JPH0867985A

JPH0867985A - 炭素被膜の形成方法

Info

Publication number: JPH0867985A
Application number: JP20113394A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hirano; 均平野; Keiichi Kuramoto; 慶一蔵本; Yoichi Domoto; 洋一堂本; Seiichi Kiyama; 精一木山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜磁気ヘッドのように磁場や高温などで破
壊等を生じるおそれがある基板の上にＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法により炭素被膜を形成する際、磁場や高温などに
よる破壊等の発生を防止する。【構成】第１の磁界発生手段であるプラズマ磁界発生
装置６からの磁場を用いてＥＣＲにより高密度プラズマ
を発生させ、このプラズマ中に炭素を含むガスを導入し
て分解し、高周波電源１０からの高周波電圧を印加した
基板１３上に炭素被膜を形成する方法であり、基板１３
の近傍に第２の磁界発生手段としての磁界発生装置１７
を設け、プラズマ磁界発生装置６による磁場を基板１３
の近傍で減少させるとともに、基板１３に発生する自己
バアイス電圧を炭素被膜の形成とともに低下させること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法により、基板上に炭素被
膜を形成する方法に関するものであり、特に基板に高周
波電圧を印加しながら炭素被膜を形成する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンド状炭素被膜などの炭素被膜
は、磁気ディスクや磁気ヘッド、光学部品等の保護膜と
して用いられており、このような炭素被膜は例えばＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ法により基板上に形成されている。

【０００３】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法による炭素被膜の
形成においては、プラズマ室内にマイクロ波が導入され
るとともに、反応室内に炭素を含むガスが導入される。
プラズマ室内においては、磁場により回転する電子の周
波数とマイクロ波の周波数とが一致して電子サイクロト
ロン共鳴を起こし、高密度のプラズマが発生する。この
プラズマを、反応室内に導入し、炭素を含むガスをプラ
ズマ中で分解することにより、基板上に炭素被膜を形成
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような炭素被膜
は、優れた耐摩耗性及び耐食性を有することから、磁気
記録媒体上を相対的に移動して情報を読み出し書き込む
ための薄膜磁気ヘッドのスライダー面上に保護膜として
形成されている（特開平４−２７６３６７号公報等）。

【０００５】しかしながら、プラズマ室には電磁コイル
等が設けられており、これによって磁場が印加され、磁
場の影響によって、薄膜磁気ヘッドが破壊されたりある
いはその性能が低下したりするという問題があった。

【０００６】また、炭素被膜の密着性を高めるため、基
板に対し高周波電圧を印加して炭素被膜を形成する場合
があるが、このような場合において印加する高周波電圧
が大きくなると、基板の温度が上昇し、薄膜磁気ヘッド
が高温となり、薄膜磁気ヘッドが熱により破壊されたり
あるいはその性能が低下したりするという問題を生じ
た。

【０００７】本発明の目的は、薄膜磁気ヘッドのように
磁場や高温などで破壊等を生じるおそれのある基板の上
にＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、このような破壊等を
生じることなく炭素被膜を形成することができる方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の炭素被膜形成方
法は、第１の磁界発生手段からの磁場を用いてＥＣＲに
より高密度プラズマを発生させ、このプラズマ中に炭素
を含むガスを導入して分解し、高周波電圧を印加した基
板上に炭素被膜を形成する方法であり、基板の近傍に第
２の磁界発生手段を設け、第１の磁界発生手段による磁
場を基板上近傍で減少させるとともに、基板に印加する
高周波電圧を炭素被膜の形成とともに低下させることを
特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、ＥＣＲのための磁場を発生す
る第１の磁界発生手段とは別に、第２の磁界発生手段を
基板の近傍に設け、この第２の磁界発生手段により第１
の磁界発生手段による磁場を基板の近傍で減少させてい
る。このため、基板近傍での磁場が小さくなり、基板が
受ける磁場の影響を小さくすることができる。このた
め、基板として薄膜磁気ヘッドのように磁気の影響を受
け易い基板を用いても、磁場による破壊や性能低下等を
生じることなく、基板上に炭素被膜を形成することがで
きる。

【００１０】本発明においては、基板上での磁場がほぼ
０となるように磁場を減少することが好ましい。これに
より、基板が受ける磁場の影響を最も少なくすることが
できる。

