JP6121576B1 - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスのコストおよび生産性の観点で有利な成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置は、アーク放電によってプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部で発生したプラズマによって部材に膜が形成される成膜部とを備える。前記プラズマ発生部は、ターゲットを保持し前記ターゲットに負電位を印加するターゲット保持部と、正電位が印加されるアノードと、前記ターゲットからのドロップレットを捕集する捕集器とを含む。前記アノードは、開口を有し、前記捕集器は、前記開口の中に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置に関する。

ハードディスクなどのメディアの保護膜を形成する方法として、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）またはエチレン（Ｃ２Ｈ４）などの反応性ガスを利用したＰＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。近年では、磁気読取ヘッドとメディアの磁気記録層とのスペーシング距離やヘッド浮上量をより小さくしてドライブ特性を向上させるために、磁気記録層の上に形成されるカーボン保護膜などの保護膜を更に薄くすることが求められている。

一方、ＰＣＶＤ法で形成されるカーボン保護膜の厚さは、その特性から２〜３ｎｍが限界であると言われている。そこで、ＰＣＶＤ法に代わり、より薄いカーボン保護膜を形成可能な技術として、アーク放電を用いた真空アーク成膜法（Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が注目されている。真空アーク成膜法は、ＰＣＶＤ法と比べて、水素含有量が少なく硬いカーボン保護膜を形成することができるため、膜厚を１ｎｍ程度まで薄くできる可能性がある。

特許文献１には、真空アーク放電によりプラズマを発生させプラズマ流を形成するプラズマ発生部と、プラズマ流を屈曲したプラズマ進行路に沿ってガイドするプラズマガイド部と、ドロップレット捕集部とを備えるプラズマ加工装置が記載されている。ドロップレット捕集部は、プラズマ発生部の陰極の正面方向に配置され、プラズマ進行を進むプラズマ流から分離されたドロップレットを捕集する。

特許文献２には、アーク放電部と、アーク放電部でドロップレットとともに発生したプラズマが進行する主進行路と、ドロップレット除去装置と、プラズマ加工部とを備えるプラズマ加工装置が記載されている。ドロップレット除去装置は、主進行路とプラズマ加工部との間に配置されている。ドロップレット除去装置は、偏芯通過孔を有する複数のアパーチャーを備えている。プラズマは、偏心通過孔を湾曲しながら通過し、ドロップレットは、アパーチャーの壁面に衝突することによってプラズマから除去される。

特開２０１０−２０２８９９号公報 特許第４８８９９５７号公報

特許文献１、２に記載された装置では、プラズマを発生させるプラズマ源からかなり遠い位置にドロップレットの捕集部が配置されるので、プラズマ源と捕集部との間の経路に配置されている部材に対して広範囲にわたって多量のドロップレットが付着しうる。したがって、ドロップレットを除去するための作業を広範囲にわたって行う必要がある。そのために、メンテナンスに要するコストが大きく、また、生産性が低下しうる。

本発明は、メンテナンスのコストおよび生産性の観点で有利な成膜装置を提供することを目的とする。

本発明は、アーク放電によってプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部で発生したプラズマによって部材に膜が形成される成膜部とを備える成膜装置に係り、前記プラズマ発生部は、ターゲットを保持し前記ターゲットに負電位を印加するターゲット保持部と、正電位が印加されるアノードと、前記ターゲットからのドロップレットを捕集する捕集器と、を含み、前記アノードは、開口を有し、前記捕集器は、前記開口の中に配置され、前記アノードは、前記ターゲットの下方に配置されている。

本発明によれば、メンテナンスのコストおよび生産性の観点で有利な成膜装置が提供される。

本発明の一実施形態の処理システムの構成を示す図。 処理システムに組み込まれうる成膜装置の構成を模式的に示す図。 成膜装置のプラズマ発生部およびその周辺の構成を模式的に示す断面図。 成膜装置のプラズマ発生部およびその周辺の構成を模式的に示す断面図。 成膜装置の変形例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の一実施形態の処理システム１００の構成が示されている。処理システム１００は、例えば、ハードディスクなどのメディアを製造するための機材としての基板などの部材１に複数の膜を積層するために使用されうる。この実施形態では、処理システム１００は、連結された複数の処理装置１１７−１３０を経由するように部材１を搬送しながら部材１を処理するインライン式である。複数の処理装置１１７−１３０は、それぞれ、排気装置が設けられたチャンバを有し、隣り合うチャンバは、ゲートバルブを介して連結されている。部材１は、キャリア１０に搭載された状態で搬送されうる。部材１は、例えば、中心部分に孔（内周孔部）を有する金属又はガラスからなる円板状部材でありうる。処理システム１００は、例えば、部材１の互いに反対側の２つの面に磁性層および該磁性層を保護する保護膜を形成するように構成されうる。

