JPH06248458A

JPH06248458A - プラズマ処理装置およびその装置を用いた磁気ディスク製造方法

Info

Publication number: JPH06248458A
Application number: JP3352193A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kokado; 雄一小角; Hiroshi Inaba; 宏稲葉; Hiroshi Matsumoto; 洋松本; Makoto Kito; 諒鬼頭; Shigehiko Fujimaki; 成彦藤巻; Keigo Iechika; 啓吾家近; Katsuo Abe; 勝男阿部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】貫通孔を有する基板の両面を、同時に、安定に
プラズマ処理することのできるプラズマ処理装置を提供
する。【構成】基板の両側にそれぞれ電極を配置し、電極に高
周波電圧を供給し、発生したプラズマの電位の位相を検
出し、位相差が予め定めた値より小さくなるように、一
方の電極電圧の位相を遅延させる制御を行う。【効果】ディスク両面の全面に渡って、均一な膜厚と膜
質の保護膜を有する磁気ディスクが製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被処理材をプラズマ処
理するためのプラズマ処理装置に係り、特に両面に保護
層を有する磁気ディスクの製造方法に適したプラズマ処
理装置に関する関する

【０００２】

【従来の技術】コンピュータやワークステーションの記
憶装置として用いられる磁気ディスク装置については近
年益々小型化大容量化のニーズが高まってきており、こ
れに対応するため記録密度の飛躍的な向上が必須となっ
ている。このための第１の条件は記録再生のための磁気
ヘッドと磁気ディスクの記録層との間隔をつめることで
あり、具体的には磁気ヘッドの浮上高さを低くするこ
と、記録層を保護する保護層の厚さを薄くすること、磁
気ディスク表面を平滑にすることなどが必要である。し
かし、これによって耐摺動性が劣下しヘッドクラッシュ
を生じる恐れがあるため、同時に磁気ディスクの強度向
上もはかる必要がある。

【０００３】現在用いられている磁気ディスク円板は磁
気記録層としてＣｏ合金などの強磁性合金薄膜をスパッ
タリングにより形成したものが主流であり、これを保護
する保護層としてはスパッタリングで形成する非晶質カ
ーボン薄膜が多く用いられている。しかし、この非晶質
カーボン薄膜では上記のような磁気ヘッド低浮上化、保
護層薄膜化を実現するには強度が不足しており、磁気デ
ィスク装置の性能向上の妨げとなっていた。

【０００４】従って、従来より薄くても十分な耐久性を
もつ保護層材料が必要となっている。このためには同じ
カーボン系材料でもスパッタリングではなく炭化水素系
ガスのプラズマ分解で形成する非晶質水素化カーボンを
用いるのがよいことが知られている。ただし、非晶質水
素化カーボンにも多くの種類があり、それぞれ構造、組
成がことなるため保護効果も異なっている。本発明は従
来に比べ保護効果の飛躍的に高い非晶質水素化カーボン
保護層を有する磁気ディスクの製造方法を提供するもの
である。

【０００５】一口にカーボンと言ってもその構造、性質
は千差万別である。そこで本発明の磁気ディスクの製造
方法によって形成される保護層の材料を解説するに先立
ち、まず、カーボン材料を分類しておく。結晶学的に構
造がよく知られているダイヤモンドおよびグラファイト
は、それぞれカーボンのsp3およびsp2の結合のみで構成
される純粋な結晶からなる。これらは非常に異なる性質
をもち、グラファイトは導電性で柔らかく、光を吸収す
るのに対し、ダイヤモンドは絶縁性、高硬度で光を透過
する。sp2結合からなるカーボンにも単結晶グラファイ
ト、多結晶グラファイト、ガラス状カーボン、フラーレ
ン等の異なる物質があり、性質もそれぞれ異なる。近年
注目されてきたものに非晶質カーボンがあり、これはダ
イヤモンドとグラファイトの中間的な物性をもつが、前
記の２者が両極端の物性をもつため、非晶質カーボンと
いっても構造によってそれぞれまったく異なる材料であ
るといえる。また、製造方法を工夫することにより従来
なかった新しい性質をもつ材料が見いだされつつある。

