JP4029624B2

JP4029624B2 - 成膜装置および成膜方法

Info

Publication number: JP4029624B2
Application number: JP2002032624A
Authority: JP
Inventors: 典孝秋田; 伸一小倉
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003231960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＭＲヘッド等の磁気ヘッドやハードディスクメディアなどへの保護膜の成膜装置および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置に使用されている磁気ヘッド（ＧＭＲヘッドやＭＲヘッド）においては、ヘッドの耐腐食性や耐摩耗性を向上させる目的でＤＬＣ（Diamondlike Carbon）膜やｔａ−Ｃ（tetrahedral amorphous carbon）膜などの炭素膜を保護膜として形成している。一般的には、磁気ヘッドのＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材上にＳｉ膜の中間層を形成し、その上にＤＬＣ薄膜やｔａ−Ｃ薄膜を形成する。近年では、記録密度の向上にともなって磁気ヘッドに形成する保護膜としてより薄いものが要求されており、これらの保護膜は数ｎｍの厚さに形成されている。そのため、耐腐食性を満足するためには、より緻密で硬い保護膜が要求されている。
【０００３】
磁気ヘッドのＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材に保護膜を成膜する場合には、まず、研磨工程においてＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材の表面を平坦化する。次に、クリーニング工程において母材表面の酸化膜等を除去した後に、Ｓｉ膜および炭素膜が成膜される。研磨工程では、一般的に粒径数ｎｍ〜数μｍの研磨材（ダイヤモンドパウダー）が用いられる。クリーニング工程では、アルゴンイオンによるスパッタエッチングによってＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材表面の酸化膜が除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ａｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材上に数ｎｍ〜数μｍの粒径を有する研磨材が残留していると、クリーニング工程におけるアルゴンイオンのスパッタエッチングでこの研磨材を除去するのは難しい。上述したように保護膜の厚さが数ｎｍと非常に薄いと、研磨剤の残留によるＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材表面の凹凸が膜厚に比べて大きくなり、母材表面を保護膜で十分にカバーできないという問題があった。また、緻密で硬い保護膜は高圧縮応力を有しており、研磨材が残留していると膜自身の高圧縮力によってクラックが発生したり、剥離が発生したりするという問題があった。その結果、ＧＭＲヘッドの耐腐食性機能を数ｎｍの保護膜でもたせるのは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、被成膜面に残留する研磨材を効果的に除去して成膜を行うことができる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明は、磁気ヘッドの保護膜を成膜する成膜装置であって、水素ガスと不活性ガス（例えばアルゴンガス）との混合ガス雰囲気中または水素ガス雰囲気中でプラズマを生成し、ダイヤモンドパウダーを用いて研磨することにより生成された被成膜面に残留するダイヤモンドパウダーを、プラズマ中の水素ラジカルにより除去するクリーニングシステム３と、クリーニングシステム３によりクリーニングされた被成膜面に保護膜を形成する成膜システム１とを備えて上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明による成膜方法では、磁気ヘッドの保護膜が成膜される被成膜面を、ダイヤモンドパウダーを用いて研磨する研磨工程と、水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中または水素ガス雰囲気中でプラズマを生成し、被成膜面に残留するダイヤモンドパウダーをプラズマ中の水素ラジカルにより除去するクリーニング工程と、クリーニングされた被成膜面に保護膜を形成する成膜工程と有することにより上述の目的を達成する。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明による成膜装置の概略構成を模式的に示した図である。成膜装置は炭素膜成膜システム１、Ｓｉ膜成膜システム２およびクリーニングシステム３を備えており、それらは搬送室４を介して連結されている。炭素膜成膜システム１、Ｓｉ膜成膜システム２およびクリーニングシステム３は、ゲートバルブＧ１〜Ｇ３を介して搬送室４に接続されている。搬送室４には搬送ロボット５が設けられており、この搬送ロボット５により各装置への成膜対象物の出し入れを行う。搬送室４内はバルブＶ１を介して接続された真空ポンプ７により真空排気される。なお、以下では成膜対象物（磁気ヘッド）を基板と呼ぶことにする。
【０００９】
炭素膜成膜システム１には、ECR−CVD装置やカソードアークイオン成膜装置等が用いられる。ＤＬＣ膜を成膜する場合にはECR−CVD装置が適しており、ｔａ−Ｃ膜を成膜する場合にはカソードアークイオン成膜装置が適している。また、Ｓｉ膜成膜システム２には、例えば、図１に示すようなＤＣマグネトロンスパッタ装置が用いられる。ＤＣマグネトロンスパッタ装置のスパッタ室には、プロセスガスであるアルゴンガスがバルブＶ２を介して供給される。８はチャンバ１０内を真空排気するための真空排気装置である。
【００１０】
Ｓｉターゲット１０はＤＣマグネトロンスパッタ装置の陰極であるターゲットホルダ９に設けられ、陽極側１１には基板Ｓが装着される。ターゲットホルダ９には磁石１２が設けられ、Ｓｉターゲット１０にはバイアス電源１３により負のバイアス電圧が印加されている。磁石１２はＳｉターゲット１０の表面付近に平行な磁界を発生させるために設けられたものである。基板Ｓ上にＳｉ膜を成膜する場合には、スパッタ室にアルゴンガスを導入してプラズマを生成することによりマグネトロンスパッタを行う。Ｓｉターゲット１０からスパッタされたＳｉ粒子は基板Ｓ上に堆積し、Ｓｉ膜が基板Ｓに形成される。
【００１１】
クリーニングシステム３には、スパッタエッチング装置、ＥＣＲエッチング装置、ＩＢＥ（イオンビームエッチング）装置などが用いられる。従来、これらのエッチング装置ではアルゴンガス雰囲気中でプラズマを生成し、そのプラズマ中のアルゴンイオンにより基板Ｓの表面をスパッタして酸化物等を除去している。一方、本実施の形態のクリーニングシステム３では、スパッタ室１９にアルゴンガスと水素ガスを導入し、水素ガスが存在する雰囲気中でプラズマを生成してスパッタを行うようにした。
【００１２】
図１に示した成膜装置では、クリーニングシステム３として平行平板型のスパッタエッチング装置を用いている。１４は基板Ｓが装着される基板ホルダであり、基板ホルダ１４にはＲＦ電源１５が接続されている。１６は他方の電極である。クリーニングシステム３はアルゴンガス供給装置１７と水素ガス供給装置１８とを備えており、スパッタ室１９内にアルゴンガスおよび水素ガスの両方を供給することができる。２０はアルゴンガスのガス供給源であり、マスフローコントローラ２１ａおよびバルブＶ３ａを介してアルゴンガスがスパッタ室１９内に導入される。一方、２２は水素ガス供給源であり、同様に、マスフローコントローラ２１ｂおよびバルブＶ３ｂを介して水素ガスがスパッタ室１９内に導入される。２３はスパッタ室１９内を真空排気するための真空排気装置である。なお、図１に示したクリーニングシステム３では、プラズマを生成する際のガスをアルゴンガスとしたが、その他の不活性ガスでも良い。
