JP3157006B2 - 炭素膜形成方法と磁気メモリ構造と磁気ディスク製造方法 - Google Patents
炭素膜形成方法と磁気メモリ構造と磁気ディスク製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気媒体を保護するた
めに使用される炭素膜に関する。
めに使用される炭素膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】メモリの用途に使用される金属磁気薄膜
ディスクは、一般に記録媒体として機能する磁気合金薄
膜で被覆された基板材料からなる。通常、このようなデ
ィスクに使用される記録媒体は、ジェイ・ケイ・ハワー
ド（J.K.Howard）による「シン・フィルムズ・フォー・
マグネティック・レコーディング・テクノロジー：ア・
リビュー」（Thin Films for Magnetic Recording Tech
nology: A Review ）、ジャーナル・オブ・バキューム
・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journalof Vacu
um Science and Technology）、１９８６年１月発行、
に記述されているように、真空スパッタリングによって
被着されるＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｎｉ−Ｐｔのようなコバル
トを主成分とする合金である。別の従来の記録媒体は、
化学メッキ法によって形成されるＣｏ−Ｐ薄膜またはＣ
ｏ−Ｎｉ−Ｐ薄膜からなり、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス（Journal of Applied Physics）、
１９７８年３月発行のチュ・チェン（Tu Chen ）他によ
る「マイクロストラクチュア・アンド・マグネティック
・プラパティーズ・オブ・エレクトロレス・Ｃｏ−Ｐ・
シン・フィルムズ・グローン・オン・アン・アルミニウ
ム・ベース・ディスク・サブストレイト」（Microstruc
ture and Magnetic Properties of Electroless Co-P T
hin Films Grownon an Aluminum Base Disk Substrat
e）、及びＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン・マグ
ネティックス（IEEE Transactions on Magnetics）、１
９８２年１１月発行のワイ・スガヌマ（Y. Suganuma ）
他による「プロダクション・プロセス・アンド・ハイ・
デンシティ・レコーディング・キャラクタリスティック
ス・オブ・プレーテッド・ディスクス」（Production P
rocess and High Density Recording Characteristics
of Plated Disks ）に記載されている。
ディスクは、一般に記録媒体として機能する磁気合金薄
膜で被覆された基板材料からなる。通常、このようなデ
ィスクに使用される記録媒体は、ジェイ・ケイ・ハワー
ド（J.K.Howard）による「シン・フィルムズ・フォー・
マグネティック・レコーディング・テクノロジー：ア・
リビュー」（Thin Films for Magnetic Recording Tech
nology: A Review ）、ジャーナル・オブ・バキューム
・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journalof Vacu
um Science and Technology）、１９８６年１月発行、
に記述されているように、真空スパッタリングによって
被着されるＣｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ、Ｃｏ−ＰｔまたはＣｏ−Ｎｉ−Ｐｔのようなコバル
トを主成分とする合金である。別の従来の記録媒体は、
化学メッキ法によって形成されるＣｏ−Ｐ薄膜またはＣ
ｏ−Ｎｉ−Ｐ薄膜からなり、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス（Journal of Applied Physics）、
１９７８年３月発行のチュ・チェン（Tu Chen ）他によ
る「マイクロストラクチュア・アンド・マグネティック
・プラパティーズ・オブ・エレクトロレス・Ｃｏ−Ｐ・
シン・フィルムズ・グローン・オン・アン・アルミニウ
ム・ベース・ディスク・サブストレイト」（Microstruc
ture and Magnetic Properties of Electroless Co-P T
hin Films Grownon an Aluminum Base Disk Substrat
e）、及びＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン・マグ
ネティックス（IEEE Transactions on Magnetics）、１
９８２年１１月発行のワイ・スガヌマ（Y. Suganuma ）
他による「プロダクション・プロセス・アンド・ハイ・
デンシティ・レコーディング・キャラクタリスティック
ス・オブ・プレーテッド・ディスクス」（Production P
rocess and High Density Recording Characteristics
of Plated Disks ）に記載されている。
【０００３】通常、このような磁気媒体は、炭素被膜の
ような保護被膜をスパッタリングすることによって保護
する必要がある。このようなスパッタリングによる炭素
被膜の一例が、ＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン・
マグネティックス、１９８１年７月発行のエフ・ケイ・
キング（F.K. King ）による「データ・ポイント・シン
・フィルム・メディア」（Data PointThin Film Medi
a）に記載されている。残念ながら、裸の炭素膜は一般
に摩擦係数が極めて高くかつ耐摩耗性が低いので、炭素
の上に潤滑層を付着する必要が生じる。
ような保護被膜をスパッタリングすることによって保護
する必要がある。このようなスパッタリングによる炭素
被膜の一例が、ＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン・
マグネティックス、１９８１年７月発行のエフ・ケイ・
キング（F.K. King ）による「データ・ポイント・シン
・フィルム・メディア」（Data PointThin Film Medi
a）に記載されている。残念ながら、裸の炭素膜は一般
に摩擦係数が極めて高くかつ耐摩耗性が低いので、炭素
の上に潤滑層を付着する必要が生じる。
【０００４】また、プラズマ化学蒸着法を用いて水素を
含む炭素膜を形成することが知られており、このような
技術については、ＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン
・マグネティックス、１９８６年９月発行のイシカワ
（Ishikawa）他による「リアル・カーボン、ア・ニュー
・サーフェス・プロテクティブ・フィルム・フォー・シ
ン・フィルム・ハード・ディスクス」（Dual Carbon, A
New Surface Protective Film For Thin Film Hard Di
sks ）に記載されている。このような方法に於ては、硬
質で耐久性のある炭素層（これを前述のイシカワはｉ−
炭素と称している）が、磁気合金の薄膜上にマグネトロ
ン・スパッタリングによって形成される。その後に、ｉ
−炭素より低い摩擦係数を示す第２の炭素膜（ｐ−炭
素）を炭化水素ガスのプラズマ分解によって付着させ
る。（この方法の変形として、前述のイシカワは炭化水
素ガスをプラズマ分解して、異なる機械的特性を有する
第１及び第２のｐ−炭素層を磁気合金上に形成すること
を述べている。）
含む炭素膜を形成することが知られており、このような
技術については、ＩＥＥＥ・トランザクションズ・オン
・マグネティックス、１９８６年９月発行のイシカワ
（Ishikawa）他による「リアル・カーボン、ア・ニュー
・サーフェス・プロテクティブ・フィルム・フォー・シ
ン・フィルム・ハード・ディスクス」（Dual Carbon, A
New Surface Protective Film For Thin Film Hard Di
sks ）に記載されている。このような方法に於ては、硬
質で耐久性のある炭素層（これを前述のイシカワはｉ−
炭素と称している）が、磁気合金の薄膜上にマグネトロ
