(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉターゲットを用いたスパッタ法により成膜対象にＳｉ密着層を成膜し、前記Ｓｉ密着層の上に炭素膜を成膜する保護膜成膜方法において、
スパッタプロセスチャンバ内に酸素ガスを所定時間導入した後に、前記Ｓｉ密着層の成膜を行うようにしたことを特徴とする保護膜成膜方法。
【請求項２】
成膜開始前に所定時間だけ酸素ガスをスパッタプロセスチャンバ内に供給し、その後、Ｓｉターゲットを用いたスパッタ法により成膜対象にＳｉ密着層を成膜するスパッタ装置と、
前記Ｓｉ密着層の上に炭素膜を成膜する炭素膜成膜装置とを備えたことを特徴とする保護膜成膜装置。
【請求項３】
成膜対象上に形成された密着層と、前記密着層の上に形成された炭素膜とから成る保護膜において、
前記密着層は、成膜対象側でＳｉＯＸ成分の濃度が大きく、かつ、炭素膜側でＳｉ成分の濃度が大きいＳｉ密着層から成ることを特徴とする保護膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド等に形成される耐腐食性および耐剥離性に優れた保護膜を形成する保護膜成膜方法，保護膜成膜装置および保護膜に関する。
【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）においては、ヘッド面を摩耗や腐食から保護するための保護膜が形成されている。一般的には、磁気ヘッドのＡｌ２Ｏ３ＴｉＣ母材上にＳｉ膜の中間層を形成し、その上に炭素膜（ＤＬＣ薄膜やｔａ−Ｃ薄膜）を形成する。Ｓｉ膜および炭素膜から成る保護膜は数ｎｍ程度と非常に薄く、中間層（Ｓｉ膜）は炭素膜の耐剥離性を向上させて密着力を高めるために形成される。
【０００３】
しかし、炭素膜の剥離を完全に防止するのは難しく、炭素膜の剥離に伴ってピンホールが生じ、その部分のＳｉ膜が腐食し易いという問題があった。例えば、母材上に急峻なステップがあると、その部分において炭素膜の剥離が比較的起こりやすく、腐食の原因となりやすい。また、炭素膜そのものの緻密さの不足によって、腐食が発生するおそれもあった。
【０００４】
このようなことから、中間層には密着力の向上に加えて化学的に安定で腐食しにくいという性質が求められている。例えば、化学的に安定であるということから、Ｓｉ膜に代えてＳｉＯ２膜を用いることが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳｉＯ２膜は化学的に安定なため、逆に炭素膜との間の密着力が低下して炭素膜が剥離しやすくなる。そのため、ＳｉＯ２ターゲットを用いたスパッタによりＳｉＯ２膜を形成し、その上に炭素膜を成膜するという方法では、成膜した炭素膜が剥離しやすいという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、耐腐食性および耐剥離性に優れた保護膜を形成することができる成膜方法および成膜装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１〜３に対応付けて説明する。
（１）図１，２に対応付けて説明すると、請求項１の発明は、Ｓｉターゲット１３を用いたスパッタ法により成膜対象１にＳｉ密着層２を成膜し、Ｓｉ密着層２の上に炭素膜３を成膜する保護膜成膜方法に適用され、スパッタプロセスチャンバ１０内に酸素ガスを所定時間導入した後に、Ｓｉ密着層２の成膜を行うようにしたことにより上述の目的を達成する。
（２）図１，３に対応付けて説明すると、請求項２の発明は、成膜開始前に所定時間だけ酸素ガスをスパッタプロセスチャンバ１０内に供給し、その後、Ｓｉターゲット１３を用いたスパッタ法により成膜対象Ｓ，１にＳｉ密着層２を成膜するスパッタ装置２２と、Ｓｉ密着層２の上に炭素膜３を成膜する炭素膜成膜装置２４とを備えて上述の目的を達成する。
（３）図１に対応付けて説明すると、請求項３の発明は、成膜対象１上に形成された密着層２と、密着層２の上に形成された炭素膜３とから成る保護膜に適用され、密着層２は、成膜対象側でＳｉＯＸ成分の濃度が大きく、かつ、炭素膜側でＳｉ成分の濃度が大きいＳｉ密着層から成ることにより上述の目的を達成する。