【０００６】非晶質カーボンのなかでも、前記のスパッ
タカーボンはグラファイトのターゲットをスパッタして
たたき出された粒子を堆積させるものであるため、sp2
結合比率が多く、導電性であり、グラファイトに近い性
質をもつ。ただし、硬度はグラファイトに比べ高く、ビ
ッカース硬度にして1000〜1500程度である。これに対し
非晶質水素化カーボンと呼ばれる材料があり、水素を含
むため上記スパッタカーボンにくらべsp3結合の割合が
多く、一般に絶縁性である。しかし、非晶質水素化カー
ボンのなかにも性質の異なるものがあり、カーボンの分
類としては適当でない。例えばいわゆるプラズマ重合法
のように炭化水素ガスをプラズマで反応させ、生じるラ
ジカルの作用で膜を堆積させる場合は水素含有率が多
く、有機物に近い柔らかい膜となる。また、前記のスパ
ッタ法において不活性ガスに炭化水素ガスや水素ガスを
混ぜてスパッタし、膜を堆積させる場合はグラファイト
成分が残り、その周辺に水素が結合したような膜とな
り、やはり柔らかい膜となる。これらに対し、炭化水素
のイオンが１００Ｖ以上の高い電圧で加速されて基板に
ぶつかり、このエネルギーで脱水素化しながら膜を堆積
させる場合は、水素が抜けたところが炭素原子間のsp3
結合となり、結果的に３次元的な密な網目構造が多くで
きるため、高硬度でダイヤモンドに比較的近い性質の膜
となる。

【０００７】この高硬度の非晶質水素化カーボンは種々
の方法で形成されている。例えば、特開昭60-157726で
は、ディスク基板を一方の電極とする高周波プラズマＣ
ＶＤ法で形成する例が開示されている。また、特開昭61
-210518では、誘導プラズマ発生器から電界によりイオ
ンをひきだして形成する方法が開示されている。また、
直流放電で形成する方法も知られている。

【０００８】これらの中で、量産性を考慮した場合もっ
とも好ましいのは高周波プラズマＣＶＤ法である。この
方法によると絶縁性の膜でも安定に形成することが可能
であり、比較的大面積でも均一に成膜可能である。

【０００９】この高硬度非晶質水素化カーボン膜を、高
周波プラズマＣＶＤ法によって形成する方法をさらに解
説する。一般に、プラズマと電極材などの境界では電子
とイオンの易動度の差により電位の差が発生し、イオン
の移動速度が遅いためプラズマの方が正電位となる自己
バイアス効果が生じる。この自己バイアスの大きさは、
プラズマ状態と電極構成に左右される。高周波２極放電
においては、プラズマがそれぞれの電極（およびそれと
電気的に接続された部材）と接触する面積（以下実効電
極面積と呼ぶ）の大小関係できまることが公知であり、
実効電極面積の小さな電極側に大きな自己バイアス電圧
が発生する。通常の高周波プラズマＣＶＤ装置において
は高周波電極が接地電位の真空容器の中に組み込まれる
ため、プラズマの大部分は接地電位の部材と接触する。
従って高周波電極側に大きな自己バイアス電圧が発生す
ることになる。前述の特開昭60-157726に記載されてい
る高周波プラズマＣＶＤ法による高硬度非晶質水素化カ
ーボンの形成は、まさにこの効果を利用したもので、高
周波電極に基板を取り付け、炭化水素ガスを導入してプ
ラズマを発生させ、自己バイアス電圧によってメチルカ
チオン等の正イオンを加速し基板に衝突させるものであ
る。

【００１０】しかし、この方法でディスク基板両面に均
一に高硬度非晶質水素化カーボンを成膜することは次の
理由から困難である。

【００１１】１）磁気ディスクでは、通常記録層として
Ｃｏなどの金属合金薄膜を形成したのち保護層が同一装
置で連続的に形成される。そのため、ディスク基板に高
電圧を印加するには、基板搬送系を一旦絶縁するか、全
体を高電圧に浮かすかをしなければならず、非常に複雑
な装置構成が必要となる。

【００１２】２）ディスク基板自身に電圧を印加するた
めには、十分な接触面積をもってディスク基板と電圧導
入端子とを接触させなければならず、接触させた部分は
膜がつかないため膜厚分布ができる。