ン・スパッタリングによって形成される。その後に、ｉ
−炭素より低い摩擦係数を示す第２の炭素膜（ｐ−炭
素）を炭化水素ガスのプラズマ分解によって付着させ
る。（この方法の変形として、前述のイシカワは炭化水
素ガスをプラズマ分解して、異なる機械的特性を有する
第１及び第２のｐ−炭素層を磁気合金上に形成すること
を述べている。）
【０００５】残念ながら、イシカワのｐ−炭素層は、一
般的な連続式直列型スパッタ被膜製造装置で製造するこ
とが困難である。このような装置が図１に概略的に示さ
れており、ニッケル−燐下地層、磁気合金膜及び保護炭
素被膜が単一のスパッタリング室５の部分２〜４内で基
板１上にスパッタリングされる。基板１は、キャリアパ
レットによってニッケル−燐合金スパッタリング・ター
ゲット６ａ、６ｂ、磁気合金スパッタリング・ターゲッ
ト７ａ、７ｂ及び炭素スパッタリング・ターゲット８
ａ、８ｂを通過して連続的に移動される。ターゲット・
シールド１９が、図示されるようにスパッタリング・タ
ーゲット６〜８を包囲している。ガス供給源９〜１１が
スパッタリングを容易にするべくスパッタリング室５内
にアルゴンガスを導入し、かつポンプ１２〜１４がスパ
ッタリング室５からガスを排除する。
般的な連続式直列型スパッタ被膜製造装置で製造するこ
とが困難である。このような装置が図１に概略的に示さ
れており、ニッケル−燐下地層、磁気合金膜及び保護炭
素被膜が単一のスパッタリング室５の部分２〜４内で基
板１上にスパッタリングされる。基板１は、キャリアパ
レットによってニッケル−燐合金スパッタリング・ター
ゲット６ａ、６ｂ、磁気合金スパッタリング・ターゲッ
ト７ａ、７ｂ及び炭素スパッタリング・ターゲット８
ａ、８ｂを通過して連続的に移動される。ターゲット・
シールド１９が、図示されるようにスパッタリング・タ
ーゲット６〜８を包囲している。ガス供給源９〜１１が
スパッタリングを容易にするべくスパッタリング室５内
にアルゴンガスを導入し、かつポンプ１２〜１４がスパ
ッタリング室５からガスを排除する。
【０００６】このような直列型スパッタリング装置が、
その運転コストが少ないこと及び簡便なことから、現在
では当該分野に於て広く使用されている。しかしなが
ら、前記イシカワのプラズマ分解法は、磁気合金の付着
に使用される条件と相当異なる真空条件を必要とするの
で、直列型スパッタリング装置では実行することができ
ない。更に、イシカワの方法で使用されるガス（即ち炭
酸水素ガス）は、磁気層の特性に悪影響を与える可能性
がある。この問題が、上述のジェイ・ケイ・ハワードの
米国特許第４，７７８，５８２号明細書に記載されてお
り、同特許明細書には、そのスパッタリング室内のメタ
ンが結果物である磁気合金の保磁度に悪影響を与えるこ
とが示されている（第２コラム、第４３〜４７行）。
その運転コストが少ないこと及び簡便なことから、現在
では当該分野に於て広く使用されている。しかしなが
ら、前記イシカワのプラズマ分解法は、磁気合金の付着
に使用される条件と相当異なる真空条件を必要とするの
で、直列型スパッタリング装置では実行することができ
ない。更に、イシカワの方法で使用されるガス（即ち炭
酸水素ガス）は、磁気層の特性に悪影響を与える可能性
がある。この問題が、上述のジェイ・ケイ・ハワードの
米国特許第４，７７８，５８２号明細書に記載されてお
り、同特許明細書には、そのスパッタリング室内のメタ
ンが結果物である磁気合金の保磁度に悪影響を与えるこ
とが示されている（第２コラム、第４３〜４７行）。
【０００７】また、少量の水素ガスの存在下で炭素膜を
付着させることが知られている。上記したハワードの米
国特許明細書では、結果物である磁気ディスクに耐腐食
性を与える目的で、スパッタリング室に非常に少量の水
素を添加することを述べている。（前記ハワードの方法
の腐食に於ける還元に関連するメカニズムは十分に理解
されない。）残念ながら、ハワードの米国特許明細書
は、水素でドープした炭素膜の耐摩耗特性を改善する方
法について何ら示唆していない。
付着させることが知られている。上記したハワードの米
国特許明細書では、結果物である磁気ディスクに耐腐食
性を与える目的で、スパッタリング室に非常に少量の水
素を添加することを述べている。（前記ハワードの方法
の腐食に於ける還元に関連するメカニズムは十分に理解
されない。）残念ながら、ハワードの米国特許明細書
は、水素でドープした炭素膜の耐摩耗特性を改善する方
法について何ら示唆していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、優れ
た耐摩耗性を有する炭素膜を磁気媒体の上に形成する方
法を提供することにある。
た耐摩耗性を有する炭素膜を磁気媒体の上に形成する方
法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、多量の水
素の存在下で磁気ディスク上に炭素をスパッタリングす
ることによって、結果物である炭素膜が優れた耐摩耗特
性を有することを見出した。
素の存在下で磁気ディスク上に炭素をスパッタリングす
ることによって、結果物である炭素膜が優れた耐摩耗特
性を有することを見出した。
【００１０】即ち、本発明によれば、非磁性基板上に形
成された磁気薄膜からなる磁気メモリ上に炭素膜を形成
する方法であって、スパッタリング装置内にプロセスガ
スを導入する過程と、前記炭素膜を形成するように前記
プロセスガスの存在下で前記スパッタリング装置内のス
パッタリング・ターゲットから前記磁気メモリ上に炭素
をスパッタリングする過程とからなり、前記プロセスガ
スが、前記炭素膜の耐摩耗性を実質的に強化するのに十
分な量の気体分子を含む水素からなりかつ実質的に炭化
水素ガスを含まず、前記炭素膜が主にＳＰ2 結合を有
し、前記スパッタリング装置内の前記スパッタリング・
ターゲットの付近に導入される前記プロセスガスが、ス
パッタリングを行わなかった場合に約１５体積％以上で
あるような濃度の前記気体分子を含む水素を有すること
を特徴とする炭素膜形成方法が提供される。
成された磁気薄膜からなる磁気メモリ上に炭素膜を形成
する方法であって、スパッタリング装置内にプロセスガ
スを導入する過程と、前記炭素膜を形成するように前記
プロセスガスの存在下で前記スパッタリング装置内のス
パッタリング・ターゲットから前記磁気メモリ上に炭素
をスパッタリングする過程とからなり、前記プロセスガ
スが、前記炭素膜の耐摩耗性を実質的に強化するのに十
分な量の気体分子を含む水素からなりかつ実質的に炭化
水素ガスを含まず、前記炭素膜が主にＳＰ2 結合を有
し、前記スパッタリング装置内の前記スパッタリング・
ターゲットの付近に導入される前記プロセスガスが、ス
パッタリングを行わなかった場合に約１５体積％以上で
あるような濃度の前記気体分子を含む水素を有すること
を特徴とする炭素膜形成方法が提供される。
【００１１】
【作用】このように炭素膜を形成することによって、磁
気ディスクの寿命が大幅に延長される。スパッタリング
に於ける水素の存在は、スパッタリング室内の他の部分
で行なわれる別の層の形成に悪影響を与えない。このス
パッタリングは、ＤＣまたはＲＦマグネトロン・スパッ
タリング若しくはＤＣまたはＲＦダイオート・スパッタ
リングを用いて実行することができる。
気ディスクの寿命が大幅に延長される。スパッタリング
に於ける水素の存在は、スパッタリング室内の他の部分
で行なわれる別の層の形成に悪影響を与えない。このス
パッタリングは、ＤＣまたはＲＦマグネトロン・スパッ
タリング若しくはＤＣまたはＲＦダイオート・スパッタ
リングを用いて実行することができる。
【００１２】
【実施例】図２は、一般に本発明に従って使用されるス
パッタリング装置２０を概略的に示している。しかしな
がら、他の型式のスパッタリング装置を本発明に使用し
得ることは容易に理解される。
パッタリング装置２０を概略的に示している。しかしな
がら、他の型式のスパッタリング装置を本発明に使用し
得ることは容易に理解される。
【００１３】スパッタリング装置２０は基板１を配置す
るスパッタリング室５を有する。基板１は、一般に両面
をニッケル−燐合金でめっきしたアルミニウム製ディス
クである。基板１は、それぞれ対をなす第１、第２及び
第３のターゲット６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ
を通過して基板１を移動させるディスク・パレット・キ
ャリアに機械的に結合されている。ターゲット６ａ、６
ｂは、チェン（Chen）他による米国特許第４，７８６，
５６４号明細書に記載されるように、基板１上にＮｉＰ
合金をスパッタするために使用される。その後に、ター
ゲット７ａ、７ｂを用いて基板１上にコバルト−ニッケ
ル−プラチナ合金をスパッタし、かつその後にターゲッ
