摺動は避けることのできないものとなっている。

このため、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間のトライボロジーに関する問題は、宿命的な技術課題となって現在に至っており、磁気記録媒体の磁性膜上に積層される保護膜を改善する努力が営々と続けられていると共に、この媒体表面における耐摩耗性及び耐摺動性が、磁気記録媒体の信頼性向上の大きな柱となっている。

磁気記録媒体の保護膜としては、様々な材質からなるものが提案されているが、成膜性や耐久性等の総合的な見地から、主に炭素膜が採用されている。また、この炭素膜の硬度、密度、動摩擦係数等は、磁気記録媒体のＣＳＳ特性、あるいは耐コロージョン特性に如実に反映されるため、非常に重要である。

一方、磁気記録媒体の記録密度の向上を図るためには、磁気ヘッドの飛行高さ（フライングハイト）の低減、媒体回転数の増加等を行うことが好ましい。したがって、磁気記録媒体の表面に形成される保護膜には、磁気ヘッドの偶発的な接触等に対応するため、より高い摺動耐久性や平坦性が要求されるようになってきている。加えて、磁気記録媒体と磁気ヘッドとのスペーシングロスを低減して記録密度を高めるためには、保護膜の厚さをできるだけ薄く、例えば３０Å以下の膜厚にすることが要求されるようになってきており、平滑性は勿論のこと、薄く、緻密で且つ強靭な保護膜が強く求められている。

また、上述した磁気記録媒体の保護膜に用いられる炭素膜は、スパッタリング法やＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法等によって形成される。このうち、スパッタリング法で形成した炭素膜は、例えば１００Å以下の膜厚とした場合に、その耐久性が不十分となることがある。一方、ＣＶＤ法で形成した炭素膜は、その表面の平滑性が低く、膜厚を薄くした場合に、磁気記録媒体の表面の被覆率が低下して、磁気記録媒体のコロージョンが発生する場合がある。一方、イオンビーム蒸着法は、上述したスパッタリング法やＣＶＤ法に比べて、高硬度で平滑性が高く、緻密な炭素膜を形成することが可能である。

イオンビーム蒸着法による炭素膜の形成方法としては、例えば、真空雰囲気下の成膜室内で、加熱されたフィラメント状カソードとアノードとの間の放電により成膜原料ガスをプラズマ状態とし、これをマイナス電位の基板表面に加速衝突させることにより、硬度の高い炭素膜を安定して成膜する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０００−２２６６５９号公報

ところで、磁気記録媒体の記録密度を更に向上させるためには、上述した炭素膜を今まで以上に薄膜化することが求められる。しかしながら、磁気記録媒体の耐摩耗性や耐コロージョン性を確保するためには、磁気記録媒体の表面に形成された炭素膜の最も薄い部分を基準に膜厚の管理を行う必要がある。このため、磁気記録媒体の表面に形成された炭素膜が面内で膜厚分布を有すると、炭素膜の薄膜化が難しくなる。特に、特許文献１に記載された方法では、炭素ガスの励起源であるフィラメントの形状が横又は縦方向に長さを有しているため、基板表面に析出する炭素膜にフィラメントの形状に依存する膜厚分布が生じることになる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を形成することができる炭素膜の形成装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を形成することができる炭素膜の形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を磁気記録媒体の保護層に用いることによって、耐摩耗性、耐コロージョン性に優れた磁気記録媒体を得ることを可能とした磁気記録媒体の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
（１）減圧可能な成膜室と、前記成膜室内で基板を保持可能なホルダと、前記成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入する導入管と、前記ホルダに保持される前記基板に向けてイオンビームを照射するイオン源と、前記イオン源と前記ホルダとの間のイオンの加速領域に、前記イオン源の中心と前記ホルダに保持されたときの前記基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように配置された筒状の電極と、を備えることを特徴とする炭素膜の形成装置。
（２）前記筒状の電極が円筒状であることを特徴とする（１）に記載の炭素膜の形成装置。
（３）減圧した成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入し、この気体をイオン源においてイオン化し、このイオン化した気体を加速して基板の表面に照射することによって、ホルダに保持された基板の表面に炭素膜を形成する炭素膜の形成方法であって、前記イオン源と前記ホルダとの間のイオンの加速領域に、前記イオン源の中心と前記ホルダに保持されたときの前記基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように筒状の電極を配置して、前記イオン源のアノード電極に対し前記筒状の電極に正又は負の電圧を印加し、前記筒状の電極に対し前記ホルダに負の電圧を印加して、前記炭素膜の形成を行うことを特徴とする炭素膜の形成方法。
（４）前記筒状の電極に印加する電圧が負の電圧であり、その負の電圧が５０〜２００Ｖであることを特徴とする（３）に記載の炭素膜の形成方法。
（５）前記筒状の電極に印加する電圧が正の電圧であり、その正の電圧が５０〜２００Ｖであることを特徴とする請求項３に記載の炭素膜の形成方法。
（６）（３）〜（５）のいずれか一項に記載の炭素膜の形成方法を用いて、少なくとも磁性層が形成された非磁性基板の上に炭素膜を形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