【００１１】また、本発明において、第２の磁界発生手
段は、基板を保持する基板ホルダーの内側に設けること
が好ましい。一般にＥＣＲのための第１の磁界発生手段
は、基板の上方に設けられるので、第１の磁界発生手段
と対向して、第１の磁界発生手段からの磁場を相殺する
ためには、基板ホルダーの内側の位置が好適である。ま
た、本発明においては、基板に発生する自己バイアス電
圧を炭素被膜の形成とともに低下させる。これにより、
基板温度が高温に上昇するのを抑制することができ、薄
膜磁気ヘッドなどの基板が破壊されたりあるいはその性
能が低下したりするのを防止することができる。

【００１２】基板に発生する自己バイアス電圧は、炭素
被膜の形成開始から終了までの間に徐々に連続的に低下
させてもよいし、段階的に低下させてもよい。また基板
に発生する自己バイアス電圧は、炭素被膜の形成開始か
ら終了までの間に、炭素被膜の形成開始時の８０％以下
にまで低下させることが好ましい。例えば、初期に１０
０Ｖの場合には、終了時に８０Ｖ以下にする。

【００１３】炭素被膜の基板に対する密着性を高めるた
めには、炭素被膜形成の初期段階において基板に発生す
る自己バイアス電圧を高くとり、基板に到達するイオン
の運動エネルギーを高めておくことが重要であることが
わかった。本発明は、このような知見に基づいており、
炭素被膜形成の初期段階で基板に発生する自己バイアス
電圧を高くし、炭素被膜形成の終了に近づくにつれて該
自己バイアス電圧を低下させている。このように炭素被
膜の形成開始時点において基板に発生する自己バイアス
電圧を高くしておけば、その後該自己バイアス電圧を低
下させても、基板に対する炭素被膜の密着性はあまり低
下することがない。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明に従う炭素被膜の形成方法を
実施するための装置の一例を示す概略断面図である。図
１を参照して、真空チャンバ８には、プラズマ発生室４
が設けられている。プラズマ発生室４には、導波管２の
一端が取り付けられている。導波管２の他方端には、マ
イクロ波供給手段１が設けられている。マイクロ波供給
手段１で発生したマイクロ波は、導波管２及びマイクロ
波導入窓３を通ってプラズマ発生室４に導かれる。プラ
ズマ発生室４には、プラズマ発生室４内にアルゴン（Ａ
ｒ）ガスなどの放電ガスを導入させるための放電ガス導
入管５が設けられている。プラズマ発生室４の周囲に
は、第１の磁界発生手段としての電磁コイル等からなる
プラズマ磁界発生装置６が設けられている。マイクロ波
による高周波磁界と、プラズマ磁界発生装置６からの磁
界を作用させることにより、プラズマ発生室４内に高密
度のプラズマが形成される。

【００１５】真空チャンバ８内には筒状の基板ホルダ１
２が設けられている。この基板ホルダ１２は、真空チャ
ンバ８の壁面に対し垂直に設けられた軸（図示せず）の
まわりに回転自在に設けられている。基板ホルダ１２の
周囲には、複数の基板１３が等しい間隔で装着されてい
る。基板ホルダ１２には、高周波電源１０が接続されて
いる。

【００１６】基板ホルダ１２の周囲には、金属製の筒状
のシールドカバー１４が所定の距離隔てて設けられてい
る。このシールドカバー１４は、接地電極に接続されて
いる。このシールドカバー１４は、被膜を形成すると
き、基板ホルダ１２に印加されるＲＦ電圧によって被膜
形成箇所以外の基板ホルダ１２と真空チャンバ８との間
で放電が発生するのを防止するため設けられている。基
板ホルダ１２とシールドカバー１４との間の間隙は、気
体分子の平均自由行程以下の距離となるように配置され
ており、本実施例では気体分子の平均自由行程の１／１
０以下である約５ｍｍの距離となるように配置されてい
る。

【００１７】シールドカバー１４には、開口部１５が形
成されている。この開口部１５を通って、プラズマ発生
室４から引き出されたプラズマが基板ホルダ１２に装着
された基板１３に放射される。真空チャンバ８内には、
反応ガス導入管１６が設けれている。この反応ガス導入
管１６の先端は、開口部１５の上の方に位置する。