【００１３】これらの問題点を解決するため、本発明者
らは、ディスク基板を接地電位とする磁気ディスクの製
造方法を、特開昭59-247945、特開昭63-206471、特開平
3ー120362号公報で開示している。この手法で高硬度非晶
質水素化カーボンができる理由は次の通りである。

【００１４】特開昭59-247945、特開昭63-206471、特開
平3ー120362号公報に記載した手法は、基板（及び基板ホ
ルダー）を接地電位とし、これを取り囲むように高周波
電極を配し、この間でプラズマを発生させるものであ
る。これによって、接地電位の部分とプラズマとの接す
る面積が、高周波電極とプラズマとの接する面積に比べ
て小さくなる。プラズマと電極の間に発生する自己バイ
アス電圧は、電極面積の比対称性によって分配されるの
で、この手法では接地側に大きな自己バイアス電圧がか
かる。したがって、この電圧を利用して、接地電位のデ
ィスク基板に高硬度非晶質水素化カーボンが形成でき
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭59-247945、特開昭63-206471、特開平3ー120362号
公報に記載したこの方法を実際に磁気ディスク両面同時
成膜に適用する場合、さらに次の問題が生じることがわ
かった。

【００１６】１）ディスク中央の穴を貫通してプラズマ
がつながるため、２つのプラズマが干渉し合って不安定
になる。

【００１７】２）ディスク中央の穴の所にプラズマの強
い部分ができ、穴の淵で膜厚が厚くなる。

【００１８】このため、膜厚や膜質の分布が著しく、膜
厚の厚い部分ではヘッドを浮上させたときにヘッド素子
部と記録膜との間隔が広くなるため記録再生に支障をき
たす。また、薄い部分では保護性能が劣り、信頼性が劣
化するという問題があった。さらに甚だしい場合にはプ
ラズマが１点に集中してアーク状態になり、プラズマ電
位が極端に低下して炭化水素の分解が進まなくなるため
有機物的な膜しかできなくなるという問題も発生した。

【００１９】これを防ぐためには穴の部分にキャップを
取り付けてプラズマがつながらないようにするという方
法があるが、キャップの取り付けは煩雑で量産に向か
ず、ごみの発生も促進して磁気ディスクの信頼性を損ね
ることになる。さらに、キャップを取り付けられた内周
端面には保護膜がつかないため、内周端面の基板がむき
だしになり、ここから腐食等が発生し円板面を汚染する
という問題も発生した。

【００２０】本発明の第１の目的は、貫通孔を有する基
板の両面を安定に処理することのできるプラズマ処理装
置を提供することにある。また、第２の目的は、磁気デ
イスクの両面に、同時に、実質的に均一な膜厚分布で高
硬度非晶質水素化カーボンの保護層を形成することので
きる磁気デイスクの製造方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明によれば、真空容器と、前記真空容器
中に基板を保持する基板ホルダと、前記基板の両面が接
する２つの空間に各々プラズマを生成させるために前記
２つの空間にそれぞれ配置された２つの電極と、前記２
つの電極に同周波数の高周波電圧を印加する電圧供給手
段とを有するプラズマ処理装置において、前記基板の
両面が接する２つの空間に生成されたプラズマの電位を
各々検出する検出手段と、前記電圧供給手段が前記一方
の電極に印加する高周波電圧の位相と前記他方の電極に
印加する高周波電圧の位相との差を調節する位相差調節
手段と、前記検出手段の検出した２つの空間のプラズマ
の電位に差がある場合、前記電位差が予め定めた値より
小さくなるように前記位相差調節手段を制御する制御手
段を有することを特徴とするプラズマ処理装置が提供さ
れる。前記検出手段は、前記２つの電極の電位をそれぞ
れ検出することにより、前記２つの空間に生成されたプ
ラズマの電位を検出するものを用いることができる。ま
た、前記検出手段は、前記プラズマに電圧を印加する手
段と、前記電圧を印加した時に前記プラズマに流れる電
流を検出する手段とを有し、前記電流の大きさから前記
プラズマの電位を検出するものを用いることができる。