本発明によれば、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を形成することができる炭素膜の形成装置を提供できる。
また、本発明によれば、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を形成することができる炭素膜の形成方法を提供できる。
また、本発明によれば、基板の広範囲において均一な厚みを有する、高硬度で緻密な炭素膜を磁気記録媒体の保護層に用いることによって、耐摩耗性、耐コロージョン性に優れた磁気記録媒体を得ることを可能とした磁気記録媒体の製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態を適用した炭素膜の形成装置を模式的に示す概略構成図である。 マグネットが印加する磁場とその磁力線の方向を示す模式図である。 本発明を適用して製造される磁気記録媒体の一例を示す断面図である。 本発明を適用して製造される磁気記録媒体の他の例を示す断面図である。 磁気記録再生装置の一例を示す断面図である。 本発明を適用したインライン式成膜装置の構成を示す平面図である。 本発明を適用したインライン式成膜装置のキャリアを示す側面図である。 図７に示すキャリアを拡大して示す側面図である。 実施例１〜３及び比較例１の基体について、半径方向の炭素膜の膜厚分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

〔炭素膜の形成装置〕
先ず、本発明を適用した炭素膜の形成装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した炭素膜の形成装置を模式的に示す概略構成図である。図１においては、ホルダ１０２に基板Ｄが保持された状態を示している。
図１に示す炭素膜の形成装置１０は、イオンビーム蒸着法を用いた成膜装置であり、減圧可能な成膜室１０１と、成膜室１０１内で基板Ｄを保持可能なホルダ１０２と、成膜室１０１内に炭素を含む原料の気体Ｇを導入する導入管１０３と、ホルダ１０２に保持される基板Ｄに向けてイオンビームを照射するイオン源１０４と、イオン源１０４とホルダ１０２との間に、イオン源１０４の中心とホルダ１０２に保持されたときの基板Ｄの中心にあたる位置Ｄ_０とを結ぶ中心軸Ｃを囲むように配置された筒状の電極１１２と、を備えて概略構成されている。

また、図１に示す炭素膜の形成装置は、カソード電極１０４を通電により加熱する第１の電源１０６と、カソード電極１０４ａとアノード電極１０４ｂとの間で放電を生じさせる第２の電源１０７と、筒状の電極１１２に対し基板Ｄに負の電圧を与える第３の電源１０８と、アノード電極１０４ｂに対し筒状の電極１１２に正又は負の電圧を与える第４の電源１１１と、を備えている。なお、図１においては、第４の電源１１１は、アノード電極１０４ｂに対し筒状の電極１１２に負の電圧を与える例を示している。

図１に示すイオン源１０４は、フィラメント状のカソード電極１０４ａと、カソード電極１０４ａの周囲に配置されたアノード電極１０４ｂとを備えている。

また、図１に示す炭素膜の形成装置はさらに、成膜室１０１の側壁１０１ａの外周囲に配置されて、イオン源１０４の中心とホルダ１０２に保持されたときの基板Ｄの中心にあたる位置Ｄ_０とを結ぶ中心軸Ｃに対して回転駆動可能なマグネット１０９を備えている。
成膜室の側壁は円筒状であることが好ましいが、円筒状には限定されない。マグネットは、側壁が円筒状である場合には円筒状であることが好ましいが、複数の直方体状の磁石（マグネット）によって側壁を囲むように配置された構成としてもよい。

筒状の電極１１２は、基板Ｄが円板状である場合には円筒状であることが好ましいが、円筒状には限定されない。筒状の電極の中心軸は、イオン源１０４の中心とホルダ１０２に保持されたときの基板Ｄの中心にあたる位置Ｄ_０とを結ぶ中心軸Ｃに一致していることが好ましい。ここで、筒状の電極の中心軸とは、筒状の電極が中心軸Ｃの方向から見て回転対称性を有する場合にはその回転対称軸を指す。

成膜室１０１は、チャンバ壁１０１ａによって気密に構成されると共に、真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管１１０を通じて内部を減圧排気することが可能となっている。

第１の電源１０６は、カソード電極１０４ａに接続された交流電源であり、炭素膜の成膜時にカソード電極１０４ａに電力を供給する。また、第１の電源１０６には、交流電源に限らず、直流電源を用いてもよい。

第２の電源１０７は、−電極側がカソード電極１０４ａに、＋電極側がアノード電極１０４ｂに接続された直流電源であり、炭素膜の成膜時にカソード電極１０４ａとアノード電極１０４ｂとの間で放電を生じさせる。

第３の電源１０８は、＋電極側が筒状の電極１１２に、−電極側が基板Ｄに接続された直流電源であり、炭素膜の成膜時にイオン源１０４に対しホルダ１０２に保持された基板Ｄに負の電圧を付与する。
図１に示す例では、基板Ｄには、第３の電源１０８及び第４の電源１１１によって、アノード電極１０４ｂに対し負電圧が印加されるようになっている。

第４の電源１１１は、図１に示す例では＋電極側がアノード電極１０４ｂに、−電極側が筒状の電極１１２に接続された直流電源であるが、＋電極側が筒状の電極１１２に、−電極側がアノード電極１０４ｂに接続された直流電源であってもよく、炭素膜の成膜時にアノード電極１０４ｂに対し筒状の電極１１２に正又は負の電圧を付与する。

マグネット１０９は、永久磁石又は電磁石からなり、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置されると共に、駆動モータ（図示せず）により周方向に回転駆動することが可能となっている。また、マグネット１０９として永久磁石を用いる場合には、強い磁場を発生させることができる焼結磁石を用いることが好ましい。

ここで、マグネット１０９の回転とは、マグネット１０９を３６０°の角度を超えて一方向に連続回転させることに加え、３６０°未満の角度で、往復回転（揺動）させる場合も含む。例えば、マグネット１０９として、回転の中心軸に対して等間隔で平行に複数の棒磁石を配置した場合、その棒磁石の最短の間隔が中心軸に対してＸ°を為す場合、往復回転（揺動）させる角度範囲をＸ°とすれば、成膜室１０１内で発生する磁界を均一なものとすることが可能である。また、電磁石を用いる場合は、電力を供給する必要があるため、１８０°以上３６０°未満の角度で往復回転させることが好ましい。