【０００８】
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。
【０００９】
【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、本発明による保護膜成膜方法によって成膜された保護膜を示す図である。図１の（ａ）は磁気ヘッド素子の母材１の上に形成された中間層２および炭素膜３を示す断面図であり、（ｂ）は中間層２におけるＳｉ成分の分布とＳｉＯＸの分布を示したものである。母材１上にＳｉおよびＳｉＯＸの混合層である中間層２を成膜する。そして、中間層２の上に耐腐食性および耐摩耗性に優れた炭素膜３が成膜される。炭素膜３としては、ＤＬＣ（Diamondlike Carbon）膜やta−C（tetrahedral amorphous carbon）膜等が用いられる。
【００１０】
《中間層２の成膜方法について》
図２は図１（ａ）に示した中間層２の成膜方法を説明する図であり、ＤＣマグネトロンスパッタ装置の概略構成図である。図２において、（ａ）は酸素ガス導入工程を、（ｂ）はスパッタ工程を示しており、中間層２を成膜する際には（ａ），（ｂ）の順に各工程が行われる。ＤＣマグネトロンスパッタ装置では、Ｓｉターゲット１３は陰極側であるターゲットホルダ１４に設けられ、中間層２が成膜される基板Ｓは陽極側（接地）に設けられる。基板Ｓには磁気ヘッド素子が形成されている。ターゲットホルダ１４にはバイアス電源１１が接続されており、このバイアス電源１１により数ｋＶの直流電圧がターゲットホルダ１４に印加される。ターゲットホルダ１４には磁石１５が設けられている。磁石１５はターゲット１３の表面付近に平行な磁界を発生させる。１８は磁石１５による磁力線を示している。スパッタ装置のチャンバ１０内には、開閉バルブ１６および１７を介してアルゴンガスおよび酸素ガスを導入することができる。
【００１１】
基板Ｓに中間層２を形成する際には、チャンバ１０内を不図示の真空排気装置により真空排気した後に、図２（ａ）に示すように開閉バルブ１７を開閉して微量の酸素ガスをチャンバ１０内に導入する。酸素ガスを導入すると、チャンバ１０の内壁面やターゲット１３等の表面に酸素分子１９が吸着される。酸素ガス導入後に開閉バルブ１７を閉じると、チャンバ１０は真空排気されているためチャンバ内空間の酸素ガスは容易に排気されるが、チャンバ内壁面等に吸着された酸素分子１９は容易には排気されない。
【００１２】
次に、開閉バルブ１６を開いてアルゴンガスをチャンバ１０内に導入してチャンバ内圧力をスパッタプロセス圧力（数Ｐａ）にするとともに、ターゲットホルダ１４にバイアス電圧を印加してマグネトロンスパッタを開始する。ターゲットホルダ１４にバイアス電圧を印加するとグロー放電が発生し、このグロー放電によりアルゴンガスがプラズマ化する。図２（ｂ）の２０はプラズマ領域を示している。プラズマ領域２０のアルゴンイオンは陰極側のＳｉターゲット１３に引き込まれ、Ｓｉターゲット１３をスパッタする。基板Ｓ方向にスパッタされたスパッタ粒子は基板Ｓに堆積し、基板Ｓの表面にＳｉ膜が形成される。
【００１３】
マグネトロンスパッタ装置ではターゲット表面近くに平行な磁場が形成されているため、スパッタ時にターゲット表面からたたき出された二次電子がローレンツ力で磁場に捕らえられてサイクロトロン運動をする。その結果、サイクロトロン運動をする二次電子によりアルゴンガスのイオン化が促進される。
【００１４】
マグネトロンスパッタを開始すると、チャンバ内壁やターゲット表面等に吸着されていた酸素分子もグロー放電やイオン衝撃によりラジカル化される。ラジカル化された酸素分子や酸素イオンは、基板Ｓに形成されつつあるＳｉ膜中に取り込まれる。スパッタ開始当初は吸着されていた酸素のラジカル化が盛んに行われるが、時間の経過とともにラジカル化された酸素分子や酸素イオンは減少する。
そのため、図１（ｂ）に示したように徐々にＳｉ膜中の酸素濃度が減少して、最終的にはほぼ純粋なＳｉ膜が形成されることになる。なお、チャンバ１０内への酸素ガスの導入は、スパッタプロセスが行われる度に実行される。
【００１５】
