JP3305655B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、プラズマ現象を利用し
て、光ディスクや磁気ディスク、磁気ヘッドなどの加工
対象のワークの表面に化学的に薄膜を形成するプラズマ
ＣＶＤ（プラズマ促進化学蒸着）装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ（プラズマ促進化学蒸
着）は、真空中での放電により、真空中で成膜原料ガス
をプラズマ状態とし、プラズマ状態のイオン化物質の分
子をマイナス電位により加工対象のワークの方向に加速
し、イオン化物質の分子をワークの表面に付着させ、ワ
ークの表面に薄膜を化学的に形成する技術である。

【０００３】特許出願人は、特開平９−１０４９７１号
公報によって、「真空蒸着装置」を開発しており、その
装置を利用して、真空槽の内部で垂直面上に加工対象の
ワークとしてのディスクを回転機構により回転可能な状
態として配置し、このディスクに対し対称な状態で装置
（プラズマガン）を配置した試作機を開発し、成膜原料
ガスとしてトルエンを導入して、硬質ダイヤモンド状カ
ーボン膜（ＤＬＣ膜）を成膜したところ、耐久試験で良
好な製品を得た。

【０００４】

【従来の技術の課題】しかし、上記試作機によると、下
記の問題のために、実際の生産現場での使用ができなか
った。真空槽の内のディスクの中心線上で各デイスク面
に対向させて装置（プラズマガン）を配置すると、スペ
ースがなくなり、デイスクの回転機構が合理的な形態と
して取り付けられなかった。

【０００５】また、真空槽（プラズマウォール）は、プ
ラズマを安定化させるために、カソードに接続し、カソ
ードと同じ電位に設定していた。このため、プラズマウ
ォールの壁面にトルエンイオンをはじく電界ができ、膜
厚分布補正板やしゃへい板がないと、均一な膜厚分布が
得られなかった。そこで、引き出し電極（制御電極）を
回転機構の基板の代わりに回転させ、引き出し電極（制
御電極）とともに膜厚分布補正板やしゃへい板を回転さ
せて、分布補正をおこなった。この対策により膜厚分布
の問題はなくなったが、つぎの原因による不良により、
良品がえられなかった。

【０００６】真空槽内に回転機構があって、回転部分に
摩耗が起きるため、デイスクの成膜面に摩耗塵埃が付着
し、これが仕上がり不良となる。メッシュ状の引き出し
電極（制御電極）および膜厚補正板にバイアス（マイナ
ス）電位が掛けられているため、バイアス電圧の加速作
用によって、メッシュ状の引き出し電極（制御電極）お
よび膜厚補正板表面に硬質ＤＬＣ膜が形成され、それが
厚くなると、内部応力にる自己破壊によって表面から剥
がれ、ディスクの表面に付着して、不良が発生する。

【０００７】また真空槽が多重構造となっているため、
装置の構成が複雑になり、しかも、真空槽の内でディス
クの中心線上にプラズマガン（電極）を配置する形式と
なっているため、ディスク用の連続スパッタ装置のプラ
ズマガン（電極）として不向きで、そのまま取り付けら
れなかった。

【０００８】プラズマガンのアノード電極がメッシュ式
で、ガソードの近くで電子を受ける表面積が小さいた
め、ブラズマ電流で２５０〔ｍＡ〕以上流すと、プラズ
マが安定しなかった。メッシュ式のアノード電極のた
め、高周波（ＲＦ）電極として用いられず、直流プラズ
マ専用の装置となり、ＲＦプラズマ装置として利用でき
なかった。

【０００９】

【発明の目的】したがって、本発明の目的は、上記従来
の技術の欠点をなくし、加工対象のワークに対する薄膜
の形成に有効なプラズマＣＶＤ装置を提供することであ
る。

【００１０】

【発明の解決手段】上記目的の下に、本発明は、請求項
１ないし請求項４のプラズマＣＶＤ装置（１）におい
て、筒状のプラズマウォール（２）の両開口面に電気絶
縁状態としてカバー（３、４）を取り付けて、密閉可能
な成膜室（５）を形成し、この成膜室（５）に成膜原料
ガス（１６）の供給ユニット（６）および真空ユニット
（７）を接続するとともに、成膜室（５）の内部に電気
絶縁状態でカソード（８）、カソード（８）に対向する
リング状で中空のアノード（９）、このアノード（９）
の周面に沿って電気的に接続されたシャドウリング（１
０）を固定し、中空のアノード（９）に冷却水（２５）
循環用の供給ユニット（２６）を接続し、またカソード
（８）の両端に高周波カットフイルタ（１８、１９）に
よりカソード電源（１１）を電気的に接続し、カソード
電源（１１）のアース（１７）側の一端とアノード
（９）との間にアノード（９）側でプラス電位のアノー
ド電源（１２）および高周波カットフイルタ（２０）と
高周波電源（２１）とを切り換えスイッチ（２２）によ
り電気的に選択可能な状態として接続し、成膜室（５）
の内部でカソード（８）、アノード（９）に対向した状
態で配置される加工対象のワーク（１３）とアース（１
７）との間に加工対象のワーク（１３）側でマイナス電
位のイオン加速用電源（１５）および高周波カットフイ
ルタ（４１）を電気的に接続し、さらに一方のカバー
（３）にカソード電源（１１）のアース（１７）の一端
を電気的に接続し、かつプラズマウォール（２）をフロ
ート電位に設定するようにしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のプラズマＣＶＤ
装置１を示している。筒状のプラズマウォール２、その
両開口面に電気絶縁性の気密体２７、２８によって取り
付けられたカバー３、４は、気密可能な成膜室５を形成
している。この成膜室５は、一方のカバー３のインレッ
ト３０、バルブ３１、３２により成膜原料ガス１６の供
給ユニット６および酸素ガス２３の供給ユニット２４
に、またプラズマウォール２の減圧ポート３３により真
空ユニット７にそれぞれ接続されている。

【００１２】プラズマウォール２、カバー３、４は、導
電体によって製作さている。なお、他方のカバー４は、
図面上、開放しているが、カバー４の図上の下方の開放
部分は、図示しないトランスファーケースにより密閉さ
れ、またカバー４の図上の右側の開放部分は、加工対象
のワーク１３の右側の面を左側の面と同時に加工するた
めに、同様の装置により密閉されている。

【００１３】そして、真空放電用のカソード８、このカ
ソード８に対して同心リング状のアノード９は、成膜室
５の内部で、プラズマウォール２の開口面に対しフラン
ジ２４、電気絶縁性の気密体２９、ソケット３５、３６
により電気的に絶縁状態として固定されている。カソー
ド８の両端は、高周波カットフイルタ１８、１９を介し
て交流（０〜２０〔Ｖ〕／１０〜３０〔Ａ〕）のカソー
ド電源１１に接続されている。カソード８の一端は、ア
ース１７に接続され、アノード９側でプラス電位の直流
（０〜２００〔Ｖ〕／０〜２０００〔ｍＡ〕）のアノー
ド電源１２、高周波カットフイルタ２０、切り換えスイ
ッチ２２の一方の接点、切り換え接点を介してアノード
９に接続されている。また、切り換えスイッチ２２の他
方の接点は、調整器３７、高周波（１３．５〔ＭＨｚ〕
／５００〔Ｗ〕）の高周波電源２１、アース１７に接続
されている。

【００１４】カソード８は、成膜室５の外部または内部
で、カバー３またはそれと一体で導電体のプレート３８
に電気的に接続されている。このため、カバー３の電位
は、常時、カソード電源１１の電圧と等しくなるように
設定されている。アノード９は、リング状の部分および
サポートの部分で中空であり、ソケット３６の外部の部
分で、循環用の冷却水２５の供給ユニット２６に接続さ
れている。リング状のアノード９には、その内周あるい
は外周または内外周、例えば内周面に沿ってアノード９
に電気的に接続された２個のシャドウリング１０が互い
に異なる方向から固定され、放電面に対して影（迷路）
を形成している。

【００１５】光ディスクや磁気ディスク、その他のハー
ドディスク、磁気ヘッドなどの加工対象のワーク１３
は、成膜室５の内で、カソード８、アノード９に対向し
た状態でカバー４の内部に設けられたホルダー３９およ
び図示しないトランスファー装置（ハンドリングロボッ
トあるいはロータリインデックスデーブル）により、図
示の位置に順次供給されるようになっている。