なお、本発明では、基板Ｄのサイズにもよるが、外径３．５インチの円盤状の基板に炭素膜を成膜する場合、第１の電源１０６については、電圧を１０〜１００Ｖの範囲、電流を直流又は交流で５〜５０Ａの範囲に設定することが好ましく、第２の電源１０７については、電圧を５０〜３００Ｖの範囲、電流を１０〜５０００ｍＡの範囲に設定することが好ましい。第３の電源１０８については、電圧を５０〜５００Ｖの範囲、電流を５０〜２００ｍＡの範囲に設定することが好ましい。
第４の電源１１１については、電圧を３０〜４００Ｖの範囲に設定することが好ましく、高い電流安定性のためには電圧を５０〜２００Ｖの範囲に設定することがより好ましい。また、膜厚分布のばらつきをより小さくするためには１００〜１８０Ｖの範囲に設定することがより好ましい。
マグネット１０９の回転数については、例えば２０〜２００ｒｐｍの範囲に設定することが好ましい。

以上のような構造を有する炭素膜の形成装置を用いて、基板Ｄの表面に炭素膜を形成する際は、排気管１１０を通じて減圧された成膜室１０１の内部に、導入管１０３を通じて炭素を含む原料の気体Ｇを導入する。この原料の気体Ｇは、第１の電源１０６からの電力の供給により加熱されたカソード電極１０４ａの熱プラズマと、第２の電源１０７に接続されたカソード電極１０４ａとアノード電極１０４ｂとの間で放電により発生したプラズマとによって励起分解されてイオン化した気体（炭素イオン）となる。そして、このプラズマ中で励起された炭素イオンは、第３の電源１０８及び第４の電源１１１によりマイナス電位とされた基板Ｄに向かって加速しながら、この基板Ｄの表面に衝突することになる。

ここで、本実施形態を適用した炭素膜の形成装置では、筒状の電極１１２によって、原料の気体Ｇをイオン化した気体を加速する領域（イオンの加速領域）において、イオンビームの進行方向に直交する方向の拡がりに影響する電場を印加することができる。

本実施形態を適用した炭素膜の形成装置では、炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射するときに、アノード電極１０４ｂに対し筒状の電極１１２に負の電圧を印加することによって、この基板Ｄの表面に向かって加速照射される炭素イオンビームは筒状の電極１１２に引き寄せされ、筒状の電極１１２の印加がない場合よりも炭素イオンビームの拡がりが大きくなる。筒状の電極１１２に印加する電圧の大きさにより、炭素イオンビームの拡がりを調整できる。炭素イオンビームの拡がりを調整することにより、筒状の電極１１２の印加がない場合よりも基板の周縁部へも十分な炭素イオンが入射するようにできる。筒状の電極１１２に印加する電圧の大きさを調整して、炭素膜の膜厚分布を均一化して、基板Ｄ表面の周縁部の炭素膜の膜厚分布がより均一な基板を作製することができる。

一方、炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射するときに、アノード電極１０４ｂに対し筒状の電極１１２に正の電圧を印加することによって、この基板Ｄの表面に向かって加速照射される炭素イオンビームは筒状の電極１１２の中心軸側に力を受けて収束し、筒状の電極１１２の印加がない場合よりも炭素イオンビームの拡がりは小さくなる。この場合、より小径の基板において、炭素膜の膜厚分布を均一化して、基板Ｄ表面の周縁部の炭素膜の膜厚分布がより均一な基板を作製することができる。

本発明の炭素膜の形成装置を用いて炭素膜を形成する際には、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置されたマグネット１０９によって、原料の気体Ｇをイオン化する領域又はイオン化した気体（イオンビーム）を加速する領域（以下、励起空間という。）において磁場を印加してもよい。
炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射するときに、外部から磁場を印加することによって、この基板Ｄの表面に向かって加速照射される炭素イオンのイオン密度を高めることができる。これにより、励起空間内のイオン密度が高められると、この励起空間内の励起力が高められ、より高いエネルギー状態となった炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射することができ、その結果、基板Ｄの表面に硬度が高く緻密性の高い炭素膜を成膜することが可能となる。

さらに、励起空間の周囲に配置されたマグネット１０９を周方向に回転させることによって、この励起空間に印加される磁場の分布を均一なものとし、この励起空間中の炭素イオンの分布を均一化して基板Ｄの表面に照射することができる。したがって、基板Ｄの表面に形成される炭素膜の膜厚分布も安定化させることが可能である。

マグネット１０９が印加する磁場とその磁力線の方向については、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すような構成を採用することができる。

すなわち、図２（ａ）に示す構成（図１に示す場合と同様な構成）では、成膜室１０１のチャンバ壁１０１ａの周囲に、Ｓ極が基板Ｄ側、Ｎ極がカソード電極１０４ａ側となるようにマグネット１０９が配置されている。この構成の場合、マグネット１０９によって生ずる磁力線Ｍは、成膜室１０１の中央付近においては、イオンビームＢの加速方向とほぼ平行となる。成膜室１０１内の磁力線Ｍの方向をこのような方向に設定することにより、励起空間における炭素イオンを、その磁気モーメントにより成膜室１０１内の中央付近に集中させ、この励起空間内のイオン密度を効率良く高めることが可能である。