ト８ａ、８ｂを用いて基板１上に炭素をスパッタする。
次に、前記基板をスパッタリング室５から取り出す。図
３は、このようにして形成された前記ディスクの断面を
示している。
るスパッタリング室５を有する。基板１は、一般に両面
をニッケル−燐合金でめっきしたアルミニウム製ディス
クである。基板１は、それぞれ対をなす第１、第２及び
第３のターゲット６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ
を通過して基板１を移動させるディスク・パレット・キ
ャリアに機械的に結合されている。ターゲット６ａ、６
ｂは、チェン（Chen）他による米国特許第４，７８６，
５６４号明細書に記載されるように、基板１上にＮｉＰ
合金をスパッタするために使用される。その後に、ター
ゲット７ａ、７ｂを用いて基板１上にコバルト−ニッケ
ル−プラチナ合金をスパッタし、かつその後にターゲッ
ト８ａ、８ｂを用いて基板１上に炭素をスパッタする。
次に、前記基板をスパッタリング室５から取り出す。図
３は、このようにして形成された前記ディスクの断面を
示している。
【００１４】一般的なスパッタリング・ターゲットは、
１２．５cm（５インチ）乃至２５．４cm（１０インチ）
の範囲内の幅Ｗを有する。或る実施例では、２０．３cm
（８インチ）の幅を有するターゲットが使用される。タ
ーゲット７ａ、７ｂは、他のターゲット８ａ、８ｂ、６
ａ、６ｂから約１．５ｍの距離Ｄ１をもって隔離されて
いる。ターゲット６ａ，７ａ、８ａは、それぞれターゲ
ット６ｂ、７ｂ、８ｂから約１５．２cm（６インチ）の
距離Ｄ２をもって離隔されている。このように各ターゲ
ット対が離隔されているために、スパッタされたターゲ
ット６乃至８からの粒子は、隣接する前記ターゲットか
らのスパッタリングを妨害しない。
１２．５cm（５インチ）乃至２５．４cm（１０インチ）
の範囲内の幅Ｗを有する。或る実施例では、２０．３cm
（８インチ）の幅を有するターゲットが使用される。タ
ーゲット７ａ、７ｂは、他のターゲット８ａ、８ｂ、６
ａ、６ｂから約１．５ｍの距離Ｄ１をもって隔離されて
いる。ターゲット６ａ，７ａ、８ａは、それぞれターゲ
ット６ｂ、７ｂ、８ｂから約１５．２cm（６インチ）の
距離Ｄ２をもって離隔されている。このように各ターゲ
ット対が離隔されているために、スパッタされたターゲ
ット６乃至８からの粒子は、隣接する前記ターゲットか
らのスパッタリングを妨害しない。
【００１５】また、スパッタリング装置２０は、ターゲ
ット６〜８の近くにそれぞれアルゴンのような不活性ガ
スを導入するためにガス供給源９〜１１を有する。（別
の実施例では、クリプトンまたはキセノンのような別の
不活性ガスを用いることができる。）ガス排出ポンプ１
２〜１４が、ターゲット６〜８の付近からそれぞれガス
を除去するために設けられている。
ット６〜８の近くにそれぞれアルゴンのような不活性ガ
スを導入するためにガス供給源９〜１１を有する。（別
の実施例では、クリプトンまたはキセノンのような別の
不活性ガスを用いることができる。）ガス排出ポンプ１
２〜１４が、ターゲット６〜８の付近からそれぞれガス
を除去するために設けられている。
【００１６】本発明の１つの重要な特徴によれば、第４
のガス供給源２２によって、スパッタリング室内のター
ゲット８ａ、８ｂの付近にアルゴン・水素ガス混合物が
導入される。従って、炭素の蒸着の際に、スパッタリン
グ室５内には炭素被膜の機械的特性を変化させるのに十
分な量の水素が存在する。ガス供給源１１，１２によっ
て供給されるガスの量を変化させることによって、ター
ゲット８ａ、８ｂの付近に於ける水素の量及び濃度を制
御する。重要なことは、例えガス供給源２２からの水素
がターゲット６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの付近で放散する
としても、この水素がニッケル−燐またはコバルト−ニ
ッケル−プラチナ合金のスパッタリングに悪影響を及ぼ
さないことである。或る実施例では、バリヤ即ち障壁が
設けられてガス供給源２２からターゲット７ａ、７ｂへ
の水素の流れを制限し、それによってターゲット８ａ、
８ｂ付近の水素濃度を高めている。
のガス供給源２２によって、スパッタリング室内のター
ゲット８ａ、８ｂの付近にアルゴン・水素ガス混合物が
導入される。従って、炭素の蒸着の際に、スパッタリン
グ室５内には炭素被膜の機械的特性を変化させるのに十
分な量の水素が存在する。ガス供給源１１，１２によっ
て供給されるガスの量を変化させることによって、ター
ゲット８ａ、８ｂの付近に於ける水素の量及び濃度を制
御する。重要なことは、例えガス供給源２２からの水素
がターゲット６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの付近で放散する
としても、この水素がニッケル−燐またはコバルト−ニ
ッケル−プラチナ合金のスパッタリングに悪影響を及ぼ
さないことである。或る実施例では、バリヤ即ち障壁が
設けられてガス供給源２２からターゲット７ａ、７ｂへ
の水素の流れを制限し、それによってターゲット８ａ、
８ｂ付近の水素濃度を高めている。
【００１７】或る実施例では、比率８０対２０のアルゴ
ン・水素ガス混合物がガス供給源２２によって供給され
る。この理由は、水素が爆発性を有しかつ純粋な水素の
タンクの存在が危険だからである。別の実施例では、ガ
ス供給源２２によって別の水素濃度を有するガス混合物
を供給することができる。しかしながら、炭素ターゲッ
ト８ａ、８ｂ付近でＨ2の高濃度を維持するためには、
水素／アルゴンガス混合物の中に十分に高い濃度の水素
が必要である。
ン・水素ガス混合物がガス供給源２２によって供給され
る。この理由は、水素が爆発性を有しかつ純粋な水素の
タンクの存在が危険だからである。別の実施例では、ガ
ス供給源２２によって別の水素濃度を有するガス混合物
を供給することができる。しかしながら、炭素ターゲッ
ト８ａ、８ｂ付近でＨ2の高濃度を維持するためには、
水素／アルゴンガス混合物の中に十分に高い濃度の水素
が必要である。
【００１８】一般に、ターゲット８ａ、８ｂは黒鉛であ
る。或る実施例では、ＤＣマグネトロン・スパッタリン
グを用いて、１〜１０ミリTorrの圧力下で５〜１５Ｗ／
cm2 の電力密度で炭素膜を活性スパッタリング領域の上
にスパッタリングする。或る実施例では基板がバイアス
されておらず、別の実施例ではバイアスされた基板を使
用することができる。
る。或る実施例では、ＤＣマグネトロン・スパッタリン
グを用いて、１〜１０ミリTorrの圧力下で５〜１５Ｗ／
cm2 の電力密度で炭素膜を活性スパッタリング領域の上
にスパッタリングする。或る実施例では基板がバイアス
されておらず、別の実施例ではバイアスされた基板を使
用することができる。
【００１９】図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６は、直径１３０
mmの磁気ディスクの上に形成された炭素膜について行わ
れた引きずり試験の結果を示している。前記磁気ディス
クは、アルミニウム基板の上にめっきされた膜厚１０〜
１５μmのＮｉＰを有し、かつ同心状のパターンで４０
ÅＲＡの粗さに特定のテキスチャーを有するようにされ
ている。（「ＲＡ」は表面粗さを表す周知のパラメータ
であり、メタルズ・ハンドブック（Metals Handbook
）、エイチ・イー・ボイヤー（H.E. Boyer）及びティ
・エル・ガル（T.L. Gall ）著、アメリカン・ソサイア
ティ・フォー・メタルズ（American Society for Metal
s ）１９８５年発行、に記載されている。）
mmの磁気ディスクの上に形成された炭素膜について行わ
れた引きずり試験の結果を示している。前記磁気ディス
クは、アルミニウム基板の上にめっきされた膜厚１０〜
１５μmのＮｉＰを有し、かつ同心状のパターンで４０
ÅＲＡの粗さに特定のテキスチャーを有するようにされ
ている。（「ＲＡ」は表面粗さを表す周知のパラメータ
であり、メタルズ・ハンドブック（Metals Handbook
）、エイチ・イー・ボイヤー（H.E. Boyer）及びティ
・エル・ガル（T.L. Gall ）著、アメリカン・ソサイア
ティ・フォー・メタルズ（American Society for Metal
s ）１９８５年発行、に記載されている。）
【００２０】前記引きずり試験の際、読取り／書込みヘ
ッドが前記ディスクの中心から約５．３６cm（２．１１
インチ）の位置でディスク表面を引きずりながら、前記
磁気ディスクを４５rpm の速度で回転させた。前記読取
り／書込みヘッドが、ＴｉＣ及びＡｌ2Ｏ3からなる薄膜
ヘッドであり、前記炭素膜に対して該膜の直角方向に１
０ｇの力で押し当てられた。この読取り／書込みヘッド