【００１８】図２は、この反応ガス導入管１６の先端部
分近傍を示す平面図である。図２を参照して、反応ガス
導入管１６は、外部から真空チャンバ内にＣＨ₄ガスな
どの原料ガスを導入するためのガス導入部１６ａと、こ
のガス導入部１６ａと垂直に接続されたガス放出部１６
ｂとから構成されている。ガス放出部１６ｂは、基板ホ
ルダ１２の回転方向Ａに対して垂直に配置され、開口部
１５の上方の回転方向の上流側に位置するように設けら
れている。ガス放出部１６ｂには、下方に向けて約４５
度の方向に複数の孔２１が形成されている。本実施例で
は、８個の孔２１が形成されている。

【００１９】図１を再び参照して、開口部１５の下方の
基板ホルダー１２の内側には、第２の磁界発生手段とし
ての電磁コイル等からなる磁界発生装置１７が設けられ
ている。この磁界発生装置１７は、プラズマ磁界発生装
置６によりプラズマ発生室４の上方から下方に向かって
発生した磁場を相殺し、基板１３の近傍で磁場が０とな
るように基板ホルダー１２から上方に向かって磁場を発
生するためのものである。

【００２０】実施例１以上説明した装置を用いて、基板１３として薄膜磁気ヘ
ッドを用い、そのスライダー面上に炭素被膜を形成し
た。ＥＣＲプラズマ発生装置の放電ガス導入管５から
は、Ａｒガスを５．７×１０^-4Ｔｏｒｒで供給するとと
もに、マイクロ波供給手段１から２．４５ＧＨｚ、１０
０Ｗのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室４内にＡ
ｒプラズマを発生させた。プラズマ磁界発生装置６によ
りプラズマ発生室４の上方から下方に向かって磁場を発
生させ、この磁場によって高密度プラズマを発生させ、
このプラズマを基板１３の表面に放射した。

【００２１】基板ホルダー１２内に設けられた磁界発生
装置１７により、基板ホルダーの下方から上方に向かっ
て磁場を発生させ、プラズマ磁界発生装置６からの磁場
を相殺し、基板１３の近傍で磁場がほぼ０となるように
調整した。

【００２２】これと同時に、基板１３に発生する自己バ
イアスが−１００Ｖとなるように高周波電源１０から１
３．５６ＭＨｚのＲＦ電圧を基板ホルダー１２に印加す
る。この時基板に発生する自己バイアス電圧を図３に示
すように成膜時間の経過とともに低下するように変化さ
せ、成膜２分後に−２０Ｖとなるように徐々に低下させ
た。

【００２３】真空チャンバ８内には、反応ガス導入管１
６からＣＨ₄ガスを、１．３×１０ ^-3Ｔｏｒｒで供給し
た。以上のようにして、基板１３としての薄膜磁気ヘッ
ドのスライダー面上に膜厚１２０Åのダイヤモンド状炭
素被膜を形成した。

【００２４】比較例１また、比較として、図１に示す第２の磁界発生手段とし
ての磁界発生装置１７を設けず、炭素被膜形成開始から
終了まで基板に発生する自己バイアス電圧が常に−１０
０Ｖと一定になるようにし、それ以外の条件は上記実施
例１と同様の条件とし、薄膜磁気ヘッドのスライダー面
上に膜厚１２０Åのダイヤモンド状炭素被膜を形成し
た。

【００２５】図４は、上記実施例１及び比較例１の炭素
被膜形成工程における形成温度、すなわち薄膜磁気ヘッ
ドの基板温度の変化を示す図である。図４に示されるよ
うに実施例１では薄膜形成終了の２分後に約４０℃であ
るのに対し、比較例１では、６０℃となっている。