【００２２】前記２つの電極は、プラズマが生成される
前記基板の両面に接する空間をそれぞれ取り囲むように
配置され、前記電極の面積は、前記基板の面積よりも大
きくなるように構成することができる。

【００２３】また、第２の目的を達成するために本発明
によれば、基板と、前記基板の両面に、磁性層と、保
護層とを有する磁気ディスクの製造方法であって、前記
基板の両面に磁性層を形成し、前記基板の両面が接する
２つの空間にそれぞれプラズマ発生させ、前記２つの空
間のプラズマの電位をそれぞれ測定し、前記２つの空間
のプラズマの電位に差がある場合、前記一方の空間のプ
ラズマの位相を他方の空間のプラズマの位相から相対的
に遅延させて、前記電位差を予め定めた値よりも小さく
し、前記２つの空間に炭化水素類のガスを導入して、前
記磁性膜上に水素化カーボン膜を前記保護層として堆積
させることを特徴とする磁気ディスクの製造方法が提供
される。

【００２４】

【作用】本発明により、磁気ディスク基板の両面同時に
均一な高硬度非晶質水素化カーボンが形成できる理由を
次に説明する。

【００２５】図８は、プラズマ処理装置において、Ａ、
Ｂ、２つの電極に印加する高周波電圧の出力の位相差を
変えたときの電極３におけるＡ面側とＢ面側のそれぞれ
のバイアス電圧の変化を示したものである。バイアス電
圧に大きな差が生じているときはディスク基板の内孔に
プラズマが集中しているのが観測された。位相差を調節
して図４の（ａ）点にしたときバイアス電圧差が極小に
なり、内孔のプラズマ集中がほとんどなくった。この条
件で成膜すれば、ディスクの有効使用部分すなわち5.25
インチディスクでは半径３０ｍｍから６２ｍｍにわたっ
て均一な膜厚分布が達成できる。

【００２６】ここで、２つの電極間のバイアス電圧のバ
ランスをとることが膜厚・膜質均一化に効果があるのは
下記の理由による。

【００２７】前記のバイアス電圧はそれぞれの高周波電
極の平均電位を表しており、プラズマの電位はこれより
数Ｖ〜数十Ｖ高い値となるが、バイアス電圧差は実質的
にそれぞれのプラズマの差を示すと考えてよい。したが
って、この値が異なると、ディスク内孔において互いに
接するプラズマの電位に差が生じることになり、この電
位差がある値をこえると電子がこの電位差により加速さ
れてエネルギーが高くなり、ディスク内孔の空間でプラ
ズマ密度が増加し、プラズマ集中が起こる。このプラズ
マ集中が起こると原料ガスの分解が促進され、成膜レー
トが部分的に増加するのでディスク内孔近傍の膜厚が厚
くなり、膜厚分布が著しく悪化するわけである。したが
って、この電位差を可能な限り小さくすることによって
両面同時に均一な成膜が可能となる。

【００２８】従って、本発明では、検出手段によりプラ
ズマの電位を検出し、制御手段が、２つの空間のプラズ
マの電位差を予め定めた値よりも小さくするように、電
圧供給手段の出力する電圧の位相差を調節する手段を制
御することにより、プラズマの電位差を小さくしてい
る。

【００２９】なお、検出手段は、上述の説明のように、
プラズマの電位を電極のバイアス電圧を測定することに
よって測定することも可能であるが、プラズマに電圧を
印加して流れる電流を測定するラングミュアプローブ等
の手段を用いることも可能である。

【００３０】なお、本発明では、上述の検出手段、位相
差調節手段、および、制御手段を設けることを特徴とす
るが、単純に考えると、このような手段を設けなくて、
本発明の目的は、一つの電源から出力を２つに分け、こ
れをそれぞれ２つの電極に供給することで達成できるよ
うに考えられる。しかし、これでは、十分な効果は、得
られない。なぜならば、２つの電極の間には、極わずか
な条件の差異、例えば電極とアースシールドとの間隔の
差やマッチング回路の冷却効率の違い等により、微妙な
インピーダンスの差異が生じる。よって、２つの電極の
インピーダンスを完全に一致させることは、現実には不
可能である。このようにインピーダンスに差異がある
と、これにより電極での高周波電圧の位相に差が生じ、
バイアス電圧が異なってくる。従って、基板の貫通孔に
プラズマ集中が生じない程度に等しいバイアス電圧を得
るためには、本発明のように、一方の電極の位相差を相
対的に調節する手段を備え、これを検出手段の検出結果
を用いて制御することが必要となる。