には、該ヘッドが受ける歪を感知するピエゾ電気センサ
が固定されている。（これらの試験に於ては、前記炭素
膜に潤滑剤を全く付着させない。）
ッドが前記ディスクの中心から約５．３６cm（２．１１
インチ）の位置でディスク表面を引きずりながら、前記
磁気ディスクを４５rpm の速度で回転させた。前記読取
り／書込みヘッドが、ＴｉＣ及びＡｌ2Ｏ3からなる薄膜
ヘッドであり、前記炭素膜に対して該膜の直角方向に１
０ｇの力で押し当てられた。この読取り／書込みヘッド
には、該ヘッドが受ける歪を感知するピエゾ電気センサ
が固定されている。（これらの試験に於ては、前記炭素
膜に潤滑剤を全く付着させない。）
【００２１】図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６に於けるＸ軸の
単位は、時間である。Ｙ軸の単位は動摩擦係数である。
図５Ａの前記磁気ディスクはガス供給源１１、２２を止
めることによって製造され、従ってスパッタリング室５
内には水素が全く存在しない。（ターゲット８ａ、８ｂ
をスパッタリングする際には、ガス供給源９、１０から
のアルゴンが存在する。）図面から分かるように、炭素
膜に水素が存在しない場合には、摩擦係数が６分間で
１．０以上の値にまで上昇した。（この試験は、前記読
取り／書込みヘッドに取り付けられたピエゾ電気センサ
を損傷しないように、摩擦係数が１．０に到達した直後
に終らせた。）
単位は、時間である。Ｙ軸の単位は動摩擦係数である。
図５Ａの前記磁気ディスクはガス供給源１１、２２を止
めることによって製造され、従ってスパッタリング室５
内には水素が全く存在しない。（ターゲット８ａ、８ｂ
をスパッタリングする際には、ガス供給源９、１０から
のアルゴンが存在する。）図面から分かるように、炭素
膜に水素が存在しない場合には、摩擦係数が６分間で
１．０以上の値にまで上昇した。（この試験は、前記読
取り／書込みヘッドに取り付けられたピエゾ電気センサ
を損傷しないように、摩擦係数が１．０に到達した直後
に終らせた。）
【００２２】図５Ａに於て、摩擦係数の軌跡は一定の大
きさの幅を有する。これは、前記磁気ディスクの周囲に
於て摩擦係数が変化するからである。
きさの幅を有する。これは、前記磁気ディスクの周囲に
於て摩擦係数が変化するからである。
【００２３】図５Ｂの磁気ディスクは、２０ＳＣＣＭの
アルゴン８０％／Ｈ2２０％の混合ガスを供給するガス
供給源２２によって製造された。（別言すれば、４ＳＣ
ＣＭのＨ2がスパッタリング室５内に導入された。）そ
の結果得られた炭素膜が示す摩擦係数は、８分間に値が
０．２から１．０に上昇した。
アルゴン８０％／Ｈ2２０％の混合ガスを供給するガス
供給源２２によって製造された。（別言すれば、４ＳＣ
ＣＭのＨ2がスパッタリング室５内に導入された。）そ
の結果得られた炭素膜が示す摩擦係数は、８分間に値が
０．２から１．０に上昇した。
【００２４】図５Ｃに於ては、４０ＳＣＣＭのアルゴン
８０％／Ｈ2２０％の混合ガスを、ガス供給源１１を止
めた状態でガス供給源２２によってスパッタリング室５
内に導入した。この結果得られた炭素膜が示す摩擦係数
は１２分間で１．０に上昇した。
８０％／Ｈ2２０％の混合ガスを、ガス供給源１１を止
めた状態でガス供給源２２によってスパッタリング室５
内に導入した。この結果得られた炭素膜が示す摩擦係数
は１２分間で１．０に上昇した。
【００２５】図６に於ては、６０ＳＣＣＭのアルゴン８
０％／Ｈ2２０％の混合ガスを、ガス供給源１１を止め
た状態でガス供給源２２によって供給した。この結果得
られた炭素膜の摩擦係数は、約０．７の大きさまで上昇
した後横ばいとなり、６６分後に於てもそれ以上上昇せ
ず、その後に試験を終えた。
０％／Ｈ2２０％の混合ガスを、ガス供給源１１を止め
た状態でガス供給源２２によって供給した。この結果得
られた炭素膜の摩擦係数は、約０．７の大きさまで上昇
した後横ばいとなり、６６分後に於てもそれ以上上昇せ
ず、その後に試験を終えた。
【００２６】図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６に於て試験した
炭素膜及び本明細書中に記載される他の炭素膜をスパッ
タリングする際に使用したガス圧は６ミリTorrであっ
た。電力密度は前記活性スパッタリング領域の上で約８
〜９Ｗ／cm2であった。
炭素膜及び本明細書中に記載される他の炭素膜をスパッ
タリングする際に使用したガス圧は６ミリTorrであっ
た。電力密度は前記活性スパッタリング領域の上で約８
〜９Ｗ／cm2であった。
【００２７】上述の試験ではガス供給源１１を停止させ
たが、ガス供給源１１はターゲット８ａ、８ｂ近傍の水
素濃度を変化させるために使用することができる。
たが、ガス供給源１１はターゲット８ａ、８ｂ近傍の水
素濃度を変化させるために使用することができる。
【００２８】図４は、ガス供給源２２からのガス流（Ｈ
2２０％／アルゴン８０％）とターゲット８ａ、８ｂに
於ける水素濃度との関係を示している。異なるターゲッ
ト領域間に於けるガスの流れ及び放散のために、ターゲ
ット８ａ、８ｂに於ける水素濃度はちょうど２０％では
ない。図４の曲線は、前記スパッタリング・システムの
ジオメトリ及び該システムに於けるガスの流動様式とを
考慮に入れて評価された。（ターゲット８ａ、８ｂに於
ける水素濃度は、前記基板がターゲット８ａ、８ｂ間に
ある時の該基板に於ける水素濃度と実質的に等しい。）
2２０％／アルゴン８０％）とターゲット８ａ、８ｂに
於ける水素濃度との関係を示している。異なるターゲッ
ト領域間に於けるガスの流れ及び放散のために、ターゲ
ット８ａ、８ｂに於ける水素濃度はちょうど２０％では
ない。図４の曲線は、前記スパッタリング・システムの
ジオメトリ及び該システムに於けるガスの流動様式とを
考慮に入れて評価された。（ターゲット８ａ、８ｂに於
ける水素濃度は、前記基板がターゲット８ａ、８ｂ間に
ある時の該基板に於ける水素濃度と実質的に等しい。）
【００２９】一般に、摩擦係数が１．０より大きい場合
には、磁気ディスクは使用不可能である。従って、図５
Ａ乃至図５Ｃの磁気ディスクは摩耗しかつ比較的早い時
間に使用不可能になった。しかしながら、上述したよう
に、図６の磁気ディスクは、６６分後に於ても使用可能
な状態のままであった。従って、図５Ａ乃至図５Ｃ及び
図６に於て、スパッタリング室内の水素濃度が高くなれ
ばなるほど炭素膜の性能が向上することが分かる。
には、磁気ディスクは使用不可能である。従って、図５
Ａ乃至図５Ｃの磁気ディスクは摩耗しかつ比較的早い時
間に使用不可能になった。しかしながら、上述したよう
に、図６の磁気ディスクは、６６分後に於ても使用可能
な状態のままであった。従って、図５Ａ乃至図５Ｃ及び
図６に於て、スパッタリング室内の水素濃度が高くなれ
ばなるほど炭素膜の性能が向上することが分かる。
【００３０】図７は、磁気ディスクについて引きずり試
験を行なった時に摩擦係数が１．０を超えるのに要した
時間を示している。図７に示される試験は、１０ｇの負
荷を有する薄膜ヘッドを用いて行われた。磁気ディスク
は４５rpm の速度で連続的に回転させた。図７に於て
０、２０、４０及び６０ＳＣＣＭのアルゴン８０％／Ｈ
2２０％の混合ガスからなるガス流の下で製造された前
記磁気ディスクは、それぞれ図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６
と同じガス流条件下で製造された。図７のＹ軸は対数で
ある。
験を行なった時に摩擦係数が１．０を超えるのに要した
時間を示している。図７に示される試験は、１０ｇの負
荷を有する薄膜ヘッドを用いて行われた。磁気ディスク
は４５rpm の速度で連続的に回転させた。図７に於て
０、２０、４０及び６０ＳＣＣＭのアルゴン８０％／Ｈ
2２０％の混合ガスからなるガス流の下で製造された前
記磁気ディスクは、それぞれ図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６
と同じガス流条件下で製造された。図７のＹ軸は対数で
ある。
【００３１】同図から分かるように、前記炭素膜の寿命
は、６０ＳＣＣＭのＨ2２０％／アルゴン８０％のガス
流を用いて水素を前記スパッタリング室内に導入するこ
とによって、大幅に増加する。６０ＳＣＣＭのアルゴン
／Ｈ2混合ガスをガス供給源２２が供給した場合に製造
される磁気ディスクに関するデータの点は、引きずり試
験から得られる摩擦対時間曲線の傾きに基づいて評価さ
れる。図７に記入された点は、異なる水素濃度に於て形
成された一連のサンプルについて、少量の水素では炭素
ガスの機械的特性に影響を与えないが、多量の水素が炭
素膜に極めて顕著な効果を有することを示している。
は、６０ＳＣＣＭのＨ2２０％／アルゴン８０％のガス