【００１６】ワーク１３の中心部分およびワーク１３の
外周部分では、通常、薄膜が厚く形成されやすく、また
プラズマＣＶＤ装置１を対称に２台置くと、プラズマが
互いに影響し合ってしまう領域となる。このため、成膜
室５の内部で、ワーク１３に対向した状態で、上記領域
に応じた形状の膜厚補正板１４が設けられている。この
具体例で、膜厚補正板１４は、成膜室５の内で、プラズ
マウォール２よりも小さい筒状のしゃへい板４０と一体
となってプラズマウォール２に電気的に導通した状態で
固定されている。

【００１７】カソード電源１１のアース１７側とワーク
１３との間に、ワーク１３側でプラス電位の直流（０〜
１５００〔Ｖ〕／０〜１００〔ｍＡ〕）のイオン加速用
電源１５、ワーク１３側で高周波カットフイルタ４１が
接続されている。そして、プラズマウォール２、膜厚補
正板１４およびしゃへい板４０は、電気的に接続されて
いて、いずれの電源にも接続されず、電気的に浮いて独
立した状態すなわちフロート電位に設定されている。

【００１８】成膜時に、オペレータは、真空ユニット７
を起動し、成膜室５の内部を適当な真空度の真空状態と
してから、成膜室５の内部に、成膜原料ガス１６例えば
ＤＬＣ膜の形成のために、トルエン（Ｃ₇ Ｈ₈ ）ガスを
供給器６により供給し、カソード８、アノード９および
ワーク１３にカソード電源１１、アノード電源１２、イ
オン加速用電源１５をそれぞれ接続する。なお、アノー
ド９の異常加熱の防止のために、中空のアノード９に供
給ユニット２６から冷却水２５が循環状態とて供給され
る。

【００１９】カソード８の高温加熱によって、カソード
８からアノード９に向けて多量の電子が放出され、カソ
ード８とアノード９との間でグロー放電が開始される。
これらの電子は、成膜室５の内部の成膜原料ガス１６を
イオン化し、プラズマ状態とする。プラズマ状態の成膜
原料分子は、ワーク１３のマイナス電位によって加速さ
れ、ワーク１３の表面に付着し、薄いＤＬＣ膜（Ｃ₇ Ｈ
₂ の膜）を形成する。図１中で、プラズマ領域では、
の反応が起き、ワーク１３の表面では、の反応が起き
ている。

【００２０】 Ｃ₇ Ｈ₈ ＋ｅ^- → Ｃ₇ Ｈ₈ ⁺ ＋２ｅ^- Ｃ₇ Ｈ₈ ⁺ ＋ｅ^- → Ｃ₇ Ｈ₂ ＋３Ｈ₂ ↑

【００２１】なお、成膜室５の清掃にあたって、供給ユ
ニット２４から酸素ガス２３を成膜室５に入れて、高周
波放電をすれば、酸素プラズマによるアッシング作用に
よって、成膜室５内で加工対象物以外のカソード８、ア
ノード９、膜厚補正板１４、しゃへい板４０などに付着
したＤＬＣ膜を剥離することができる。

【００２２】

【発明の効果】成膜過程で、リング状のアノード９がカ
ソード８から熱的に放出される電子を広い面積で受け取
るため、大きなプラズマ電流（放電電流）を流しても、
プラズマ（放電）が安定する。しかも、薄膜が絶縁性の
膜としてアノード９や、シャドウリング１０の面に形成
されたとしても、カソード８に対するシャドウリング１
０の影側面あるいはシャドウリング１０によって遮へい
され、カソード８と直接対向しないアノード９の表面
や、シャドウリング１０の迷路状の表面側に絶縁性の膜
が形成されにくいため、カソード８とアノード９との間
で長い期間にわたって安定な放電が確保でき、これによ
り成膜原料ガス１６のイオン化が安定な状態で行える。
このように、電子の放出、イオン化が安定な状態で行わ
れるため、ワーク１３に対する成膜動作が安定化し、成
膜能率が高められる。