処理装置１１１は、例えば、ロードロックチャンバを含み、該ロードロックチャンバにおいて、キャリア１０に部材１を取り付ける処理が行われうる。処理装置１１６は、例えば、アンロードロックチャンバを含み、該アンロードロックチャンバにおいて、キャリア１０から部材１が取り外されうる。処理装置１１２、１１３、１１４および１１５は、例えば、部材１を保持したキャリア１０の搬送方向を９０度変更する方向変更処理を行いうる。

処理装置１１７は、例えば、部材１に密着層を形成する処理を行いうる。処理装置１１８、１１９および１２０は、密着層が形成された部材１に軟磁性層を形成する処理を行いうる。処理装置１２１は、軟磁性層が形成された部材１にシード層を形成する処理を行いうる。処理装置１２３および１２４は、シード層が形成された部材１に中間層を形成する処理を行いうる。処理装置１２６および１２７は、中間層が形成された部材１に磁性膜を形成する処理を行いうる。処理装置１２９は、磁性膜が形成された部材１に保護膜を形成する処理を行いうる。

処理システム１００における複数の部材１の処理手順について例示的に説明する。まず、処理装置１１１において、１番目のキヤリア１０に部材１が取り付けられ、処理装置１１２で方向が変更され、処理装置１１７に送られ、処理装置１１７において密着層が形成される。この間、処理装置１１１において、２番目のキャリア１０に次の部材１が取り付けられる。

次いで、１番目のキャリア１０が軟磁性層を形成するための処理装置１１８、１１９および１２０に順に搬送されながら部材１に軟磁性層が形成される。この間、２番目のキャリア１０が密着層を形成するための処理装置１１７に移動し、部材１１に密着層が形成され、更に、処理装置１１１において、３番目のキャリア１０に部材１が取り付けられる。このように、先頭のキャリア１０およびそれに続くキャリア１０が移動する度に処理装置１１１において後続のキャリア１０に部材１が取り付けられる。

次に、軟磁性層が形成された部材１を保持した１番目のキャリア１０は、シード層を形成するための処理装置１２１に搬送され、部材１にシード層が形成される。そして、１番目のキャリア１０は、中間層を形成するための処理装置１２３および１２４、磁性膜を形成するための処理装置１２６および１２７、保護膜を形成するための処理装置１２９に順に移動し、基板１に中間層、磁性膜および保護膜が順に形成される。

図２には、処理システム１００に組み込まれうる成膜装置３０の構成が模式的に示されている。成膜装置３０は、例えば、処理装置１２９として処理システム１００に組み込まれうる。成膜装置３０は、例えば、部材１に形成された磁性膜の表面にｔａ−Ｃ（テトラヘドラル・アモルファスカーボン）層からなる保護膜を形成するｔａ−Ｃ成膜装置として使用されうるが、他の膜を形成するために使用されてもよい。

成膜装置３０は、成膜部３２と、誘導部３４と、プラズマ発生部（ソース部）３６と含むモジュールを備えうる。成膜装置３０は、複数のモジュールを備えることができる。例えば、成膜装置３０は、部材１の両面に膜を形成するように２つのモジュールを備えることができる。

成膜部３２では、プラズマ発生部３６で発生したプラズマによって部材１に膜が形成される。成膜部３２は、プロセスチャンバ（成膜チャンバ）３２１を有し、プロセスチャンバ３２１には、部材１をその被処理面が鉛直方向に沿う姿勢で搬送および位置決めする搬送機構が設けられうる。また、プロセスチャンバ３２１には、その内部を真空排気する排気装置が設けられうる。

誘導部３４は、プラズマ発生部３６から成膜部３２にプラズマを誘導するように配置されうる。誘導部３４は、一端が成膜部３２に接続され、他端がプラズマ発生部３６に接続されうる。成膜部３２は、プラズマ発生部３６よりも低い位置に配置されうる。図２に記載されたＸＹＺ座標軸は、Ｚ軸が鉛直上方となるように定義されている。誘導部３４は、屈曲したダクト（管状部材）３４１を有する。ダクト３４１の一端は成膜部３２のプロセスチャンバ３２１に接続され、他端はプラズマ発生部３６の放電チャンバ３６１に接続されうる。ダクト３４１の他端は、放電チャンバ３６１の下方に配置されうる。即ち、ダクト３４の他端は、放電チャンバ３６１の鉛直下方（重力方向）に配置されうる。