一方、図２（ｂ）に示す構成では、成膜室１０１のチャンバ壁１０１ａの周囲に、Ｓ極がカソード電極１０４ａ側、Ｎ極が基板Ｄ側となるようにマグネット１０９が配置されている。一方、図２（ｃ）に示す構成では、成膜室１０１のチャンバ壁１０１ａの周囲に、Ｎ極とＳ極との向きを内周側と外周側とで交互に入れ替えた複数のマグネット１０９が配置されている。いずれの場合も、マグネット１０９によって生ずる磁力線Ｍは、成膜室１０１の中央付近においては、イオンビームＢの加速方向とほぼ平行となり、これにより励起空間内のイオン密度を効率良く高めることが可能である。

また、強い磁場を発生させるために焼結磁石が好適に用いられるが、マグネット１０９に焼結磁石を用いた場合、１つの大きなマグネット１０９を製造することが困難なために、マグネット１０９をチャンバ壁１０１ａの周囲に複数並べて配置することが行われている。この場合、これらチャンバ壁１０１ａの周囲に配置された複数のマグネット１０９によって発生する磁場は、励起空間内において必ずしも一定（対称形）なものとはならない。そこで、本発明では、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置された複数のマグネット１０９を周方向に回転させることで、励起空間内での磁場分布を均一なものとしている。

さらに、マグネット１０９を電磁石によって構成する場合も、電磁石は磁心へのコイルの巻き方によって発生する磁界に分布が生ずるため、このような電磁石で構成されたマグネット１０９を周方向に回転させることで、励起空間内での磁場分布を均一なものとすることが可能である。

なお、図１に示す炭素膜の形成装置では、基板Ｄの片面にのみ炭素膜を成膜する構成となっているが、基板Ｄの両面に炭素膜を成膜する構成とすることも可能である。この場合、基板Ｄの片面にのみ炭素膜を成膜する場合と同様の装置構成を、成膜室１０１内の基板Ｄを挟んだ両側に配置すればよい。

〔炭素膜の形成方法〕
本発明の一実施形態に係る炭素膜の形成方法は、減圧した成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入し、この気体をイオン源においてイオン化し、このイオン化した気体を加速して基板の表面に照射することによって、ホルダに保持された基板の表面に炭素膜を形成する炭素膜の形成方法であって、イオン源とホルダとの間に、イオン源の中心とホルダに保持されたときの前記基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように筒状の電極を配置して、イオン源のアノード電極に対し筒状の電極に正又は負の電圧を印加し、筒状の電極に対しホルダに負の電圧を印加して、炭素膜の形成を行うことを特徴とするものである。
以下の説明において、構成要素に続く符号は図面に記載の符号に相当する。

本発明を適用した炭素膜の形成方法では、炭素を含む原料の気体Ｇとして、例えば炭化水素を含むものを用いることができる。炭化水素としては、低級飽和炭化水素、低級不飽和炭化水素、低級環式炭化水素のうち何れか１種又は２種以上の低炭素炭化水素を用いることが好ましい。なお、ここでいう低級とは、炭素数が１〜１０の場合を指す。

このうち、低級飽和炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン等を用いることができる。一方、低級不飽和炭化水素としては、イソプレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン等を用いることができる。一方、低級環式炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサジエン等を用いることができる。

本発明において、低級炭化水素を用いることが好ましいとしたのは、炭化水素の炭素数が上記範囲を越えると、導入管１０３から気体として供給することが困難となることに加え、放電時の炭化水素の分解が進行しににくくなり、炭素膜が強度に劣る高分子成分を多く含むものとなるためである。

さらに、本発明では、成膜室１０１内でのプラズマの発生を誘発するため、炭素を含む原料の気体Ｇに、不活性ガスや水素ガスなどを含有させた混合ガス等を用いても良い。この混合ガスにおける炭化水素と不活性ガス等との混合割合は、炭化水素：不活性ガスを２：１〜１：１００（体積比）の範囲に設定することが好ましい。

本発明を適用した炭素膜の形成方法では、イオン源とホルダとの間にイオン源の中心とホルダに保持されたときの基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように筒状の電極が配置された成膜装置を用いて、減圧された成膜室１０１内に炭素を含む原料の気体Ｇを導入し、この原料の気体Ｇを通電により加熱されたフィラメント状のカソード電極１０４ａと、その周囲に設けられたアノード電極１０４ｂとの間で放電によりイオン化し、このイオン化した気体を基板Ｄの表面に加速照射するときに、イオン源のアノード電極に対し筒状の電極に正又は負の電圧を印加し、筒状の電極に対しホルダに負の電圧を印加して、それらの電圧の大きさを、イオンビームの拡がりが基板の大きさに合うように調整して、従来よりも均一な膜厚を有する炭素膜を形成することが可能である。

本発明を適用した炭素膜の形成方法では、炭素イオンを基板の表面に加速照射するときに、アノード電極に対し筒状の電極に負の電圧を印加することによって、この基板の表面に向かって加速照射される炭素イオンビームは筒状の電極に引き寄せされ、筒状の電極の印加がない場合よりも炭素イオンビームの拡がりは大きくなる。筒状の電極に印加する電圧の大きさにより、炭素イオンビームの拡がりを調整できる。炭素イオンビームの拡がりを調整することにより、筒状の電極の印加がない場合よりも基板の周縁部へも十分な炭素イオンが入射するようにできる。筒状の電極に印加する電圧の大きさを調整して、炭素膜の膜厚分布を均一化して、基板表面の周縁部の炭素膜の膜厚分布がより均一な基板を作製することができる。

