(57)【要約】【課題】炭素含有ガスを原料として、ＣＶＤ法を用いた硬質カーボン膜の成膜において、膜中に炭素の水素結合や二重結合が多く生じて、膜の硬度を下げていた。【解決手段】成膜中に炭素の水素結合のσ電子と二重結合のπ電子を励起する波長の光を膜表面に照射して炭素結合に置き換えることで、水素結合と二重結合の割合を抑えて、硬度を上げる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内で炭素ラジカルを生成して基板上に硬質カーボン膜を成膜するＣＶＤ装置において、
前記真空チャンバの外に設けた所定の波長を含む光源と、
前記真空チャンバの壁面に設けた、前記光源の光を前記真空チャンバ内に導くための前記所定の波長を透過する窓と、
を備えてなることを特徴とする硬質カーボン成膜用ＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記光源の光は少なくともＣ−Ｈ結合のσ電子の吸収波長またはＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長を含むことを特徴とする請求項１記載の硬質カーボン成膜用ＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記光源が重水素ランプであることを特徴とする請求項１記載の硬質カーボン成膜用ＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記窓がＭｇＦ２であることを特徴とする請求項１記載の硬質カーボン成膜用ＣＶＤ装置。
【請求項５】
ＣＶＤ装置において、
真空チャンバ内に炭素含有ガスを導入する工程と、
高周波電界により前記炭素含有ガスから炭素ラジカルを生成する工程と、
少なくともＣ−Ｈ結合のσ電子の吸収波長またはＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長を含む光をカーボン膜上に照射しつつ前記炭素ラジカルを前記カーボン膜上に堆積する工程と
からなる硬質カーボン膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体の記録層や磁気ヘッドの保護膜に要求される高硬度のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を制御性よく成膜する方法、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報記録装置であるヘッドの浮上を伴う磁気記録装置（いわゆるハードディスクドライブ）の高記録密度化への要求に応えるためには、磁気記録媒体記録層と磁気ヘッド記録部、読みとり部間の間隔（いわゆるマグネティックスペーシング）を短くしなければならない。そのため、ヘッドおよびディスクの保護膜は、薄膜化、高硬度化が要求されている。
【０００３】
これらの保護膜には、従来、スパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるＤＬＣ膜が利用されているが、今後の一層の薄膜化への要求に対して、硬度が充分得られておらず、対応できないと考えられている。きわめて硬度の高いＤＬＣ膜が得られる手法としてＦＣＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ　Ｃａｔｈｏｄｉｃ　Ａｒｃ）法がある。これは炭素イオンのみで成膜するため、水素を含んでおらず、従って硬度低下の原因であるＣ−Ｈ結合を含まない高硬度のＤＬＣ膜が得られる。しかしながら、ＦＣＡ法には、１）アーク放電で粒子が発生しやすく、偏向型質量分析器を通しても粒子が基板に付着する、２）アーク放電の制御は難しく、成膜速度、膜厚分布の均一化が困難である、などの問題があり、ハードディスクのように低価格で量産を達成することは困難である。
【０００４】
低価格で量産性の良い点ではＣＶＤ法が優れており、ＣＶＤ成膜後に膜質改善する方法が試みられている。例えば、特開平５−４８９６で開示されている技術は、基板上に炭素と水素を主成分とする膜を形成し、前記膜の光学吸収端（０．４ｅＶ〜２．８ｅＶ）よりもエネルギーの高い光（４４０〜３１００ｎｍより短波長の光）を前記膜に照射して、水素を解離することによってＣ−Ｈ結合に伴う前記膜の圧縮応力を緩和する成膜後の膜質改善に関するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
カーボン膜の硬度は膜を構成する炭素原子からなるネットワーク構造により決定されると考えられる。つまり、１）単位体積あたりのＣ−Ｃ結合の数が多い、２）Ｃ−Ｃ結合の連続性が高い、ものほど硬度が高くなると考えられる。
一般にＣＶＤ法などによるＤＬＣ成膜においては、ガス状の原料が電場などで励起され、励起された炭素ラジカルが基板上に移送され、そこで硬質の炭素膜が生成されている。このとき用いられる原料としては、取扱が簡単なことから、ＣＨ４、トルエン等の炭化水素が用いられることが多いが、炭化水素を原料として用いるが故に膜中には水素が不可避的に混入し、Ｃ−Ｈ結合を形成する。また、成膜条件によって、Ｃ＝Ｃ結合が多く存在する場合もある。Ｃ−Ｈ結合は炭素ネットワークを分断して結合の連続性を破壊し、Ｃ＝Ｃ結合はＣ−Ｃ結合の数を減らすと考えられる。そこで、ＣＶＤ法による成膜において、Ｃ−Ｈ結合やＣ＝Ｃ結合を排除してＣ−Ｃ結合を増やし、連続したＣ−Ｃ結合の膜を形成して、硬度を上げることが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一般的に物質に光を照射すると結合電子が光を吸収して励起され、その結合が不安定となって反応が起こりやすくなる。図２はＣＶＤ成膜したカーボン薄膜の吸光度を示す図である。図中、Ｃ−Ｈ結合のσ電子は１３５ｎｍ付近に吸収ピークを持ち、Ｃ＝Ｃ結合のπ電子は１６０〜４００ｎｍで、単調に吸収が小さくなるブロードな吸収を示す。ここで示す吸光度の大きさが各結合の数の多さを示しており、カーボン膜の硬度を上げようとする本発明の目的においては、この波長域での吸光度を小さくすることが求められる。そこで、カーボンを成膜しながらσ電子の吸収、およびπ電子の吸収に係わる１１０〜４００ｎｍの波長の光を含んだ光を照射することにより、カーボン膜表面のＣ−Ｈ結合やＣ＝Ｃ結合が励起されて反応しやすくする。このとき、基板上に供給される活性炭素ラジカルと相互作用すれば新たなＣ−Ｃ結合が生まれ、Ｃ−Ｃ結合の単位体積あたりの結合数が多く、Ｃ−Ｃ結合の連続性も高くなるため、膜の硬度が高くなると考えられる。