図１（ｂ）は中間層２のＳｉ成分およびＳｉＯＸ成分の膜厚方向の濃度変化を定性的に示したものであり、横軸は濃度（％）を、縦軸は中間層２の膜厚をそれぞれ表している。上述したように、スパッタ開始当初は酸素のラジカル化が盛んなため、中間層２の母材１に近い部分のＳｉＯＸ濃度はＳｉ濃度に比べてかなり大きくなる。しかし、スパッタ成膜が進むにつれて、すなわち中間層２の厚さが増加するにつれてＳｉＯＸ濃度は減少し、逆にＳｉ濃度は増加する。中間層２の炭素膜側表面付近ではＳｉＯＸ濃度が非常に小さくほぼ純粋なＳｉ膜とみなせるため、炭素膜３との間の密着力は良好に保たれる。
【００１６】
なお、図１（ｂ）はＳｉＯＸ濃度の分布の一例を示したものであり、これに限らず母材側でＳｉ濃度が大きく炭素膜側でＳｉＯＸ濃度が大きければ同様の効果を得ることができる。
【００１７】
《保護膜成膜装置の説明》
図３は保護膜成膜装置の概略構成を模式的に示したものである。保護膜成膜装置は上述したＤＣマグネトロンスパッタ装置２２の他に、クリーニング装置２３，炭素膜成膜装置２４および搬送室２５を備えている。ＤＣマグネトロンスパッタ装置２２，クリーニング装置２３および炭素膜成膜装置２４は、それぞれゲートバルブ２６Ａ，２６Ｂおよび２６Ｃを介して搬送室２５に接続されている。搬送室２５には搬送ロボット２１が設けられており、この搬送ロボット２１により各装置への基板Ｓの出し入れを行う。搬送室２５内は開閉バルブ３１を介して接続されたロータリー真空ポンプ３２により真空排気される。
【００１８】
ＤＣマグネトロンスパッタ装置２２は図２に示したものと同様の構成となっており、酸素ガス供給部２７とアルゴンガス供給部２８を備えている。酸素ガス供給部２７にはガス供給源２７ａが設けられており、酸素ガスはニードル２７ｂおよび開閉バルブ２７ｃを介してチャンバ１０内に供給される。酸素ガス流量はニードル２７ｂによって一定量に設定されている。一方、アルゴンガス供給部２８の場合には、ガス供給源２８ａからのアルゴンガスは、マスフローコントローラ２８ｂおよび開閉バルブ２８ｃを介してチャンバ１０に供給される。スパッタ中のチャンバ内圧力が所定プロセス圧力となるように、マスフローコントローラ２８ｂによりアルゴンガス流量が制御される。２９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。
【００１９】
クリーニング装置２３は基板Ｓの表面の異物（酸化膜など）をエッチング等により除去する装置であり、例えば、マグネトロンスパッタを利用して基板表面をスパッタエッチングする。スパッタエッチングでは、アルゴンガスがプラズマ化された生じたアルゴンイオンにより基板表面をスパッタリングする。３０はターボ分子ポンプ３０ａを備えた真空排気装置であり、ターボ分子ポンプ３０ａの補助ポンプにはロータリー真空ポンプ３０ｂが用いられている。ターボ分子ポンプ３０ａはメカニカルな開閉バルブ３０ｃと電磁制御バルブ３０ｄとを介してクリーニング装置２３のプロセスチャンバに接続されている。なお、ＤＣマグネトロンスパッタ装置２２の真空排気装置２９や後述する炭素膜成膜装置２４の真空排気装置３３も、真空排気装置３０と同様の構成となっている。炭素膜成膜装置２４は図１（ａ）の炭素膜３を成膜するための装置であり、ECR−CVD装置や、FCVA（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法を用いるFCVA装置が用いられる。
【００２０】
《保護膜成膜手順の説明》
次に、図３の保護膜成膜装置を用いて図１（ａ）の中間層２および炭素膜３を成膜する際の成膜手順を、図４を参照して説明する。工程１では、基板Ｓを搬送室２５内に搬入する。搬送室２５に搬入された基板Ｓは、搬送ロボット２１によりクリーニング装置２３に搬送される。工程２では、クリーニング装置２３におけるスパッタエッチにより基板Ｓの表面をクリーニングする。基板クリーニングが終了したならば、搬送ロボット２１により基板Ｓをクリーニング装置２３からＤＣマグネトロンスパッタ装置２２に搬送する。
【００２１】