【００３１】また本発明のプラズマ処理装置において、
２つの電極は、プラズマが生成される前記基板の両面に
接する空間をそれぞれ取り囲むように配置し、前記電極
の面積は、前記基板の面積よりも大きい構成とした場
合、つぎのような作用がある。

【００３２】すなわち、高電圧側の電極の面積が基板の
面積に比べ十分大きいため、イオン電流と電子電流のバ
ランスを取るために、プラズマ電位が、基板の電位より
も高い正の値となる。すなわち、面積の小さい基板側で
は単位面積あたりにより多くのイオンを流入させる必要
が生ずるため、この近傍で大きな電圧効果が発生する。
これに対し、高電圧電極側は、プラズマ電位に引きずら
れて正の大きな電位となるのである。

【００３３】電極を基板両面に配した装置を、図５、図
６に示す。従来のように、プラズマ電位を制御しない場
合には、図６のように、２つの空間に発生しているプラ
ズマの電位が対称とならない。したがって、基板の両側
のプラズマに電位勾配があるので、基板に貫通孔がある
場合には、この貫通孔付近でプラズマが集中してしまう
のである。しかし、本発明では、検出手段によりプラズ
マの位相を検出して、制御手段により位相差を予め定め
た値を小さくするように高周波電源を制御した場合に
は、図５のように、基板を境にプラズマ電位が対称とな
り、基板の両面全体を安定に処理できる。

【００３４】

【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

【００３５】本実施例では、改良された高周波プラズマ
ＣＶＤ法によって、磁気ディスク両面に高硬度非晶質水
素化カーボンを形成する。すなわち、電極には、正バイ
アス高周波電極を用い、その両面に印加する高周波電圧
およびその位相を特定の方法で制御することによって実
質的に両面均一な成膜を可能としたものである。

【００３６】図１、図２、図５、図７を用いて、本実施
例の高周波プラズマＣＶＤ装置の構成を説明する。

【００３７】図１、図２および図５に示すように、磁気
ディスク基板１をはさむように１対の高周波電極２ａ、
２ｂが配置され、この外側を接地電極３ａ、３ｂが取り
囲んでいる。接地電極３ａ、３ｂと高周波電極２ａ、２
ｂとは、絶縁材１１０ａ、１１０ｂによって絶縁されて
いる。磁気ディスク基板１は、基板ホルダー４に搭載さ
れ、これと共に真空槽５に搬入され、プロセス終了後搬
出される。基板ホルダ４は、グランドに接続されてお
り、これにより基板１は、接地電位となっている。

【００３８】また、基板１の面積と、接地電極３ａ、３
ｂの実効電極面積の合計が、高周波電極２ａ、２ｂの実
効電極面積に比べ十分小さくなるように構成されてい
る。高周波電極２ａ、２ｂと接地電極３ａ、３ｂを併せ
て正バイアス電極を構成している。

【００３９】高周波電極２ａ、２ｂおよび接地電極３
ａ、３ｂは、真空槽５の内部に設置されている。この真
空槽５には、排気装置（図示せず）、ガス導入装置１３
ａ、１３ｂ、圧力測定装置（図示せず）がとりつけられ
ている。

【００４０】２つの高周波電極２ａ、２ｂには、それぞ
れマッチングコントローラ６ａ、６ｂを介して高周波電
源７ａ、７ｂが接続されている。マッチングコントロー
ラ６ａ、６ｂは、高周波電源７ａ、７ｂの出力側インピ
ーダンスと電極２ａ、２ｂ側のインピーダンスを整合さ
せるための回路であり、ブロッキングコンデンサ８ａ、
８ｂを含んでいる。これにより高周波電極２ａ、２ｂの
電位が接地電位と切り離され、自己バイアスの発生が可
能となる。