【０００７】
第１の本発明は、カーボン膜を成膜するためのＣＶＤ装置の外部に励起用光源を設け、その光を真空チャンバ内に導入する透過窓とを設けることによって、成膜中のカーボン膜表面のＣ−Ｃ結合化するためのＣＶＤ装置である。
第２の本発明は、少なくともＣ−Ｈ結合のσ電子の吸収波長またはＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長を含む光を光源として用いる。
【０００８】
第３の本発明は、Ｃ−Ｈ結合のσ電子およびＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長範囲とほぼ同じ重水素ランプを光源として用いる。
第４の本発明は、１１０ｎｍ〜４００ｎｍの光を透過する窓として、ＭｇＦ２窓を用いる。
第５の本発明は、ＣＶＤ法による硬質カーボン成膜中に少なくともＣ−Ｈ結合のσ電子またはＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長の光を照射することによって、Ｃ−Ｈ結合またはＣ＝Ｃ結合をＣ−Ｃ結合に変換する成膜方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示す硬質カーボン膜製造装置の構成図である。図中、１は原料ガス、２はノズル、３は真空チャンバ、４はメッシュ電極、５は基板、６は基板載置台兼電極、７は絶縁体、８は排気系、９はＭｇＦ２窓、１０はランプハウスである。硬質カーボンの成膜は、真空チャンバ３内を排気系８で減圧し、原料ガス１をノズル２から吹き出し、メッシュ電極と載置台間に印加された高周波電界によって炭素ラジカルに変換し、基板５上にカーボンを堆積する。この時、ランプハウス１０から１１０〜２８０ｎｍの紫外線をＭｇＦ２窓９を経由してカーボン膜上に照射する。なお、基板は磁性金属膜が形成されたディスク、あるいはセラミック、Ｓｉなどであり、特に、材料は限定されない。また、光源と窓についても、少なくともＣ−Ｈ結合のσ電子の吸収波長またはＣ＝Ｃ結合のπ電子の吸収波長を含む光を発光・透過するものであれば、特に、限定されない。
【００１０】
（第１の実施例）
図１に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、放電出力３００Ｗ、真空チャンバ内圧力５Ｐａ、原料ガスとしてトルエン中にＡｒガスを５０ｓｃｃｍでバブリングしたものを用い、基板バイアスとして−３００Ｖ印加する条件でＳｉ基板上にカーボン膜を厚さ３０ｎｍ成膜した。成膜中はＭｇＦ２窓を介して重水素ランプ（１１０〜４００ｎｍの連続線）で照射しながら行った。
【００１１】
成膜後、カーボン膜をトライボスコープ（米Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製）を用いて膜硬度を評価したところ２８ＧＰａであった。
一方、光照射せずに成膜した場合、得られた膜の硬度は１８ＧＰａであった。
この結果から、重水素ランプ照射による膜の硬質化の効果が確認できた。
（第２の実施例）
重水素ランプより短波長の発光特性を有するアルゴンエキシマランプを用いて、Ｃ−Ｈ結合にのみ着目した例を示す。
【００１２】
平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、放電出力３００Ｗ、真空チャンバ内圧力５Ｐａ、原料ガスとしてＣＨ４とＡｒを等量５０ｓｃｃｍづつ用い、基板バイアスとして−３００Ｖ印加する条件でＳｉ基板上にカーボン膜を厚さ３０ｎｍ成膜した。成膜はＭｇＦ２窓を介してアルゴンエキシマランプ（１１０〜１４０ｎｍの連続線）を照射しながら行った。
【００１３】
成膜後、カーボン膜をトライボスコーブ（米Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製）を用いて膜硬度を評価したところ２５ＧＰａであった。
一方、光照射せずに成膜した場合、得られた膜の硬度は１５ＧＰａであった。アルゴンエキシマランプ照射によっても膜硬度の改善の効果が確認できた。しかし、アルゴンエキシマランプはＣ−Ｈのσ電子の吸収帯とほぼ同じ波長域で発光するので、Ｃ＝Ｃ結合をＣ−Ｃ結合にすることはできず、第１の実施例ほど硬度が大きくならなかったと考えられる。
（参考実施例）
なお、公知例で示した成膜後の光照射と本発明の差を調べるために、実施例１の光照射せずに成膜した試料に、重水素ランプを照射したところ、膜の硬度は１８ＧＰａから１７．５ＧＰａと若干低下した。ただし、公知例において述べている通り、カーボン膜中の水素の量が照射前１６ａｔｏｍ％から、照射後５ａｔｏｍ％に減少している。
このことから、本発明においては、光照射による水素離脱後、Ｃ−Ｃ結合を形成するのに対し、公知例では、単に、水素離脱しか生じず、Ｃ−Ｃ結合を形成することがなかったために硬度にほとんど変化が見られなかったと考えられる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、粒子付着のない高硬度ＤＬＣ膜を成膜する事ができ、信頼性の高い磁気記録媒体を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の硬質カーボン膜製造装置の構成を示す図
【図２】ＣＶＤ法で成膜したカーボン膜の光吸収を示す図
【符号の説明】
１　原料ガス
２　ノズル
３　真空チャンバ
４　メッシュ電極
５　基板
６　基板載置台兼電極
７　絶縁体
８　排気系
９　ＭｇＦ２窓
１０　ランプハウス
【図１】
2004091814.tif 000003
【図２】
2004091814.tif 000004