流を用いて水素を前記スパッタリング室内に導入するこ
とによって、大幅に増加する。６０ＳＣＣＭのアルゴン
／Ｈ2混合ガスをガス供給源２２が供給した場合に製造
される磁気ディスクに関するデータの点は、引きずり試
験から得られる摩擦対時間曲線の傾きに基づいて評価さ
れる。図７に記入された点は、異なる水素濃度に於て形
成された一連のサンプルについて、少量の水素では炭素
ガスの機械的特性に影響を与えないが、多量の水素が炭
素膜に極めて顕著な効果を有することを示している。
【００３２】前記磁気ディスクが示す摩擦係数に水素が
影響する理由は、完全には理解されていない。このよう
な結果が生じる理由に関して３つの理論が考えられる。
影響する理由は、完全には理解されていない。このよう
な結果が生じる理由に関して３つの理論が考えられる。
【００３３】１９８９年イタリア国リミニ（Rimini）で
のＭＲＭコンファレンス（Conference）の中で発行され
たブルーノ・マルション（Bruno Marchon ）他による論
文「エビデンス・フォー・トリボキミカル・ウェア・オ
ン・アモルファス・カーボン・シン・フィルムズ」（Ev
idence for Tribochemical Wear onAmorphous Carbon T
hin Films）によれば、炭素は主として酸化現象に於て
摩り減る。読取り／書込みヘッドが磁気ディスクに当た
ると、該ヘッドによって大きな力が前記炭素膜の小さな
部分に作用する。これによって局部的に前記炭素膜が加
熱されかつ酸化される。従って、上述したマルション
は、炭素の摩耗が酸素の存在しない窒素雰囲気内でコン
タクト・スタート・ストップ試験を行うことによって防
止されまたは大幅に低減すると報告している。同様に炭
素膜をドープする水素によって局部的な酸化を低減させ
ることが可能である。
のＭＲＭコンファレンス（Conference）の中で発行され
たブルーノ・マルション（Bruno Marchon ）他による論
文「エビデンス・フォー・トリボキミカル・ウェア・オ
ン・アモルファス・カーボン・シン・フィルムズ」（Ev
idence for Tribochemical Wear onAmorphous Carbon T
hin Films）によれば、炭素は主として酸化現象に於て
摩り減る。読取り／書込みヘッドが磁気ディスクに当た
ると、該ヘッドによって大きな力が前記炭素膜の小さな
部分に作用する。これによって局部的に前記炭素膜が加
熱されかつ酸化される。従って、上述したマルション
は、炭素の摩耗が酸素の存在しない窒素雰囲気内でコン
タクト・スタート・ストップ試験を行うことによって防
止されまたは大幅に低減すると報告している。同様に炭
素膜をドープする水素によって局部的な酸化を低減させ
ることが可能である。
【００３４】炭素膜に水素を導入することによって、摩
擦が減少することについて考えられる別の理由は、読取
り／書込みヘッド及び炭素膜が摩り減るにつれて、読取
り／書込みヘッドと磁気ディスクとの接触面積の大きさ
が増大することである。炭素膜に於ける水素の存在が読
取り／書込みヘッドと炭素膜との間の引力を減少させ、
かつ読取り／書込みヘッドと炭素膜との接触面積が摩耗
によって増大した場合でも摩擦係数を小さくする。
擦が減少することについて考えられる別の理由は、読取
り／書込みヘッド及び炭素膜が摩り減るにつれて、読取
り／書込みヘッドと磁気ディスクとの接触面積の大きさ
が増大することである。炭素膜に於ける水素の存在が読
取り／書込みヘッドと炭素膜との間の引力を減少させ、
かつ読取り／書込みヘッドと炭素膜との接触面積が摩耗
によって増大した場合でも摩擦係数を小さくする。
【００３５】炭素膜に於ける水素が摩擦の増大を妨げる
原因について、第３の理論は水素でドープした薄膜がよ
り大きな弾性を示すことである。（この効果に関する実
験的データを以下に示す。）即ち、前記炭素膜がより柔
軟性（弾力性）を有し、かつ前記読取り／書込みヘッド
による前記炭素膜に加えられる衝撃を吸収することがで
き、それによって前記炭素膜がより長い耐久性を得られ
る。
原因について、第３の理論は水素でドープした薄膜がよ
り大きな弾性を示すことである。（この効果に関する実
験的データを以下に示す。）即ち、前記炭素膜がより柔
軟性（弾力性）を有し、かつ前記読取り／書込みヘッド
による前記炭素膜に加えられる衝撃を吸収することがで
き、それによって前記炭素膜がより長い耐久性を得られ
る。
【００３６】ターゲット８ａ、８ｂに導入される水素
は、実際にはスパッタリングされた炭素膜内に混入す
る。これは、サンプリングガス質量分析器または残留ガ
ス分析器（ＲＧＡ）を用いて、酸素をスパッタリングす
るターゲットの付近に於ける水素の消費率を監視するこ
とによって実証された。図８には、プラズマを用いた場
合及び用いない場合（即ち、それぞれスパッタリングを
行った場合及び行わなかった場合について）に、水素質
量のピーク強度対理論水素濃度を示す点が記載されてい
る。ＲＧＡ出力は任意の単位であるが、スパッタリング
室５内のターゲット８ａ、８ｂ近傍に於ける水素の量に
比例している。
は、実際にはスパッタリングされた炭素膜内に混入す
る。これは、サンプリングガス質量分析器または残留ガ
ス分析器（ＲＧＡ）を用いて、酸素をスパッタリングす
るターゲットの付近に於ける水素の消費率を監視するこ
とによって実証された。図８には、プラズマを用いた場
合及び用いない場合（即ち、それぞれスパッタリングを
行った場合及び行わなかった場合について）に、水素質
量のピーク強度対理論水素濃度を示す点が記載されてい
る。ＲＧＡ出力は任意の単位であるが、スパッタリング
室５内のターゲット８ａ、８ｂ近傍に於ける水素の量に
比例している。
【００３７】このデータから、炭素ターゲットに於ける
プラズマが炭素カソード領域に導入された水素の概ね半
分を消費しているとの結論を得ることができ、プラズマ
によって導入された水素の反応、及び水素の炭素膜内へ
の混入が生じることを示している。（異なる記述がされ
ていない限り、本明細書中に於ける水素濃度は、スパッ
タリングの際に全く水素を消費しなかったとして計算さ
れた濃度である。しかしながら、プラズマを用いた場合
にはターゲット８ａ、８ｂに於けるこの計算値の約５０
％が水素濃度であると考えられる。）
プラズマが炭素カソード領域に導入された水素の概ね半
分を消費しているとの結論を得ることができ、プラズマ
によって導入された水素の反応、及び水素の炭素膜内へ
の混入が生じることを示している。（異なる記述がされ
ていない限り、本明細書中に於ける水素濃度は、スパッ
タリングの際に全く水素を消費しなかったとして計算さ
れた濃度である。しかしながら、プラズマを用いた場合
にはターゲット８ａ、８ｂに於けるこの計算値の約５０
％が水素濃度であると考えられる。）
【００３８】ラマン分光法が、蒸着させた薄膜内の炭素
原子の結合特性に関する情報を得るのに有用な技術であ
る。これについては、ディ・エス・ナイト（D.S. Knigh
t ）他による「キャラクタライゼイション・オブ・ダイ
ヤモンド・フィルムズ」（Characterization of Diamon
d Films ）、ジェイ・マテリアル・リサーチ（J. Mate
r. Res.）Vol.4 、No.2、１９８９年３月／４月、及び
ウィラード（Willard ）他による「インストラメンタル
・メソッズ・オブ・アナリシス」（InstrumentalMethod
s of Analysis）第６版、ワッズワース・パブリッシン
グ・カンパニー（Wadsworth Publishing Co.）１９８１
年発行を参照することができる。
原子の結合特性に関する情報を得るのに有用な技術であ
る。これについては、ディ・エス・ナイト（D.S. Knigh
t ）他による「キャラクタライゼイション・オブ・ダイ
ヤモンド・フィルムズ」（Characterization of Diamon
d Films ）、ジェイ・マテリアル・リサーチ（J. Mate
r. Res.）Vol.4 、No.2、１９８９年３月／４月、及び
ウィラード（Willard ）他による「インストラメンタル
・メソッズ・オブ・アナリシス」（InstrumentalMethod
s of Analysis）第６版、ワッズワース・パブリッシン
グ・カンパニー（Wadsworth Publishing Co.）１９８１
年発行を参照することができる。
【００３９】図９Ａに水素を含まない炭素膜の一般的ス
ペクトルが示されている。一般にこのスペクトルは、１
３１０／cm（一般にＤ−ピークと称される）付近及び１
５５０／cm（一般にＧ−ピークと称される）付近の広い
重複するピークを特徴とする。これらのピークは、より
正確なピークの位置及び強度の値を得るために補正する