一方、炭素イオンを基板の表面に加速照射するときに、アノード電極に対し筒状の電極に正の電圧を印加することによって、この基板の表面に向かって加速照射される炭素イオンビームは筒状の電極の中心軸側に力を受けて収束し、筒状の電極の印加がない場合よりも炭素イオンビームの拡がりは小さくなる。この場合、より小径の基板において、炭素膜の膜厚分布を均一化して、基板Ｄ表面の周縁部の炭素膜の膜厚分布がより均一な基板を作製することができる。

本発明を適用した炭素膜の成膜方法では、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置されたマグネット１０９によって、原料の気体Ｇをイオン化する領域又はイオン化した気体（イオンビーム）を加速する領域（以下、励起空間という。）において磁場を印加してもよい。
炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射するときに、外部から磁場を印加することによって、この基板Ｄの表面に向かって加速照射される炭素イオンのイオン密度を高めることができる。これにより、励起空間内のイオン密度が高められると、この励起空間内の励起力が高められ、より高いエネルギー状態となった炭素イオンを基板Ｄの表面に加速照射することができ、その結果、基板Ｄの表面に硬度が高く緻密性の高い炭素膜を成膜することが可能となる。

さらに、励起空間の周囲に配置されたマグネット１０９を周方向に回転させることによって、この励起空間に印加される磁場の分布を均一なものとし、この励起空間中の炭素イオンの分布を均一化して基板Ｄの表面に照射することができる。したがって、基板Ｄの表面に形成される炭素膜の膜厚分布も安定化させることが可能である。

（磁気記録媒体の製造方法）
次に、本発明を適用した磁気記録媒体の製造方法について説明する。
本実施形態では、複数の成膜室の間で成膜対象となる基板を順次搬送させながら成膜処理を行うインライン式成膜装置を用いて、ハードディスク装置に搭載される磁気記録媒体を製造する場合を例に挙げて説明する。

（磁気記録媒体）
本発明を適用して製造される磁気記録媒体は、例えば図３に示すように、非磁性基板８０の両面に、軟磁性層８１、中間層８２、記録磁性層８３及び保護層８４が順次積層された構造を有し、更に最表面に潤滑膜８５が形成されてなる。また、軟磁性層８１、中間層８２及び記録磁性層８３によって磁性層８１０が構成されている。

そして、この磁気記録媒体では、保護層８４として、上記本発明を適用した炭素膜の形成方法を用いて、高硬度で緻密な炭素膜が均一な厚みで形成されている。この場合、磁気記録媒体では、炭素膜の膜厚を薄くすることが可能であり、具体的には炭素膜の膜厚を２ｎｍ程度以下とすることが可能である。

したがって、本発明では、このような磁気記録媒体と磁気ヘッドとの距離を狭く設定することが可能となり、その結果、この磁気記録媒体の記録密度を高めると共に、この磁気記録媒体の耐コロージョン性を高めることが可能である。

以下、上記磁気記録媒体の保護層８４以外の各層について説明する。
非磁性基板８０としては、Ａｌを主成分とした例えばＡｌ−Ｍｇ合金等のＡｌ合金基板や、通常のソーダガラス、アルミノシリケート系ガラス、結晶化ガラス類、シリコン、チタン、セラミックス、各種樹脂からなる基板など、非磁性基板であれば任意のものを用いることができる。

その中でも、Ａｌ合金基板や、結晶化ガラス等のガラス製基板、シリコン基板を用いることが好ましく、また、これら基板の平均表面粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．５ｎｍ以下であり、その中でも特に０．１ｎｍ以下であることが好ましい。

磁性層８１０は、面内磁気記録媒体用の面内磁性層でも、垂直磁気記録媒体用の垂直磁性層でもかまわないが、より高い記録密度を実現するためには垂直磁性層が好ましい。また、磁性層８１０は、主としてＣｏを主成分とする合金から形成するのが好ましい。例えば、垂直磁気記録媒体用の磁性層８１０としては、例えば軟磁性のＦｅＣｏ合金（ＦｅＣｏＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＦｅＣｏＺｒ、ＦｅＣｏＺｒＢ、ＦｅＣｏＺｒＢＣｕなど）、ＦｅＴａ合金（ＦｅＴａＮ、ＦｅＴａＣなど）、Ｃｏ合金（ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＺｒＮＢ、ＣｏＢなど）等からなる軟磁性層８１と、Ｒｕ等からなる中間層８２と、６０Ｃｏ−１５Ｃｒ−１５Ｐｔ合金や７０Ｃｏ−５Ｃｒ−１５Ｐｔ−１０ＳｉＯ_２合金からなる記録磁性層８３とを積層したものを利用できる。また、軟磁性層８１と中間層８２との間にＰｔ、Ｐｄ、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒなどからなる配向制御膜を積層してもよい。一方、面内磁気記録媒体用の磁性層８１０としては、非磁性のＣｒＭｏ下地層と強磁性のＣｏＣｒＰｔＴａ磁性層とを積層したものを利用できる。

磁性層８１０の全体の厚さは、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、磁性層８１０は使用する磁性合金の種類と積層構造に合わせて、十分なヘッド出入力が得られるように形成すればよい。磁性層８１０の膜厚は、再生の際に一定以上の出力を得るにはある程度以上の磁性層の膜厚が必要であり、一方で記録再生特性を表す諸パラメーターは出力の上昇とともに劣化するのが通例であるため、最適な膜厚に設定する必要がある。

潤滑膜８５に用いる潤滑剤としては、パーフルオロエーテル（ＰＦＰＥ）等の弗化系液体潤滑剤、脂肪酸等の固体潤滑剤を用いることができ。通常は１〜４ｎｍの厚さで潤滑層８５を形成する。潤滑剤の塗布方法としては、ディッピング法やスピンコート法など従来公知の方法を使用すればよい。