工程３では、ＤＣマグネトロンスパッタ装置２２を用いて基板Ｓ上に中間層２を成膜する。まず、ＤＣマグネトロンスパッタ装置２２内に基板Ｓを搬送したならばゲートバルブを２６Ａを閉じ、酸素ガス供給装置２７により酸素ガスを所定時間だけチャンバ１０内に導入する。この酸素ガス導入により、図２（ａ）に示すようにチャンバ内壁やターゲット表面に酸素分子１９が吸着される。酸素ガスの供給を停止したならば、アルゴンガス供給装置２８によりアルゴンガスを導入し、ターゲットホルダ１４にバイアス電圧を印加してスパッタ作業を行う。その結果、図１（ｂ）に示すような濃度分布を有する中間層２が基板Ｓ上に形成される。
【００２２】
基板Ｓ上に中間層２を形成したならば、搬送ロボット２１により基板ＳをＤＣマグネトロンスパッタ装置２２から炭素膜成膜装置２４に搬送する。次いで、工程４では、炭素膜成膜装置２４を用いて中間層２の上に炭素膜３を成膜する。所定膜厚の炭素膜３が形成されたならば、基板Ｓを炭素膜成膜装置２４から搬送室２５へと搬送した後に搬送室２５から装置外に搬出する。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態の成膜法で成膜された中簡層２は、図１（ｂ）に示したように母材１側ではＳｉＯＸ成分の濃度が大きく、炭素膜３との界面付近ではＳｉ成分の濃度が大きくなる。その結果、炭素膜３との間の密着力を低下させることなく中間層２の耐腐食性を向上させることができ、耐剥離性および耐腐食性に優れた保護膜を形成することができる。
【００２４】
上述した実施の形態では、ＤＣマグネトロンスパッタ装置により中間層２を形成したが、ＲＦマグネトロンスパッタ装置やイオンビームスパッタ装置を用いて形成しても良い。いずれの装置を用いて成膜する場合も、成膜開始前にプロセスチャンバ内に酸素ガスを所定時間だけ導入してチャンバ内壁やターゲット表面等に酸素分子を吸着させる。そして、酸素分子を吸着させた後にＳｉ膜（中間層２）の成膜を行うと、上述したＤＣマグネトロンスパッタと同様の原理でＳｉＯＸ成分の混入した中間層２が形成される。
【００２５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、母材１および基板Ｓは成膜対象を、中間層２はＳｉ密着層をそれぞれ構成する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および２の発明によれば、スパッタ時にプロセスチャンバ内に残留している酸素がラジカル化され、成膜されつつあるＳｉ密着層に混入する。その結果、スパッタ初期に形成される成膜対象側のＳｉ密着層ではＳｉＯＸ成分の濃度が大きく、スパッタ終期に形成される炭素膜側のＳｉ密着層ではＳｉ成分の濃度に比べてＳｉＯＸ成分の濃度が小さくなる。そのため、炭素膜の耐剥離性を低下させることなくＳｉ密着層の耐腐食性を向上させることができ、耐腐食性および耐剥離性に優れた保護膜を形成することができる。
請求項３の発明によれば、密着層は成膜対象側でＳｉＯＸ成分の濃度が大きく、かつ、炭素膜側でＳｉ成分の濃度が大きいＳｉ密着層なので、炭素膜の耐剥離性を低下させることなく密着層の耐腐食性を向上させることができ、耐腐食性および耐剥離性に優れた保護膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による成膜装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】中間層２の成膜方法を説明する図であり、（ａ）は酸素ガス導入工程、（ｂ）はスパッタ工程である。
【図３】保護膜成膜装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】保護膜の成膜手順を示す図である。
【符号の説明】
１  母材
２  中間層
３  炭素膜
１１  バイアス電源
１３  Ｓｉターゲット
１４  ターゲットホルダ
２２  ＤＣマグネトロンスパッタ装置
２３  クリーニング装置
２４  炭素膜成膜装置
２５  搬送室
２７  酸素ガス供給部
２８  アルゴンガス供給部
【図１】
0004576765.tif 000002
【図２】
0004576765.tif 000003
【図３】
0004576765.tif 000004
【図４】
0004576765.tif 000005