【００２３】プラズマウォール２がフロート電位に設定
されているので、成膜原料ガス１６のプラスイオンがス
トレートにワーク１３に向かうようになり、プラズマウ
ォール２の内部の成膜室５の部分でプラズマが均一に分
布するため、ワーク１３に対する成膜も厚みむらのない
状態で形成できる。また、カソード８の電位の電界がカ
バー３だけに発生しているので、成膜原料ガス１６のプ
ラスイオンの動きがすなおになり、従来の装置で作成し
ていた複雑な膜厚補正板や回転機構がいらなくなった。
また、カバー３がカソード８のアース１７でない電位に
設定されているため、局部的な異常放電が少なく、成膜
室５の内部で均一なプラズマ状態が確保できる。なお、
プラズマウォール２に成膜原料分子が付着したとして
も、フロート電位によって加速されない状態で付着する
ため、低い硬度で応力歪みもなく、剥がれにくい状態と
なって、不良品の発生が激減した。したがって、それが
落下して、ワーク１３の表面などに付着せず、ワーク１
３の成膜効率も向上する。このように、成膜原料ガス１
６のプラスイオンの動き、分布、プラズマ特性や成膜動
作がよくなる。

【００２４】さらに、給電回路中に、高周波カットフイ
ルタ１８、１９、２０、４１が介在しているため、カソ
ード電源１１でカソード８を加熱しながら、高周波放電
ができる。カソード電源１１によりカソード８を加熱し
ながら、高周波放電を開始すると、プラズマ中の電子密
度が高いので、ＲＦ着火トリガーがなくても、圧力５×
１０^-4〔Ｔｏｒｒ〕程度のもとで、トルエンのプラズマ
放電が安定して得られる。なお、高周波放電によれば、
シャドウリング１０がなくても、安定なプラズマ状態が
えられる。このＲＦプラズマ放電によれば、ワーク１３
が非導電体、例えばプラスチックであっても、成膜が可
能となる。なお、ワーク１３が磁気ディスク（磁気記憶
媒体）であれば、その非磁性基板上に強磁性金属薄膜が
形成されるので、その表面の薄い保護膜がＤＬＣ膜によ
り形成される。このＤＬＣ膜によれば、磁気ディスクの
耐摩耗性が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の断面図および電
気系、配管系の回路図である。

【符号の説明】

１ プラズマＣＶＤ装置 ２ プラズマウォール ３ カバー ４ カバー ５ 成膜室 ６ 供給ユニット ７ 真空ユニット ８ カソード ９ アノード １０ シャドウリング １１ カソード電源 １２ アノード電源 １３ 加工対象のワーク １４ 膜厚補正板 １５ イオン加速用電源 １６ 成膜原料ガス １７ アース １８ 高周波カットフイルタ １９ 高周波カットフイルタ ２０ 高周波カットフイルタ ２１ 高周波カットフイルタ ２２ 切り換えスイッチ ２３ 酸素ガス ２４ 供給ユニット ２５ 冷却水 ２６ 供給ユニット ２７ 気密体 ２８ 気密体 ２９ 気密体 ３０ インレット ３１ バルブ ３２ バルブ ３３ 減圧ポート ３４ フランジ ３５ ソケット ３６ ソケット ３７ 調整器 ３８ プレート ３９ ホルダー ４０ しゃへい板 ４１ 高周波カットフイルタ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−236774（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−335855（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−335854（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−37098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 H05H 1/00 - 1/46 B01J 10/00 - 12/00 B01J 14/00 - 19/32