誘導部３４は、プラズマを誘導する磁場を発生する複数のコイルＣＬを含みうる。複数のコイルＣＬは、ダクト３４の外側に配置されうる。また、誘導部３４は、ドロップレットを捕集するようにダクト３４の内側に配置された複数のバッフル３４２を含みうる。各バッフル３４２は、プラズマを通過させる開口（例えば円形開口）を有する。各バッフル３４２は、例えば、金属で構成されうる。複数のバッフル３４２のうちプラズマ発生部３６に最も近いバッフル３４２を以降の説明の便宜のために第１バッフル３４２ａと呼ぶことにする。また、複数のコイルＣＬは、ダクト３４１のうち捕集器３７０と第１バッフル３４２ａとの間の部分に設けられたコイルを含むことができ、このコイルを以降の説明の便宜のために第１コイルＣＬ１と呼ぶ。

誘導部３４は、必須の構成要素ではなく、誘導部３４を設けない場合には、プラズマ発生部３６の下に成膜部３２が配置されうる。この場合、成膜部３２のプロセスチャンバ３２１の上方に、プロセスチャンバ３２１の内部空間とプラズマ発生部３６の放電チャンバ３６１の内部空間とを連通させるための開口が設けられうる。また、部材１は、その非成膜面の法線が上方を向くように配置されうる。

ドロップレットは、プラズマ発生部３６のターゲット３６２からプラズマ構成粒子（プラズマを構成するイオン、原子、分子等の粒子）よりも大きく、通常は、ナノメートルオーダーから数百マイクロメートルオーダーの大きさ（０．０１〜１０００μｍ）を有する粒子である。ドロップレットは、プラズマ構成粒子とは、質量や電荷量が異なるので、誘導部３４によるプラズマの誘導経路から外れ、バッフル３４２によって捕集されうる。ただし、この実施形態では、プラズマ発生部３６にドロップレットを捕集する捕集器３７０が設けられるので、誘導部３４のバッフル３４２によって捕集されるドロップレットはわずかであり、誘導部３４のメンテナンスの必要性は著しく低減される。

プラズマ発生部３６は、誘導部３４のダクト３４１と接続された放電チャンバ３６１を有する。また、プラズマ発生部３６は、成膜材料としてのターゲット３６２を保持しターゲット３６２に負電位を印加するターゲット保持部３６３と、正電位が印加されるアノード３６５と、ターゲット３６２からのドロップレットを捕集する捕集器３７０とを有する。ターゲット３６２は、カソードとして機能する。ターゲット３６２は、本実施形態では円柱形状を有するが、その他の形状、例えば、角柱形状、円筒形状又は角筒形状を有していてもよい。アノード３６５は、開口を有し、該開口を通して放電チャンバ３６１の内部空間と誘導部３４のダクト３４１の内部空間、更には成膜部３２のプロセスチャンバ３２１の内部空間が連通している。捕集器３７０は、アノード３６５の開口の中に配置されている。捕集器３７０も開口を有し、捕集器３７０の開口を通して、放電チャンバ３６１の内部空間と誘導部３４のダクト３４１の内部空間、更には成膜部３２のプロセスチャンバ３２１の内部空間が連通している。アノード３６５は、ターゲット３６２の下方に配置され、アノード３６５の開口中に配置された捕集器３７０もまたターゲット３６２の下方に配置されている。

ターゲット保持部３６３は、駆動部３６８によって並進駆動および回転駆動がなされうる。駆動機構３６８は、ターゲット３６２に負電位が印加されるようにターゲット保持部３６３に負電位を供給する。即ち、駆動機構３６８は、ターゲット保持部３６３を介してターゲット３６２に負電位を印加する。

また、プラズマ発生部３６は、ストライカ３６６および電磁石３６７を含みうる。ストライカ３６６は、ターゲット３６２とアノード３６５との間でアーク放電を発生させるための部材である。ターゲット３６２とアノード３６５との間でアーク放電を発生させることで、ターゲット３６２の構成材料がイオン化してプラズマ構成粒子が生成される。ストライカ３６６がターゲット３６２に接触する位置にアークスポットが形成され、この位置でアーク放電が発生する。電磁石３６７は、アークスポットの位置を調整する。捕集器３７０は、アークスポットからのドロップレットを捕集するように配置されうる。成膜装置３０が部材１にｔａ−Ｃ層からなる保護膜を形成するｔａ−Ｃ成膜装置として使用される場合、ターゲット３６２は、カーボンで構成される。