【００４１】本実施例の特徴は高周波電極２ａ、２ｂに
バイアス電圧測定回路９ａ、９ｂを接続し、２つの高周
波電極２ａ、２ｂに発生するバイアス電圧を測定し、か
つこの値ができるだけ近く、かつ大きな正の値になるよ
うに調節するための機構を設けたことにある。

【００４２】具体的には、図１、図７に示すように、こ
の機構は、位相差調節回路１０とバイアス制御機構１１
とからなる。位相差調節回路１０は、図７のように、遅
延信号発生回路１０１と遅延回路１０２と高周波発振回
路１０３とを有しており、２つの高周波電源２ａ、２ｂ
の出力電圧波形の位相の差を任意の値に調節するもので
ある。高周波発振回路１０３は、高周波電源７ａ、７ｂ
に13.56MHZの信号を発振する。高周波電源７ａ、７ｂ
は、この信号のタイミングに従って、高周波電圧を電極
２ａ、２ｂに印加する。遅延回路１０２は、Ｂ側電源７
ｂと高周波発振回路１０３との間に配置されている。遅
延回路１０２には、遅延信号発生回路１０１が接続され
ている。遅延回路１０２は、高周波発振回路１０３がＢ
側電源７ｂに対して出力した13.56MHZの信号の位相を、
遅延信号発生回路１０１の出力した直流電圧信号Ｘの大
きさに応じて遅延させる。遅延信号発生回路１０１は、
バイアス制御機構１１の指示された大きさの直流電圧信
号Ｘを出力する。

【００４３】また、バイアス制御機構１１は、２つのバ
イアス電圧測定回路９ａ、９ｂからの出力を入力とし、
この値が２つとも大きく、かつその差が小さくなるよう
に位相差調節回路１０の出力Ｘを制御する役割をもつ。
本実施例では、バイアス制御機構１１をプログラマブル
コントローラで構成している。

【００４４】つぎに、上述の本実施例のプラズマ処理装
置を用いて、実際に磁気ディスク基板に保護膜を形成す
る方法について説明する。まず、磁気ディスク基板１を
基板ホルダ４に搭載し、基板１とホルダ４とを２つ電極
２ａ、２ｂのすきまから挿入する。基板１あるいは保持
具４と、電極２ａ、２ｂとの最短の間隔を2mm以下に保
持する。次に、ガス導入口１３ａ、１３ｂからメタンガ
スを一定流量で導入し、排気装置の排気速度を調節し
て、ガス圧を10〜100mTorrの範囲の一定値に保つ。次
に、高周波発振回路１０３は、信号の出力を開始させ、
高周波電源７ａ、７ｂから13.56MHzの高周波電圧を印加
してプラズマを発生させる。

【００４５】つぎに、前記工程で発生した磁気ディスク
基板１の両面のプラズマの電位を調節して、バランスを
とる。バイアス制御機構１１の内部には、プログラムを
格納しているメモリと、メモリ内のプログラムを読み込
んでプログラムに従って演算する演算部とが配置されて
いる。メモリ内には、図１３にフローチャートで示した
ようなプログラムが格納されている。まず、バイアス制
御機構１１は、図１３のステップ２０１で、遅延信号発
生回路１０１に対して指示する電圧値として、初期値Ｘ
₀を読み込み、ステップ２０２で、遅延信号発生回路１
０１に電圧値Ｘ₀を指示する。

【００４６】バイアス電圧測定回路９ａ、９ｂは、電極
２ａ、２ｂそれぞれのバイアス電圧の値を測定する。ス
テップ２０３において、バイアス制御機構１１は、両電
極２ａ、２ｂに取り付けられたバイアス電圧測定回路９
ａ、９ｂが測定したバイアス電圧の値を取り込む。ステ
ップ２０４では、バイアス制御機構１１は、Ａ側電極２
ａのバイアス電圧の値をｐ，Ｂ側電極２ｂのバイアス電
圧をｑとした場合、（ｐ−ｑ）／（ｐ＋ｑ）を演算し
て、（ｐ−ｑ）／（ｐ＋ｑ）＜ａの場合には、ステップ
２０６に進み、（ｐ−ｑ）／（ｐ＋ｑ）≧ａの場合に
は、ステップ２０５に進む。但し、ａは、予め定めた一
定値である。本実施例では、ａは、予め実験により求め
たディスク基板１の穴の部分にプラズマが集中すること
がなくなる電圧値から、計算により求めた値を用いた。