【００２６】次に、実施例１及び比較例１の薄膜磁気ヘ
ッドの炭素被膜について摩耗試験を行った。なお、この
試験は、一定の荷重（１００ｇｆ）を加えてアルミナ球
（φ１０ｍｍ）で炭素被膜が形成されたサンプル表面上
を摩擦することにより行った。結果を表１に示す。な
お、表１には、比較のため炭素被膜を形成していない薄
膜磁気ヘッド母材の摩耗量を示しており、この摩耗量を
１として、実施例１及び比較例１の摩耗量を示してい
る。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から明らかなように、本発明に従う実
施例１も比較例１もほぼ同等の耐摩耗性を示すことがわ
かる。次に、炭素被膜の基板への密着性を評価した。密
着性の評価は、ビッカース圧子を用い、一定荷重（荷重
＝１ｋｇ）の押し込み試験により行った。サンプル数は
５０個とし、炭素被膜の剥離が発生した個数を数えて評
価した。結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２から明らかなように、実施例１及び比
較例１の炭素被膜はいずれも同等の密着性を有している
ことがわかる。次に、実施例１及び比較例１の薄膜磁気
ヘッドについて耐食性試験を行った。耐食性試験は、所
定時間腐食溶液に薄膜磁気ヘッドを暴露した後、ヘッド
抵抗値を測定し、ヘッド抵抗値と暴露時間との関係を測
定することにより行った。腐食溶液としては、塩化鉄水
溶液を用いた。結果を図５に示す。なお、図５において
は、炭素被膜を設けていない薄膜磁気ヘッドを「被膜な
し」として示した。

【００３１】図５から明らかなように、炭素被膜を設け
ていない薄膜磁気ヘッドはヘッド抵抗値が急減に増加し
ている。本発明に従い炭素被膜を形成した実施例１及び
従来の方法により炭素被膜を形成した比較例１の薄膜磁
気ヘッドは、ほぼ同等の耐食性を示すことがわかる。

【００３２】以上のように、本発明に従う実施例１は、
耐摩耗性、耐食性及び密着性等において従来の比較例１
と同等の特性を示している。従って、本発明によれば、
磁場や高温における影響の少ない条件下で、耐摩耗性等
において従来と同様の特性を示す炭素被膜を形成するこ
とができる。

【００３３】上記実施例では、基板として薄膜磁気ヘッ
ドを用いて説明したが、本発明における基板は薄膜磁気
ヘッドに限定されるものではなく、本発明は、炭素被膜
の形成の際に磁場や高温における影響を避けることが望
ましい基板上に炭素被膜を形成する場合に適用すること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明に従えば、炭素被膜形成の際の磁
場の影響を極力小さくすることでき、また高周波電圧印
加による基板温度上昇の影響を極力小さくすることがで
きる。従って、薄膜磁気ヘッドのように磁場や高温など
の影響で破壊等を生じるおそれのある基板上にＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ法により炭素被膜を形成する際、このよう
な磁場や高温による破壊等を生じることなく炭素被膜を
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う実施例において用いるＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図。

【図２】図１に示す装置の開口部近傍を示す平面図。

【図３】本発明に従う実施例における基板上に発生する
自己バイアスの絶対値の変化を示す図。

【図４】本発明の実施例における形成温度の変化を示す
図。

【図５】本発明に従う実施例の薄膜磁気ヘッドの耐食性
を示す図。

【符号の説明】

１…マイクロ波供給手段２…導波管３…マイクロ波導入窓４…プラズマ発生室５…放電ガス導入管６…プラズマ磁界発生装置（第１の磁界発生手段）８…真空チャンバ１０…高周波電源１２…基板ホルダー１３…基板１４…シールドカバー１５…開口部１６…反応ガス導入管１７…磁界発生装置（第２の磁界発生手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木山精一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の磁界発生手段からの磁場を用いて
電子サイクロトロン共鳴により高密度プラズマを発生さ
せ、このプラズマ中に炭素を含むガスを導入して分解
し、高周波電圧を印加した基板上に炭素被膜を形成する
方法において、前記基板の近傍に第２の磁界発生手段を設け、前記第１
の磁界発生手段による磁場を前記基板上近傍で減少させ
るとともに、前記基板に印加する高周波電圧を炭素被膜
の形成とともに低下させることを特徴とする炭素被膜の
形成方法。
【請求項２】前記基板上での磁場をほぼ０とするよう
に磁場を減少させる請求項１に記載の炭素被膜の形成方
法。
【請求項３】前記第２の磁界発生手段が前記基板を保
持する基板ホルダーの内側に設けられている請求項１ま
たは２に記載の炭素被膜の形成方法。
【請求項４】前記高周波電圧の印加により基板に発生
する自己バイアス電圧を炭素被膜の形成の開始から終了
までの間に、炭素被膜形成開始時の８０％以下にまで低
下させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素被膜
の形成方法。
【請求項５】前記基板が薄膜磁気ヘッドである請求項
１〜４のいずれか１項に記載の炭素被膜の形成方法。