図３には、プラズマ発生部３６およびその周辺の構成の断面が示されている。アノード３６５は、筒形状を有する第１筒形状部３６５１を含みうる。筒形状は、軸方向（ｚ軸方向）に直交する断面の形状が円形、多角形または星形形状である形状を含みうる。アノード３６５は、放電チャンバ３６１と電気的に絶縁されてもよいし、電気的に接続されてもよい。捕集器３７０は、プラズマを通過させるようにアノード３６５の第１筒形状部３６５１の内側に配置された第２筒形状部３７１と、第２筒形状部３７１から第１筒形状部３６５１の内壁に延びたフランジ部３７２とを含みうる。第２筒形状部３７１は、筒形状を有する。一つの例において、フランジ部３７２の外縁は、アノード３６５の下端部などの部分に対して直接に結合されうる。他の例において、フランジ部３７２の外縁は、他の部材を介してアノード３６５に結合されうる。フランジ部３７１は、枠形状またはリング形状を有しうる。捕集器３７０は、アノード３６５に対して電気的に絶縁される。捕集器３７０は、所定電位に維持される導電材料で構成されてもよいし、電気的に浮遊状態にされてもよい。

図３には、放電チャンバ３６１の中にアノード３６５が配置された構成例が示されているが、このような構成例に代えて、放電チャンバ３６１の全体または一部分がアノードとして使用される構成も有用である。つまり、放電チャンバ３６１は、アノード３６５の代わりに、アノードとして機能するアノード部を含んでもよい。該アノード部は、開口を有し、捕集器３７０は、該開口の中に配置されうる。

図３に示された構成例では、捕集器３７０の第２筒形状部３７１の外側面と捕集器３７０のフランジ部３７２の上面とアノード３６５の第１筒形状部３６５１の内側面によって、ドロップレットを捕集する捕集ポケットＰが構成されている。アークスポットなどから発生したドロップレットは、捕集ポケットＰによって捕集されうる。このようにアノード３６５の開口の中に捕集器３７０を配置することによって、プラズマ発生部３６の中、即ち、プラズマ源としてのターゲット３６２に近い位置においてドロップレットの多くの部分が捕集されることになる。そのため、プラズマの流れの下流側の誘導部３４のバッフル３４２（３４２ａ）によって捕集すべきドロップレットが大幅に減少しうる。これは、誘導部３４のメンテナンスの頻度の低下に有利である。捕集器３７０によって捕集されたドロップレットは、例えば、放電チャンバ３６１を大気開放することによって捕集器３７０から除去することができる。

図３の他、図４を参照しながらドロップレットおよびプラズマの広がりについて説明する。ドロップレットは磁場の影響を受けにくいので、アークスポットなどで発生したドロップレットは、プラズマよりも、鉛直方向(重力方向）に進行する際に水平方向に広がりやすい。一方、プラズマは、ドロップレットよりも、磁場の影響を受けやすいので、コイルＣＬが発生する磁場によって誘導されて鉛直方向に進行する際に、水平方向に広がりにくい。即ち、放電チャンバ３６１内では、プラズマとドロップレットとでは、水平方向の広がり方が異なる。図４には、プラズマの広がり（分布）がＲ１で示され、ドロップレットの広がりがＲ２で示されている。

捕集器３７０の第２筒形状部３７１の高さをＨとする。第２筒形状部３７１の上端部（高さＨ）における開口寸法（内径）Ｄ１は、高さＨにおけるドロップレットの水平方向の広がりＲ２よりも小さい寸法、かつ、高さＨにおけるプラズマの水平方向の広がりＲ１と同じかそれよりも大きい寸法にされうる。これによって、プラズマの通過を妨げることなくドロップレットを捕集ポケットＡによって捕集することができる。ここで、高さＨ付近に、プラズマの広がりを抑える磁場を形成してもよく、この場合、第２筒形状部３７１の上端部の開口寸法Ｄ１を小さくすることができ、ドロップレットの捕集効率を上げることができる。

捕集器３７０の第２筒形状部３７１の下端部（即ち、誘導部３４の側）の開口寸法Ｄ２は、上端部の開口寸法Ｄ１と同じでもよいし、異なってもよい。プラズマを遮断することなく第１バッフル３４２ａによる捕集効率を上げるために、第２筒形状部３７１の下端部の開口寸法Ｄ２は、第１バッフル３４２ａの開口寸法（内径）Ｄ３と同じであることが好ましい。前述のように、ダクト３４１のうち捕集器３７０と第１バッフル３４２ａとの間の部分に第１コイルＣＬ１を設けることにより、当該部分におけるプラズマの広がりを抑制することができる。したがって、第１コイルＣＬ１を設けることによって、第２筒形状部３７１の下端部の開口寸法Ｄ２を第１バッフル３４２ａの開口寸法Ｄ３と同じにすることによる効果が高められる。