ことができる。補正（deconvolute）したスペクトルが
図９Ｂに示されている。
ペクトルが示されている。一般にこのスペクトルは、１
３１０／cm（一般にＤ−ピークと称される）付近及び１
５５０／cm（一般にＧ−ピークと称される）付近の広い
重複するピークを特徴とする。これらのピークは、より
正確なピークの位置及び強度の値を得るために補正する
ことができる。補正（deconvolute）したスペクトルが
図９Ｂに示されている。
【００４０】８０ＳＣＣＭのＨ2２０％／アルゴン８０
％のガス混合物を用いて製造された薄膜のラマンスペク
トルが図１０Ａに示されている。図１０Ｂに示される図
１０Ａの補正したスペクトルから分かるように、ピーク
の位置が僅かに移動していると共に、Ｄ−ピーク対Ｇ−
ピークの比に変化が認められる。Ｇ−ピーク及びＤ−ピ
ークは、水素が加えられるとより低い周波数の方に移動
する。
％のガス混合物を用いて製造された薄膜のラマンスペク
トルが図１０Ａに示されている。図１０Ｂに示される図
１０Ａの補正したスペクトルから分かるように、ピーク
の位置が僅かに移動していると共に、Ｄ−ピーク対Ｇ−
ピークの比に変化が認められる。Ｇ−ピーク及びＤ−ピ
ークは、水素が加えられるとより低い周波数の方に移動
する。
【００４１】スパッタリングの際に存在する水素の量の
関数として高さ及び面積の比で表されるピーク比の変化
が図１１に記載され、かつ高さ位置が図１２に記載され
ている。ラマンスぺクトルは、より多くの水素が加えら
れた場合に薄膜内に於ける炭素原子の化学上の変化を明
確に示している。Ｄ−ピーク／Ｇ−ピーク強度比に於け
る変化に基づいて、炭素がより非晶質化していることが
明らかである。
関数として高さ及び面積の比で表されるピーク比の変化
が図１１に記載され、かつ高さ位置が図１２に記載され
ている。ラマンスぺクトルは、より多くの水素が加えら
れた場合に薄膜内に於ける炭素原子の化学上の変化を明
確に示している。Ｄ−ピーク／Ｇ−ピーク強度比に於け
る変化に基づいて、炭素がより非晶質化していることが
明らかである。
【００４２】一般に、水素を有しない炭素膜は、約３０
０Åの膜厚で茶から灰色がかった色を有する。この厚さ
に於けるシート抵抗は、４ポイント・プローブ測定を用
いて約０．５ＭΩ／□である。２０ＳＣＣＭの水素２０
％／アルゴン８０％ガス混合物を用いて形成された膜厚
３００Åの炭素膜のシート抵抗を、４ポイント・プロー
ブを用いて測定した。このシート抵抗は２０ＭΩ／□よ
り大きかった。更に、２０ＳＣＣＭのＨ２２０％／アル
ゴン８０％のガス混合物を用いてスパッタリングされた
炭素 膜は、金属合金上に形成された場合に黄色であ
り、かつガラス状に形成した場合に無色であった。これ
は、スパッタリング室内の水素が結果物である炭素膜に
化学上及び構造上の変化をもたらすことを示している。
０Åの膜厚で茶から灰色がかった色を有する。この厚さ
に於けるシート抵抗は、４ポイント・プローブ測定を用
いて約０．５ＭΩ／□である。２０ＳＣＣＭの水素２０
％／アルゴン８０％ガス混合物を用いて形成された膜厚
３００Åの炭素膜のシート抵抗を、４ポイント・プロー
ブを用いて測定した。このシート抵抗は２０ＭΩ／□よ
り大きかった。更に、２０ＳＣＣＭのＨ２２０％／アル
ゴン８０％のガス混合物を用いてスパッタリングされた
炭素 膜は、金属合金上に形成された場合に黄色であ
り、かつガラス状に形成した場合に無色であった。これ
は、スパッタリング室内の水素が結果物である炭素膜に
化学上及び構造上の変化をもたらすことを示している。
【００４３】また、炭素のスパッタリングの際にスパッ
タリング室に水素を加えることによって、腐食を防止す
る前記炭素膜の性能を大幅に向上できることが見い出さ
れた。図１３は、スパッタリング室内に於ける水素濃度
とＣｏ76Ｎｉ8Ｃｒ6Ｐｔ10合金薄膜に於ける腐食を防止
する膜厚３５nmのスパッタリングされた炭素膜の性能と
の関係を示している。図１３のデータは、試験用磁気デ
ィスクを８０℃及び８０％の相対湿度の環境内に２０時
間及び７２時間配置することによって得られた。
タリング室に水素を加えることによって、腐食を防止す
る前記炭素膜の性能を大幅に向上できることが見い出さ
れた。図１３は、スパッタリング室内に於ける水素濃度
とＣｏ76Ｎｉ8Ｃｒ6Ｐｔ10合金薄膜に於ける腐食を防止
する膜厚３５nmのスパッタリングされた炭素膜の性能と
の関係を示している。図１３のデータは、試験用磁気デ
ィスクを８０℃及び８０％の相対湿度の環境内に２０時
間及び７２時間配置することによって得られた。
【００４４】腐食によって生じた欠陥即ち「ミッシング
ビット」即ち失われたビットの平均増加数が表示されて
いる。媒体出力信号が予想される完全な信号の６７％以
下に低下した場合にビットがミッシング即ち失われたも
のと定義した。前記データは、（１）水素無し、（２）
３０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％ガス混合
物、（３）６０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％
ガス混合物、及び（４）９０ＳＣＣＭの水素２０％／ア
ルゴン８０％ガス混合物の各条件について表示されてい
る。同データから分かるように、水素／アルゴン混合物
のガス流が増加するにつれて、炭素膜によって得られる
腐食保護作用が向上する。
ビット」即ち失われたビットの平均増加数が表示されて
いる。媒体出力信号が予想される完全な信号の６７％以
下に低下した場合にビットがミッシング即ち失われたも
のと定義した。前記データは、（１）水素無し、（２）
３０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％ガス混合
物、（３）６０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％
ガス混合物、及び（４）９０ＳＣＣＭの水素２０％／ア
ルゴン８０％ガス混合物の各条件について表示されてい
る。同データから分かるように、水素／アルゴン混合物
のガス流が増加するにつれて、炭素膜によって得られる
腐食保護作用が向上する。
【００４５】様々な水素の量について炭素被膜の微小硬
度を測定するために、特別製の膜厚２０００Åの炭素被
膜を形成した。硬度及び弾性定数を測定するために使用
される方法は、エム・エフ・ドーナー（M. F. Doerner
）他による「ア・メソッド・フォー・インタプリティ
ング・ザ・データ・フロム・デプス−センシング・イン
デンテーション・インストラメンツ」（A Method For I
nterpreting The Data From Depth-Sensing Indentatio
n Instruments ）、ジェイ・マテリアル・リサーチ、１
９８６年７月／８月発行、第６０１頁に記載されてい
る。このようにして得られた値が次の表１に示されてい
る。
度を測定するために、特別製の膜厚２０００Åの炭素被
膜を形成した。硬度及び弾性定数を測定するために使用
される方法は、エム・エフ・ドーナー（M. F. Doerner
）他による「ア・メソッド・フォー・インタプリティ
ング・ザ・データ・フロム・デプス−センシング・イン
デンテーション・インストラメンツ」（A Method For I
nterpreting The Data From Depth-Sensing Indentatio
n Instruments ）、ジェイ・マテリアル・リサーチ、１
９８６年７月／８月発行、第６０１頁に記載されてい
る。このようにして得られた値が次の表１に示されてい
る。
【００４６】
【表１】
【００４７】同表から分かるように、炭素膜の硬度は加
えられる水素の量が多くなっても変化しない。しかしな
がら、弾性定数は著しく減少する。加えられる水素が多
くなるにつれて、炭素膜の剛性は小さくなる。上述した
ように、これによって摩耗の差が説明される。
えられる水素の量が多くなっても変化しない。しかしな
がら、弾性定数は著しく減少する。加えられる水素が多
くなるにつれて、炭素膜の剛性は小さくなる。上述した
ように、これによって摩耗の差が説明される。
【００４８】また、スパッタリング室内に水素を加える
ことによって、結果物である炭素膜の密度を小さくでき
ることが見い出された。例えば、水素が無い状態でスパ
ッタリングされた炭素は、１．８〜１．９ｇ／cm3 の範
囲内の密度を有する。被膜形成時にスパッタリング室内
に濃度２０％の水素を有するアルゴンが存在する場合に
は、炭素の密度が１．２〜１．３ｇ／cm3 であった。こ
の測定は、炭素の重量及び体積がより正確に測定される
ように、通常よりも厚い炭素膜（１５００〜９０００
Å）について行われた。
ことによって、結果物である炭素膜の密度を小さくでき