【００１３】
《保護膜成膜手順の説明》
次に、図２〜４を参照して保護膜成膜の手順について説明する。図２は工程図であり、保護膜成膜工程Ｂとその前工程である研磨工程Ａとを示したものである。保護膜成膜工程Ｂは、さらに５つの工程に分かれている。研磨工程Ａでは、図３（ａ）に示すように研磨によってＡｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材３０の表面を平坦化する。図３（ａ）は磁気ヘッド素子の断面を模式的に示したものであり、母材３０の表面は、母材３０と研磨用パッド３３との間に介在する研磨液３１によって研磨される。研磨液３１にはダイヤモンドパウダー等の研磨材３２が含まれている。研磨後には研磨液３１を除去するための洗浄が行われるが、研磨材３２を完全に除去するのは難しく母材３０表面に多少なりとも残留する。なお、図示しなかったが、Ａｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材３０内には磁気ヘッド素子の構成要素であるメタル部が埋め込まれるように形成されている。
【００１４】
研磨工程Ａを終了すると、次の保護膜成膜工程Ｂに進む。保護膜成膜工程Ｂの工程１では、研磨後の基板Ｓを図１に示した成膜装置の搬送室４内に搬入する。図３（ｂ）は、搬送室４内に搬送された基板Ｓの母材断面を模式的に示したものである。搬送室４に搬送されるまでに基板Ｓは大気に晒されるため、母材３０の表面には酸化物３４が形成されたりコンタミネーション（不図示）が付着する。また、上述したように母材３０の表面には研磨工程で用いられた研磨材３２も残留している。搬送室４に搬送された基板Ｓは、搬送ロボット５によりクリーニングシステム３に搬送される。
【００１５】
工程２はクリーニング工程であり、スパッタエッチングにより母材表面のクリーニングが行われる。クリーニングの際には、アルゴンガス供給装置１７によりアルゴンガスを導入するとともに、水素ガス供給装置１８からも水素ガスを供給し、アルゴンガスと水素ガスとの混合雰囲気においてプラズマを生成する。図１のＲＦ電源１５によりＲＦバイアスを印加するとプラズマが生成され、図４に示す「Ａｒ→Ａｒ^＋＋ｅ⁻」、「Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻」という反応が生じて水素ラジカルＨ^＋が生成される。
【００１６】
アルゴンイオン３９は従来のスパッタエッチングと同様に母材３０の表面に照射されて母材表面をスパッタし、母材表面の酸化物３４等を除去する。さらに、本実施の形態では、水素ラジカル３７が母材３０の表面に存在する研磨材（ダイヤモンドパウダー）３２と化学的に反応して、気体状の炭化水素化合物（Ｃ_ｎＨ_ｍ）３８が生成される。生成された炭化水素化合物３８は真空排気装置２３によりスパッタ室１９の外部に排気される。すなわち、母材３０上に残留していた研磨材３２は、プラズマ中の水素ラジカル３７によって除去されることになる。なお、水素ラジカル３７は酸化物３４の除去にも寄与する。
【００１７】
基板クリーニングが終了したならば、図１の搬送ロボット５により基板Ｓをクリーニングシステム３からＳｉ膜成膜システム２のＤＣマグネトロンスパッタ装置内に搬送する。工程３では、ＤＣマグネトロンスパッタ装置により、図３（ｃ）に示すようにＳｉ膜３５を母材３０上に成膜する。このＳｉ膜３５は、次いで形成される炭素膜３６（図３（ｄ）参照）と母材３０との密着性を向上させるために形成される。基板Ｓ上にＳｉ膜３５を成膜したならば、搬送ロボット５により基板ＳをＳｉ膜成膜システム２から炭素膜成膜システム１に搬送する。
【００１８】
工程４では、炭素膜成膜システム１によりＳｉ膜３５上に保護膜である炭素膜３６を形成する（図３（ｄ）参照）。具体的には、ECR−CVDやカソードアークイオン成膜によりＤＬＣ膜やｔａ−Ｃ膜を成膜する。工程５では、炭素膜３６が形成された基板Ｓを搬送ロボット５により搬送室４に搬送し、その後、搬送室４から装置外へ取り出して次工程へと送る。
【００１９】