また、本発明を適用して製造される他の磁気記録媒体としては、例えば図４に示すように、上記記録磁性層８３に形成された磁気記録パターン８３ａが非磁性領域８３ｂによって分離されてなる、いわゆるディスクリート型の磁気記録媒体であってもよい。

また、ディスクリート型の磁気記録媒体については、磁気記録パターン８３ａが１ビットごとに一定の規則性をもって配置された、いわゆるパターンドメディアや、磁気記録パターン８３ａがトラック状に配置されたメディア、その他、磁気記録パターン８３ａがサーボ信号パターン等を含んでいてもよい。

このようなディスクリート型の磁気記録媒体は、記録磁性層８３の表面にマスク層を設け、このマスク層に覆われていない箇所を反応性プラズマ処理やイオン照射処理等に曝すことによって記録磁性層８３の一部を磁性体から非磁性体に改質し、非磁性領域８３ｂを形成することにより得られる。

（磁気記録再生装置）
また、上記磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置としては、例えば図５に示すようなハードディスク装置を挙げることができる。このハードディスク装置は、上記磁気記録媒体である磁気ディスク９６と、磁気ディスク９６を回転駆動させる媒体駆動部９７と、磁気ディスク９６に情報を記録再生する磁気ヘッド９８と、ヘッド駆動部９９と、記録再生信号処理系１００とを備えている。そして、磁気再生信号処理系１００は、入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド９８に送り、磁気ヘッド９８からの再生信号を処理してデータを出力する。

（インライン式成膜装置）
上記磁気記録媒体を製造する際は、例えば図６に示すような本発明を適用したインライン式成膜装置（磁気記録媒体の製造装置）を用いて、成膜対象となる非磁性基板８０の両面に、少なくとも軟磁性層８１、中間層８２及び記録磁性層８３からなる磁性層８１０と、保護層８４とを順次積層することによって、保護層８４として高硬度で緻密な炭素膜を備えた上記磁気記録媒体を安定して製造することができる。

具体的に、本発明を適用したインライン式成膜装置は、ロボット台１と、ロボット台１上に截置された基板カセット移載ロボット３と、ロボット台１に隣接する基板供給ロボット室２と、基板供給ロボット室２内に配置された基板供給ロボット３４と、基板供給ロボット室２に隣接する基板取り付け室５２と、キャリア２５を回転させるコーナー室４、７、１４、１７と、各コーナー室４、７、１４、１７の間に配置された処理チャンバ５、６、８〜１３、１５、１６、１８〜２１と、処理チャンバ２０に隣接して配置された基板取り外し室５４と、基板取り付け室５２が一緒になったチャンバ３Ａと、基板取り外し室５４に隣接して配置された基板取り外しロボット室２２と、基板取り外しロボット室２２内に設置された基板取り外しロボット４９と、これら各室の間で搬送される複数のキャリア２５とを有して概略構成されている。

また、各室２、５２、４〜２１、５４、３Ａは、隣接する２つの壁部にそれぞれ接続されており、これら各室２、５２、４〜２１、５４、３Ａの接続部には、ゲートバルブ５５〜７１が設けられ、これらゲートバルブ５５〜７２が閉状態のとき、各室内は、それぞれ独立の密閉空間となる。

また、各室２、５２、４〜２１、５４、３Ａには、それぞれ真空ポンプ（図示せず）が接続されており、これらの真空ポンプの動作によって減圧状態となされた各室内に、搬送機構（図示せず）によりキャリア２５を順次搬送させながら、各室内において、キャリア２５に装着された非磁性基板８０の両面に、上述した軟磁性層８１、中間層８２及び記録磁性層８３、及び保護層８４を順次成膜することによって、最終的に図３に示す磁気記録媒体が得られるように構成されている。また、各コーナー室４、７、１４、１７は、キャリア２５の移動方向を変更する室であり、その内部にキャリア２５を回転させて次の成膜室に移動させる機構が設けられている。

基板カセット移載ロボット３は、成膜前の非磁性基板８０が収納されたカセットから、基板取り付け室２に非磁性基板８０を供給するとともに、基板取り外し室２２で取り外された成膜後の非磁性基板８０（磁気記録媒体）を取り出す。この基板取り付け・取り外し室２、２２の一側壁には、外部に開放された開口と、この開口を開閉する５１、５５が設けられている。

基板取り付け室５２の内部では、基板供給ロボット３４を用いて成膜前の非磁性基板８０がキャリア２５に装着される。一方、基板取り外し室５４の内部では、基板取り外しロボット４９を用いて、キャリア２５に装着された成膜後の非磁性基板８０（磁気記録媒体）が取り外される。基板取り外し室５４から搬送されたキャリア２５を基板取り付け室５２へと搬送させる。

処理チャンバ５、６、８〜１３、１５、１６、１８〜２１のうち、処理チャンバ５、６、８〜１３、１５、１６によって、上記磁性層８１０を形成するための複数の成膜室が構成されている。これら成膜室は、非磁性基板８０の両面に、上述した軟磁性層８１、中間層８２及び記録磁性層８３を形成する機構を備えている。

一方、処理チャンバ１８〜２０によって保護層８４を形成するための成膜室が構成されている。これら成膜室は、図１に示すイオンビーム蒸着法を用いた成膜装置と同様の装置構成を備え、上記磁性層８１０が形成された非磁性基板８０の表面に、保護層８４として、上述した高硬度で緻密な炭素膜を形成する。