ることが見い出された。例えば、水素が無い状態でスパ
ッタリングされた炭素は、１．８〜１．９ｇ／cm3 の範
囲内の密度を有する。被膜形成時にスパッタリング室内
に濃度２０％の水素を有するアルゴンが存在する場合に
は、炭素の密度が１．２〜１．３ｇ／cm3 であった。こ
の測定は、炭素の重量及び体積がより正確に測定される
ように、通常よりも厚い炭素膜（１５００〜９０００
Å）について行われた。
【００４９】化学的、電気的、光学的及び機械的特性の
測定から、スパッタリングされた炭素膜には、高濃度の
水素が被膜形成時にプラズマ内に導入されるにつれて重
大な変化が生じることが明らかである。残留ガス分析器
によって測定されるプラズマによる水素の消費が、炭素
膜内への水素の混入を明示していると考えられる。連続
的な摩擦テストによって測定される炭素膜の機械的性能
の大幅な向上は、炭素カソードに於ける水素の濃度が存
在する全ガスの約１５％の場合に生じる。
測定から、スパッタリングされた炭素膜には、高濃度の
水素が被膜形成時にプラズマ内に導入されるにつれて重
大な変化が生じることが明らかである。残留ガス分析器
によって測定されるプラズマによる水素の消費が、炭素
膜内への水素の混入を明示していると考えられる。連続
的な摩擦テストによって測定される炭素膜の機械的性能
の大幅な向上は、炭素カソードに於ける水素の濃度が存
在する全ガスの約１５％の場合に生じる。
【００５０】上述した実施例の方法ではＨ2を使用して
いるが、別の実施例では、Ｈ2Ｏ及びＮＨ3のような水素
を含む気体化合物をスパッタリング室５内にて使用する
ことができる。このような化合物はスパッタリング時に
分解し、該化合物から生じた水素が炭素膜をドーピング
する。更に、水素または水素を含む気体化合物をアルゴ
ン以外の不活性ガスと混合することができる。
いるが、別の実施例では、Ｈ2Ｏ及びＮＨ3のような水素
を含む気体化合物をスパッタリング室５内にて使用する
ことができる。このような化合物はスパッタリング時に
分解し、該化合物から生じた水素が炭素膜をドーピング
する。更に、水素または水素を含む気体化合物をアルゴ
ン以外の不活性ガスと混合することができる。
【００５１】以上、本発明について特定の実施例に基づ
いて説明したが、当業者であれば、本発明の技術的範囲
内に於て上述した実施例に様々な変形・変更を加えて実
施できることが容易に理解される。例えば、炭素層に
は、その機械的性能を更に強化するためにスパッタリン
グ後に液状または固体の潤滑剤を付着させることができ
る。更に、磁気合金と炭素膜との間に中間層を設けるこ
とができる。前記磁気ディスクは、従来の手法で更に摩
擦を少なくするようなテクスチャーにすることができ
る。また、例えばガラスのようなアルミニウム以外の基
板を使用することができる。これらの変形・変更は本発
明の技術的範囲内で行われる。
いて説明したが、当業者であれば、本発明の技術的範囲
内に於て上述した実施例に様々な変形・変更を加えて実
施できることが容易に理解される。例えば、炭素層に
は、その機械的性能を更に強化するためにスパッタリン
グ後に液状または固体の潤滑剤を付着させることができ
る。更に、磁気合金と炭素膜との間に中間層を設けるこ
とができる。前記磁気ディスクは、従来の手法で更に摩
擦を少なくするようなテクスチャーにすることができ
る。また、例えばガラスのようなアルミニウム以外の基
板を使用することができる。これらの変形・変更は本発
明の技術的範囲内で行われる。
【図１】従来技術による連続式直列スパッタリング製造
装置を概略的に示す構成図である。
装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図３乃至図１２に示される薄膜を形成するため
に使用される本発明のスパッタリング装置を概略的に示
す構成図である。
に使用される本発明のスパッタリング装置を概略的に示
す構成図である。
【図３】本発明に従って構成される磁気ディスクを示す
断面図である。
断面図である。
【図４】図２のターゲット８ａ、８ｂ近傍に於ける水素
濃度と、ガス供給源１１を停止させた場合にガス供給源
２２によって供給されるガス流量との関係を示す線図で
ある。
濃度と、ガス供給源１１を停止させた場合にガス供給源
２２によって供給されるガス流量との関係を示す線図で
ある。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｃからなり、図５Ａは、水素が
スパッタリング・システム内に全く存在しない状態で磁
気ディスク上にスパッタリングされた炭素被膜の摩耗特
性を示す線図、図５Ｂは、２０ＳＣＣＭの水素２０％／
アルゴン８０％のガス混合物が炭素の被膜形成時にスパ
ッタリング室内に導入されるようにして磁気ディスク上
に形成された炭素膜の摩耗特性を示す線図、図５Ｃは、
４０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％のガス混合
物が炭素被膜形成時にスパッタリング室内に導入される
場合に磁気ディスク上に形成される炭素膜の摩耗特性を
示す線図である。（％は体積％を表示している。）
スパッタリング・システム内に全く存在しない状態で磁
気ディスク上にスパッタリングされた炭素被膜の摩耗特
性を示す線図、図５Ｂは、２０ＳＣＣＭの水素２０％／
アルゴン８０％のガス混合物が炭素の被膜形成時にスパ
ッタリング室内に導入されるようにして磁気ディスク上
に形成された炭素膜の摩耗特性を示す線図、図５Ｃは、
４０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％のガス混合
物が炭素被膜形成時にスパッタリング室内に導入される
場合に磁気ディスク上に形成される炭素膜の摩耗特性を
示す線図である。（％は体積％を表示している。）
【図６】６０ＳＣＣＭの水素２０％／アルゴン８０％の
ガス混合物が炭素の被膜形成時にスパッタリング室内に
導入される場合に磁気ディスク上に形成される炭素膜の
摩耗特性を示す線図である。
ガス混合物が炭素の被膜形成時にスパッタリング室内に
導入される場合に磁気ディスク上に形成される炭素膜の
摩耗特性を示す線図である。
【図７】様々な量の水素の存在下でスパッタリングされ
る炭素膜について引きずり試験を行う際に、読取り／書
込みヘッド及び炭素保護膜間の摩擦係数との増加と経過
時間との関係を示す線図である。
る炭素膜について引きずり試験を行う際に、読取り／書
込みヘッド及び炭素保護膜間の摩擦係数との増加と経過
時間との関係を示す線図である。
【図８】プラズマを用いた場合及びプラズマを用いない
場合についてスパッタリング室内の理論水素濃度の関数
として水素質量ピーク強度の残留ガス分析・質量分析の
測定値を示す線図である。
場合についてスパッタリング室内の理論水素濃度の関数
として水素質量ピーク強度の残留ガス分析・質量分析の
測定値を示す線図である。
【図９】図９Ａと図９Ｂとからなり、図９Ａは水素の存
在下でスパッタリングされた炭素膜のラマン分光曲線を
示す線図であり、かつ図８Ｂは図９Ａの補正されたスペ
クトルを示す線図である。
在下でスパッタリングされた炭素膜のラマン分光曲線を
示す線図であり、かつ図８Ｂは図９Ａの補正されたスペ
クトルを示す線図である。
【図１０】図１０Ａと図１０Ｂとからなり、図１０Ａは
水素が存在しない場合にスパッタリングされた炭素膜の
ラマン分光曲線を示す線図であり、かつ図１０Ｂは図１
０Ａの補正したスペクトルを示す線図である。
水素が存在しない場合にスパッタリングされた炭素膜の
ラマン分光曲線を示す線図であり、かつ図１０Ｂは図１
０Ａの補正したスペクトルを示す線図である。
【図１１】様々な量の水素の存在下でスパッタリングさ
れる炭素膜のラマンスペクトルについてＤ−ピーク／Ｇ
−ピーク高さ及び面積比を示す線図である。
れる炭素膜のラマンスペクトルについてＤ−ピーク／Ｇ
−ピーク高さ及び面積比を示す線図である。
【図１２】様々な量の水素についてラマンスペクトルに
於けるＤ−ピーク及びＧ−ピークの位置を示す線図であ
る。
於けるＤ−ピーク及びＧ−ピークの位置を示す線図であ
る。
【図１３】炭素保護被膜の腐食を防止する性能について
水素の効果を示す線図である。
水素の効果を示す線図である。
１ 基板 ２、３、４ 部分 ５ スパッタリング室 ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ ターゲット ９、１０、１１ ガス供給源 １２、１３、１４ ポンプ １９ ターゲットシールド ２０ スパッタリング装置 ２２ ガス供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/84 - 5/858
Claims (21)
- 【請求項１】 非磁性基板上に形成された磁気薄膜を有