図５には、成膜装置３０の変形例が示されている。以下では、図２〜図４を参照しながら説明した成膜装置３０との相違点についてのみ説明する。変形例の成膜装置３０は、ドロップレットを回収する回収部４３と、捕集器３７０によって捕集されたドロップレットを回収部４３に移送する移送部４２とを備えている。回収部４３は、例えば、容器であり、成膜装置３０あるいは放電チャンバ３６１から容易に取り外し可能に構成されうる。移送部４２は、捕集器３７０からドロップレットを回収部４３に移送する機構であれば何でもよいが、例えば、スクリューコンベアでありうる。

回収部４３は、放電チャンバ３６１の外に配置され、放電チャンバ３６１と回収部４３との間には、バルブ４４が設けられうる。回収部４３からドロップレットを除去する際には、バルブ４４を閉じることによって放電チャンバ３６１の内部空間から回収部４３の内部空間を分離することができる。回収部４３には、回収部４３の内部空間を減圧するための排気機構４５が接続されうる。以上の構成を備えることにより、バルブ４４を閉じることにより成膜装置３０を稼働させたままで回収部４３からドロップレットを除去することができる。また、その後、回収部４３の内部空間を排気口４５によって減圧してからバルブ４４を開いて、放電チャンバ３６１の内部空間と回収部４３の内部空間とを連通させることにより、捕集器３７０から回収部４３へ移動部４２によってドロップレットを移送することができる状態になる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００：処理システム、１１１−１３０：処理装置、３０：成膜装置(処理装置）、３２：成膜部、３４：誘導部、３６：プラズマ発生部、３２１：プロセスチャンバ、３４２：バッフル、３４２ａ：第１バッフル、ＣＬ：コイル、ＣＬ１：第１コイル、３６１：放電チャンバン、３６２：ターゲット、３６３：ターゲット保持部、３６５：アノード、３６５１：第１筒形状部、３６６：ストライカ、３６７：電磁石、３６８：駆動部、３７０：捕集器、３７１：第２筒形状部、３７２：フランジ部

Claims (8)

1. アーク放電によってプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部で発生したプラズマによって部材に膜が形成される成膜部とを備える成膜装置であって、
   前記プラズマ発生部は、
   ターゲットを保持し前記ターゲットに負電位を印加するターゲット保持部と、
   正電位が印加されるアノードと、
   前記ターゲットからのドロップレットを捕集する捕集器と、を含み、
   前記アノードは、開口を有し、前記捕集器は、前記開口の中に配置され、
   前記アノードは、前記ターゲットの下方に配置されている、
   ことを特徴とする成膜装置。
2. 前記アノードは、第１筒形状部を有し、前記捕集器は、プラズマを通過させるように前記第１筒形状部の内側に配置された第２筒形状部と、前記第２筒形状部から前記第１筒形状部の内壁に延びたフランジ部とを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. ドロップレットを回収する回収部と、
   前記捕集器によって捕集されたドロップレットを前記回収部に移送する移送部と、を更に備え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. 前記プラズマ発生部は、放電チャンバを含み、前記ターゲット保持部、前記アノードおよび前記捕集器は、前記放電チャンバの中に配置され、前記回収部は、前記放電チャンバの外に配置され、前記放電チャンバと前記回収部との間にバルブが設けられている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記プラズマ発生部から前記成膜部にプラズマを誘導する誘導部を更に備え、
   前記誘導部は、屈曲したダクトと、ドロップレットを捕集するように前記ダクトの内側に配置された複数のバッフルとを含み、
   前記複数のバッフルのうち前記プラズマ発生部に最も近い第１バッフルの開口寸法と、前記捕集器における前記誘導部の側の開口寸法とが等しい、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記プラズマ発生部から前記成膜部にプラズマを誘導する誘導部を更に備え、
   前記誘導部は、屈曲したダクトと、ドロップレットを捕集するように前記ダクトの内側に配置された複数のバッフルとを含み、
   前記複数のバッフルのうち前記プラズマ発生部に最も近い第１バッフルの開口寸法と、前記第２筒形状部における前記誘導部の側の開口寸法とが等しい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
7. 前記誘導部は、プラズマを誘導する磁場を発生する複数のコイルを更に含み、前記複数のコイルは、前記ダクトのうち前記捕集器と前記第１バッフルとの間の部分に設けられた第１コイルを含む、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の成膜装置。
8. 前記成膜部は、前記プラズマ発生部より低い位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の成膜装置。

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