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のプラズマウォール（２）の両開口
   面に電気絶縁状態としてカバー（３、４）を取り付け
   て、密閉可能な成膜室（５）を形成し、この成膜室
   （５）に成膜原料ガス（１６）の供給ユニット（６）お
   よび真空ユニット（７）を接続するとともに、 成膜室（５）の内部に電気絶縁状態でカソード（８）、
   カソード（８）に対向するリング状のアノード（９）、
   このアノード（９）の周面に沿ってアノード（９）に電
   気的に接続されたシャドウリング（１０）を固定し、 またカソード（８）の両端にカソード電源（１１）を電
   気的に接続し、カソード電源（１１）のアース（１７）
   側の一端とアノード（９）との間にアノード（９）側で
   プラス電位のアノード電源（１２）を電気的に接続し、
   成膜室（５）の内部でカソード（８）、アノード（９）
   に対向した状態で配置される加工対象のワーク（１３）
   とアース（１７）との間に加工対象のワーク（１３）側
   でマイナス電位のイオン加速用電源（１５）を電気的に
   接続したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置（１）。
2. 【請求項２】 筒状のプラズマウォール（２）の両開口
   面に電気絶縁状態としてカバー（３、４）を取り付け
   て、密閉可能な成膜室（５）を形成し、この成膜室
   （５）に成膜原料ガス（１６）の供給ユニット（６）お
   よび真空ユニット（７）を接続するとともに、 成膜室（５）の内部に電気絶縁状態でカソード（８）、
   カソード（８）に対向するリング状のアノード（９）、
   このアノード（９）の周面に沿ってアノード（９）に電
   気的に接続されたシャドウリング（１０）を固定し、 またカソード（８）の両端にカソード電源（１１）を電
   気的に接続し、カソード電源（１１）のアース（１７）
   側の一端とアノード（９）との間にアノード（９）側で
   プラス電位のアノード電源（１２）を電気的に接続し、
   成膜室（５）の内部でカソード（８）、アノード（９）
   に対向した状態で配置される加工対象のワーク（１３）
   とアース（１７）との間に加工対象のワーク（１３）側
   でマイナス電位のイオン加速用電源（１５）を電気的に
   接続し、 さらに一方のカバー（３）にカソード電源（１１）のア
   ース（１７）の一端を電気的に接続し、かつプラズマウ
   ォール（２）をフロート電位に設定したことを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ装置（１）。
3. 【請求項３】 筒状のプラズマウォール（２）の両開口
   面に電気絶縁状態としてカバー（３、４）を取り付け
   て、密閉可能な成膜室（５）を形成し、この成膜室
   （５）に成膜原料ガス（１６）の供給ユニット（６）お
   よび真空ユニット（７）を接続するとともに、 成膜室（５）の内部に電気絶縁状態でカソード（８）、
   カソード（８）に対向するリング状のアノード（９）を
   固定し、 またカソード（８）の両端に高周波カットフイルタ（１
   ８、１９）によりカソード電源（１１）を電気的に接続
   し、カソード電源（１１）のアース（１７）側の一端と
   アノード（９）との間にアノード（９）側でプラス電位
   のアノード電源（１２）および高周波カットフイルタ
   （２０）と高周波電源（２１）とを切り換えスイッチ
   （２２）により電気的に選択可能な状態として接続し、
   成膜室（５）の内部でカソード（８）、アノード（９）
   に対向した状態で配置される加工対象のワーク（１３）
   とアース（１７）との間に加工対象のワーク（１３）側
   でマイナス電位のイオン加速用電源（１５）および高周
   波カットフイルタ（４１）を電気的に接続し、 さらに一方のカバー（３）にカソード電源（１１）のア
   ース（１７）の一端を電気的に接続し、かつプラズマウ
   ォール（２）をフロート電位に設定したことを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ装置（１）。
4. 【請求項４】 筒状のプラズマウォール（２）の両開口
   面に電気絶縁状態としてカバー（３、４）を取り付け
   て、密閉可能な成膜室（５）を形成し、この成膜室
   （５）に成膜原料ガス（１６）の供給ユニット（６）お
   よび真空ユニット（７）を接続するとともに、 成膜室（５）の内部に電気絶縁状態でカソード（８）、
   カソード（８）に対向するリング状で中空のアノード
   （９）、このアノード（９）の周面に沿って電気的に接
   続されたシャドウリング（１０）を固定し、中空のアノ
   ード（９）に冷却水（２５）循環用の供給ユニット（２
   ６）を接続し、 またカソード（８）の両端に高周波カットフイルタ（１
   ８、１９）によりカソード電源（１１）を電気的に接続
   し、カソード電源（１１）のアース（１７）側の一端と
   アノード（９）との間にアノード（９）側でプラス電位
   のアノード電源（１２）および高周波カットフイルタ
   （２０）と高周波電源（２１）とを切り換えスイッチ
   （２２）により電気的に選択可能な状態として接続し、
   成膜室（５）の内部でカソード（８）、アノード（９）
   に対向した状態で配置される加工対象のワーク（１３）
   とアース（１７）との間に加工対象のワーク（１３）側
   でマイナス電位のイオン加速用電源（１５）および高周
   波カットフイルタ（４１）を電気的に接続し、 さらに一方のカバー（３）にカソード電源（１１）のア
   ース（１７）の一端を電気的に接続し、かつプラズマウ
   ォール（２）をフロート電位に設定したことを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ装置（１）。
5. 【請求項５】 加工対象のワーク（１３）を磁気記憶媒
   体とし、磁気記憶媒体の非磁性基板上の強磁性金属薄膜
   の表面にイオン化物質の分子により薄い保護膜を形成す
   ることを特徴とする請求項１、２、３または４記載のプ
   ラズマＣＶＤ装置（１）。