なお、処理チャンバは、図４に示す磁気記録媒体を製造する場合は、更に、マスク層をパターニングするパターニングチャンバや、記録磁性層８３のうち、パターンニング後のマスク層によって覆われていない箇所に対し、反応性プラズマ処理又はイオン照射処理を行い、記録磁性層８３の一部を磁性体から非磁性体に改質することによって、非磁性領域８３ｂによって分離された磁気記録パターン８３ｂを形成する改質チャンバ、マスク層を除去する除去チャンバを追加した構成とすればよい。

また、各処理チャンバ５、６、８〜１３、１５、１６、１８〜２１には、処理用ガス供給管が設けられ、供給管には、図示しない制御機構によって開閉が制御されるバルブが設けられ、これらバルブ及びポンプ用ゲートバルブを開閉操作することにより、処理用ガス供給管からのガスの供給、チャンバ内の圧力およびガスの排出が制御される。

キャリア２５は、図７及び図８に示すように、支持台２６と、支持台２６の上面に設けられた複数の基板装着部２７とを有している。なお、本実施形態では、基板装着部２７を２基搭載した構成のため、これら基板装着部２７に装着される２枚の非磁性基板８０を、それぞれ第１成膜用基板２３及び第２成膜用基板２４として扱うものとする。

基板装着部２７は、第１及び第２成膜用基板２３，２４の厚さの１〜数倍程度の厚さを有する板体２８に、これら成膜用基板２３、２４の外周より若干大径となされた円形状の貫通穴２９が形成されて構成され、貫通穴２９の周囲には、該貫通穴２９の内側に向かって突出する複数の支持部材３０が設けられている。この基板装着部２７には、貫通穴２９の内部に第１及び第２成膜用基板２３、２４が嵌め込まれ、その縁部に支持部材３０が係合することによって、これら成膜用基板２３、２４が縦置き（基板２３，２４の主面が重力方向と平行となる状態）に保持される。すなわち、この基板装着部２７は、キャリア２５に装着された第１及び第２成膜用基板２３、２４の主面が支持台２６の上面に対して略直交し、且つ、略同一面上となるように、支持台２６の上面に並列して設けられている。

また、上述した処理チャンバ５、６、８〜１３、１５、１６、１８〜２１には、キャリア２５を挟んだ両側に２つの処理装置がある。この場合、例えば、図７中の実線で示す第１処理位置にキャリア２５が停止した状態において、このキャリア２５の左側の第１成膜用基板２３に対して成膜処理等を行い、その後、キャリア２５が図７中の破線で示す第２処理位置に移動し、この第２処理位置にキャリア２５が停止した状態において、キャリア２５の右側の第２成膜用基板２４に対して成膜処理等を行うことができる。

なお、キャリア２５を挟んだ両側に、それぞれ第１及び第２成膜用基板２３、２４に対向した４つの処理装置がある場合は、キャリア２５の移動は不要となり、キャリア２５に保持された第１及び第２成膜用基板２３、２４に対して同時に成膜処理等を行うことができる。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
実施例１では、本発明の炭素膜の形成装置、炭素膜の形成方法、及び、本発明の磁気記録媒体の製造方法を用いて、磁気記録媒体のうち、炭素膜（保護膜）まで形成した基体を作製した。
先ず、非磁性基板としてＮｉＰめっきが施されたアルミニウム基板を用意した。次に、図６に示すインライン式成膜装置を用いて、Ａ５０５２アルミ合金製のキャリアに装着された非磁性基板の両面に、膜厚６０ｎｍのＦｅＣｏＢからなる軟磁性層と、膜厚１０ｎｍのＲｕからなる中間層と、膜厚１５ｎｍの７０Ｃｏ−５Ｃｒ−１５Ｐｔ−１０ＳｉＯ_２合金からなる記録磁性層とを順次積層することによって磁性層を形成した。次に、キャリアに装着された非磁性基板を図１に示す成膜装置と同様の装置構成を備える処理チャンバに搬送し、この磁性層が形成された非磁性基板の両面に炭素膜からなる保護層を形成した。

具体的に、処理チャンバは、外径が１８０ｍｍ、長さが２５０ｍｍの円筒形状を有し、この処理チャンバを構成するチャンバ壁の材質はＳＵＳ３０４である。処理チャンバ内には、長さ約３０ｍｍのタンタルからなるコイル状のカソード電極と、カソード電極の周囲を囲む円筒状のアノード電極とが設けられている。アノード電極は、材質がＳＵＳ３０４であり、内径が１４０ｍｍ、長さが４０ｍｍである。また、カソード電極と非磁性基板との距離は１６０ｍｍとした。さらに、チャンバ壁の周囲を囲む円筒状のマグネットを配置し、その中心にアノード電極が位置するようにした。マグネットは、内径が１８５ｍｍ、長さが４０ｍｍであり、その内側に、図２（ａ）に示すように、１０ｍｍ角で長さ４０ｍｍのＮｄＦｅ系の焼結棒磁石を等間隔で平行に２０本配置すると共に、Ｓ極が基板側、Ｎ極がカソード電極側となるように、各焼結棒磁石を配置した。また、このマグネットのトータル磁力は５０Ｇ（５ｍＴ）である。そして、炭素膜の成膜中は、このマグネットを１００ｒｐｍで回転させた。筒状の電極は材質がＳＵＳ３０４であり、内径が１４０ｍｍ、長さが１１０ｍｍである。筒状の電極はその中心軸が、イオン源の中心とホルダに保持されたときの基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸と一致するように配置した。