する磁気メモリ上に炭素膜を形成する方法であって、 スパッタリング装置内にプロセスガスを導入する過程
と、 前記炭素膜を形成するように前記プロセスガスの存在下
で前記スパッタリング装置内のスパッタリング・ターゲ
ットから前記磁気メモリ上に炭素をスパッタリングする
過程とを含み、前記プロセスガスが、前記炭素膜の耐摩
耗性を実質的に強化するのに十分な量の水素含有気体分
子を含みかつ実質的に炭化水素ガスを含まず、前記炭素
膜が主にＳＰ2結合を有し、前記スパッタリング装置内
の前記スパッタリング・ターゲットの付近に導入される
前記プロセスガスが、スパッタリングを行わなかった場
合に約１５体積％以上であるような濃度の前記水素含有
気体分子を含むことを特徴とする炭素膜形成方法。 - 【請求項２】 前記水素含有気体分子がＨ2であること
を特徴とする請求項１に記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項３】 少なくとも２０％の水素を含む４０ＳＣ
ＣＭ以上のガス混合物を前記スパッタリング室内に導入
することを特徴とする請求項１に記載の炭素膜形成方
法。 - 【請求項４】 前記スパッタリング・ターゲット付近に
於ける前記プロセスガスが、スパッタリングを行わなか
った場合に約２０体積％以上の水素濃度を有するような
ガス流量で導入されることを特徴とする請求項１に記載
の炭素膜形成方法。 - 【請求項５】 ６０ＳＣＣＭの２０％Ｈ2ガス混合物が
前記スパッタリング室内の前記炭素スパッタリング・タ
ーゲット付近に導入されることを特徴とする請求項４に
記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項６】 前記スパッタリング装置内の水素の量
が、結果物である前記炭素膜の寿命を、水素の導入を行
わない場合に得られる炭素膜に対し、機械的摩耗引きず
り試験に於て少なくとも２倍にする程度の量であること
を特徴とする請求項１に記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項７】 前記スパッタリング装置内の水素の量
が、結果物である前記炭素膜の寿命を、水素の導入を行
わない場合に得られる炭素膜に対し、機械的摩耗引きず
り試験に於て少なくとも３倍にする程度の量であること
を特徴とする請求項１に記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項８】 前記スパッタリング・ターゲットに於け
る前記水素濃度が、スパッタリングを行っている時に約
７．５％より大きいことを特徴とする請求項１に記載の
炭素膜形成方法。 - 【請求項９】 前記スパッタリング・ターゲット付近に
於ける前記水素濃度が、スパッタリングを行っている時
に約１０％より大きいことを特徴とする請求項１に記載
の炭素膜形成方法。 - 【請求項１０】 前記水素によって、前記炭素膜が発揮
する電気抵抗が実質的に増大されることを特徴とする請
求項１に記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項１１】 前記炭素膜のシート抵抗が約２０ＭΩ
／□より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の炭
素膜形成方法。 - 【請求項１２】 前記炭素膜の抵抗率が約６０Ω・ｃｍ
以上であることを特徴とする請求項１０に記載の炭素膜
形成方法。 - 【請求項１３】 前記プロセスガスが、Ｈ2ＯとＮＨ3と
からなるガスからなる群から選択されることを特徴とす
る請求項１に記載の炭素膜形成方法。 - 【請求項１４】 非磁性基板上に磁気薄膜を有する磁気
メモリ上に炭素膜を形成するための方法であって、 スパッタリング装置内にプロセスガスを、その前記スパ
ッタリング装置内に於けるガス圧が約１乃至１０ミリＴ
ｏｒｒの範囲内にあるように導入する過程と、５乃至１５ Ｗ／ｃｍ2の電力密度を用いて前記プロセス
ガスの存在下でＤＣマグネトロン・スパッタリングによ
ってスパッタリング・ターゲットから炭素をスパッタリ
ングする過程とを含み、前記プロセスガスが、前記炭素
膜の耐摩耗性を実質的に向上させるのに十分な量の水素
含有気体分子を含み、かつ前記スパッタリング装置内の
前記スパッタリング・ターゲットの付近に導入される前
記プロセスガスが、スパッタリングが行われなかった場
合に約１５体積％以上の濃度の前記水素含有気体分子を
含むことを特徴とする炭素膜形成方法。 - 【請求項１５】 磁気媒体の層と、 スパッタリング・ターゲットから前記磁気媒体上に直接
スパッタリングされ、主にＳＰ2結合を有する炭素膜と
を備え、前記炭素が、スパッタリングが行われなかった
場合に前記スパッタリング・ターゲットの付近に於ける
水素濃度が約１５体積％以上となるような濃度の水素を
含むガス流の存在下で、前記スパッタリング・ターゲッ
トからスパッタリングされることを特徴とする磁気メモ
リ構造。 - 【請求項１６】 前記炭素膜のシート抵抗が約２０ＭΩ
／□より大きいことを特徴とする請求項１５に記載の磁
気メモリ構造。 - 【請求項１７】 前記炭素膜の抵抗率が、約６０Ω・ｃ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１５に記載の磁気
メモリ構造。 - 【請求項１８】 ガスが互いに流通する少なくとも第１
室及び第２室を有するスパッタリング装置内で磁気ディ
スクを製造するための方法であって、 前記第１室内で前記基板上に磁気合金層をスパッタリン
グする過程と、 前記基板を前記第１室から前記第２室に移動させる過程
と、 前記第２室内で前記磁気合金層上に炭素をスパッタリン
グする過程と、 前記炭素が水素の存在下でスパッタリングされるように
前記第２室内に水素を導入する過程とを含むことを特徴
とする磁気ディスク製造方法。 - 【請求項１９】 前記スパッタリング装置が、前記第１
室と第２室との間に前記両室間に於けるガスの流れを最
少にする障壁を備えることを特徴とする請求項１８に記
載の磁気ディスク製造方法。 - 【請求項２０】 前記スパッタリング装置が第３室を備
え、かつ、 磁気合金層をスパッタリングする前記過程の前に前記第
３室内に前記基板を配置する過程と、 前記基板を前記第３室内に配置した状態で前記基板上に
下地層をスパッタリングする過程と、 前記基板を前記第３室から前記第１室に移動させる過程
とを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁気
ディスク製造方法。 - 【請求項２１】 磁気媒体の層と、 スパッタリング・ターゲットから前記磁気媒体上にスパ
ッタリングされ、主にＳＰ2結合を有する炭素膜とを備
え、前記炭素が、スパッタリングが行われなかった場合
に前記スパッタリング・ターゲットの付近に於ける水素
濃度が約１５〜２０体積％となるような濃度の水素を含
むガス流の存在下で、前記スパッタリング・ターゲット
からスパッタリングされることを特徴とする磁気メモリ
構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/473,540 US5045165A (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Method for sputtering a hydrogen-doped carbon protective film on a magnetic disk |
| US07/473540 | 1990-02-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214230A JPH04214230A (ja) | 1992-08-05 |
| JP3157006B2 true JP3157006B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=23879955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03234591A Expired - Fee Related JP3157006B2 (ja) | 1990-02-01 | 1991-02-01 | 炭素膜形成方法と磁気メモリ構造と磁気ディスク製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5045165A (ja) |
| EP (1) | EP0440259B1 (ja) |
| JP (1) | JP3157006B2 (ja) |
| DE (1) | DE69125633T2 (ja) |
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