上述したように、本実施の形態では水素ガスが含まれる雰囲気中でプラズマを生成することで、水素ラジカル３７（Ｈ^＋）が生成される。そして、その水素ラジカル３７が母材表面に残留する研磨材３２と化学反応することにより、従来のスパッタエッチングでは除去が困難であった残留研磨材３２を、母材表面から容易に除去することができるようになった。また、酸化物３４に対しても、従来のアルゴンイオンのエッチング作用に加えて水素ラジカル３７の化学的作用が加わるため、クリーニングの効率が向上する。
【００２０】
特に、ＧＭＲヘッドのように非常に薄い保護膜（例えば、５ｎｍ以下）の場合には、ヘッド面に研磨材が残留しているか否かが保護膜の耐腐食性能に大きく影響している。そのため、水素ラジカルを利用して残留研磨材を除去することにより、保護膜の耐腐食性能を大きく向上させることができる。
【００２１】
以上説明した実施の形態では、クリーニングシステム３としてスパッタエッチング装置を用いる場合を例に説明したが、不活性ガスのプラズマ（アルゴンプラズマ）を生成してスパッタを行うスパッタエッチング装置であれば、ＥＣＲスパッタエッチング装置やＩＢＥ装置にも本発明は適用できる。いずれの場合にも、プラズマが生成される空間に水素ガスを供給して、水素ガスが存在する状態でプラズマを生成することにより水素ラジカルが生成される。そして、プラズマ中のイオン（Ａｒ^＋，Ｈ^＋）をバイアス電圧により基板方向に引き出して基板表面に照射させることにより基板表面をクリーニングする。
【００２２】
また、上述した実施の形態では、磁気ヘッドの保護膜成膜を例に説明したが、例えば、ハードディスクメディアの保護膜形成にも本発明を適用することができる。なお、水素ガス濃度は分圧で５〜１００％の範囲に設定するのが好ましい。１００％の場合は、水素ガスのみが存在する雰囲気中でプラズマを生成することを意味している。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中または水素ガス雰囲気中でプラズマを生成することにより、水素ラジカルが生成される。この水素ラジカルは被成膜面に残留している研磨材のダイヤモンドパウダーと化学反応して、それらを炭化水素化合物として被成膜面や基板表面から除去する。その結果、ダイヤモンドパウダーの除去を効果的に行うことができ、被成膜面に形成された保護膜の被覆性や密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】保護膜成膜工程Ｂとその前工程である研磨工程Ａとを示した工程図である。
【図３】図２の各工程を説明する断面図であり、（ａ）は研磨工程を、（ｂ）は搬送後の母材断面を、（ｃ）はＳｉ膜３５が成膜された母材の断面を、（ｄ）は炭素膜３６が成膜された母材の断面をそれぞれ示す。
【図４】クリーニング工程を説明する図である。
【符号の説明】
１炭素膜成膜システム
２Ｓｉ膜成膜システム
３クリーニングシステム
４搬送室
１０Ｓｉターゲット
１７アルゴンガス供給装置
１８水素ガス供給装置
３０Ａｌ_２Ｏ_３ＴｉＣ母材
３２研磨材
３４酸化物
３７水素ラジカル
３８炭化水素化合物
３９アルゴンイオン
Ｓ基板

Claims

磁気ヘッドの保護膜を成膜する成膜装置であって、
水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中または水素ガス雰囲気中でプラズマを生成し、ダイヤモンドパウダーを用いて研磨することにより生成された被成膜面に残留する前記ダイヤモンドパウダーを、前記プラズマ中の水素ラジカルにより除去するクリーニングシステムと、
前記クリーニングシステムによりクリーニングされた被成膜面に前記保護膜を形成する成膜システムとを備えたことを特徴とする成膜装置。
磁気ヘッドの保護膜が成膜される被成膜面を、ダイヤモンドパウダーを用いて研磨する研磨工程と、
水素ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中または水素ガス雰囲気中でプラズマを生成し、前記被成膜面に残留する前記ダイヤモンドパウダーを前記プラズマ中の水素ラジカルにより除去するクリーニング工程と、
前記クリーニングされた被成膜面に前記保護膜を形成する成膜工程とを有することを特徴とする成膜方法。