原料ガスについては、ガス化したトルエンを用いた。そして、炭素膜の成膜条件については、ガス流量を２．９ＳＣＣＭ、反応圧力を０．２Ｐａとし、カソード電力を２２５Ｗ（ＡＣ２２．５Ｖ、１０Ａ）、カソード電極とアノード電極間の電圧を７５Ｖ、電流を１６５０ｍＡ、アノード電極に対し筒状の電極の電圧を−７５Ｖ、イオンの加速電圧を２００Ｖ、１８０ｍＡ、成膜時間を１．５秒とした。

（実施例２）
実施例２では、アノード電極に対し筒状の電極の電圧を−１５０Ｖとした点以外は実施例１と同じ条件で基体を作製した。

（実施例３）
実施例３では、アノード電極に対し筒状の電極の電圧を−２００Ｖとした点以外は実施例１と同じ条件で基体を作製した。

（比較例１）
比較例１で用いた炭素膜の形成装置は、筒状の電極を有さない点において実施例で用いた炭素膜の形成装置と異なる。従って、炭素膜の形成条件として、筒状の電極による電場ない点で実施例１と異なり、その他は、実施例１と同じ条件で基体を作製した。

（炭素膜の膜厚分布の評価）
図９に、実施例１〜３及び比較例１の基体について、半径方向の炭素膜の膜厚分布を示すグラフである。横軸は、基体の中心から半径方向の距離（以下「半径位置」という）を示すものであり、半径位置１１ｍｍは内周、半径位置３１ｍｍは外周の位置を示す。縦軸は各半径位置における膜厚を示す。
図９において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ、実施例１〜３及び比較例１の基体のそれぞれに対応する。

図９に示すように、比較例１では、内周の膜厚が中央部（半径位置が２１ｍｍ近傍）の膜厚に比べて非常に大きかった。具体的には、半径位置が２１ｍｍの位置における膜厚は１．９ｎｍであるのに対して、半径位置が１１ｍｍのときには膜厚が２．３５ｎｍと、その差は０．４ｎｍ以上あった。この膜厚の差は２１ｍｍの位置における膜厚の２０％以上に相当し、膜厚分布が非常に大きいことがわかる。
これに対して、実施例１〜３では、中央部の膜厚に対する内周の膜厚の差は小さくなっている。具体的には、実施例１では、半径位置が２１ｍｍの位置における膜厚は１．８ｎｍであるのに対して、半径位置が１１ｍｍのときには膜厚が２．０ｎｍと、その差は０．３ｎｍであった。また、実施例２では、半径位置が２１ｍｍの位置における膜厚は１．６５ｎｍであるのに対して、半径位置が１１ｍｍのときには膜厚が１．８ｎｍと、その差は０．１５ｎｍであった。また、実施例３では、半径位置が２１ｍｍの位置における膜厚は１．７ｎｍであるのに対して、半径位置が１１ｍｍのときには膜厚が１．８ｎｍと、その差は０．１ｎｍであった。
以上の通り、実施例１〜３では、比較例１に比べて内周近傍の膜厚と中央部の膜厚との差が小さく、膜厚分布のばらつきが改善された。改善の程度は実施例２及び３の方が実施例１より大きかった。従って、アノード電極に対し筒状の電極の電圧は、−１５０Ｖ〜−２００Ｖの方が−７５Ｖよりも好ましい。

なお、実施例１〜３はいずれも比較例１に比べて膜厚が薄くなっていた。これは、筒状の電極による電場によって炭素イオンビームの拡がりが大きくなったことに起因するものと考えられる。膜厚は成膜時間を長くすることにより厚くすることができる。

本発明によれば、高硬度で緻密な炭素膜の厚みの均一性を向上可能な炭素膜の形成装置、炭素膜の形成方法、及び、磁気記録媒体の製造方法を提供できる。

１０ 炭素膜の形成装置
１０１ 成膜室
１０２ ホルダ
１０３ 導入管
１０４ イオン源
１１２ 筒状の電極
Ｄ 基板

Claims (6)

1. 減圧可能な成膜室と、
   前記成膜室内で基板を保持可能なホルダと、
   前記成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入する導入管と、
   前記ホルダに保持される前記基板に向けてイオンビームを照射するイオン源と、
   前記イオン源と前記ホルダとの間のイオンの加速領域に、前記イオン源の中心と前記ホルダに保持されたときの前記基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように配置された筒状の電極と、を備えることを特徴とする炭素膜の形成装置。
2. 前記筒状の電極が円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の炭素膜の形成装置。
3. 減圧した成膜室内に炭素を含む原料の気体を導入し、この気体をイオン源においてイオン化し、このイオン化した気体を加速して基板の表面に照射することによって、ホルダに保持された基板の表面に炭素膜を形成する炭素膜の形成方法であって、
   前記イオン源と前記ホルダとの間のイオンの加速領域に、前記イオン源の中心と前記ホルダに保持されたときの前記基板の中心にあたる位置とを結ぶ中心軸を囲むように筒状の電極を配置して、前記イオン源のアノード電極に対し前記筒状の電極に正又は負の電圧を印加し、
   前記筒状の電極に対し前記ホルダに負の電圧を印加して、
   前記炭素膜の形成を行うことを特徴とする炭素膜の形成方法。
4. 前記筒状の電極に印加する電圧が負の電圧であり、その負の電圧が５０〜２００Ｖであることを特徴とする請求項３に記載の炭素膜の形成方法。
5. 前記筒状の電極に印加する電圧が正の電圧であり、その正の電圧が５０〜２００Ｖであることを特徴とする請求項３に記載の炭素膜の形成方法。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の炭素膜の形成方法を用いて、少なくとも磁性層が形成された非磁性基板の上に炭素膜を形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

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