【００４７】電圧値ｐ、ｑは、作用の欄で述べたよう
に、電極２ａ、２ｂの平均電位を表わしており、プラズ
マの電位より数Ｖから数十Ｖ低い値である。したがっ
て、（ｐ−ｑ）／（ｐ＋ｑ）≧ａであるということは、
プラズマの電位差が大きいことを示しているので、ステ
ップ２０５では、遅延信号発生回路１０１に新たな電圧
値ＸとしてＸ＝Ｘ＋ｋ（ｐ−ｑ）／（ｐ＋ｑ）を指示す
る。ここでｋは予め実験により定めた定数である。そし
て、上記ステップ２０２に戻りステップ２０３、２０４
を繰り返す。ステップ２０４で、（ｐ−ｑ）／（ｐ＋
ｑ）＜ａの場合には、プラズマの電位差が予め定めた範
囲内であるということを示しているので、ステップ２０
６では、Ｘを現状の値に保持してステップ２０２に戻
る。

【００４８】このようにステップ２０２から２０６を繰
り返すことにより、Ａ側のプラズマとＢ側のプラズマの
電位の差をできる限り小さく、かつその和をできる限り
大きくするように、位相差信号Ｘを調節することができ
る。よって、効率よくかつバランスよくプラズマが発生
し、ディスク基板１の穴の部分にプラズマが集中するこ
とがなくなる。発明者らの実験によれば、２つの電極の
バイアス電圧の差ｐ−ｑが３０Ｖ以下、好ましくは１５
Ｖ以下とした時にプラズマ集中が無くなった。

【００４９】つぎに、本実施例に用いることのできる成
膜条件を以下に示す。

【００５０】（１）ガス種類：主として炭素を含む硬質
保護被膜を形成できるようなガスであればなんでもよ
く、例えば下記のものから選ぶのがよい。

【００５１】メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの
飽和炭化水素類エチレン、アセチレン、プロピレン、ブテンなどの不飽
和炭化水素類ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類メタノール、エタノール、アセトン、エチルエーテルな
どの含酸素炭化水素類アセトニトリル、メチルアミンなどの含窒素炭化水素類ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ2Ｆ4、Ｃ6Ｆ6などのフッ化炭素類ＣＨ3Ｆ、Ｃ2Ｈ2Ｆ2などのフッ化炭化水素類上記のガスから選ばれる２種以上の混合ガス上記のガスとＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅなどの不活性ガス
あるいは酸素、窒素、水素などとの混合ガス（２）ガス圧：上限は高周波放電におけるバイアス電
圧が正常に発生する条件できまり、ガス種に寄って変わ
るがおおむね500mTorr以下である。これ以上だとバイア
ス電圧自身の値が下がってしまい、性能のよい非晶質炭
素皮膜が形成できなくなる。また、下限は放電の安定性
できまり、おおむね1mTorr程度である。好ましいのは10
〜100mTorrの範囲である。

【００５２】（３）バイアス電圧：バイアス電圧は投入
電力とガス圧、ガス種及び電極形状で決まるが、この値
が小さいと原料ガスの分解が進まずポリマに類似の膜と
なり、大きすぎると高エネルギーイオンによるエッチン
グが起こってしまうのである範囲とするのがよい。この
範囲としてはおおよそ150〜1500Vがよい。

【００５３】また、本実施例の高周波プラズマＣＶＤ装
置を用いた保護膜を製造する方法は、磁気ディスクの基
板１の種類に依存するものではないが、優れた磁気ディ
スクを得るためには基板の選択も重要である。本実施例
において好ましいものとしては、ＮｉＰめっきＡｌ−Ｍ
ｇ基板、強化ガラス基板、セラミックス基板、ガラス状
カーボン基板等である。耐摺動性、ヘッドの浮上安定性
のよい磁気ディスクを得るには基板の平坦度をできる限
り向上し、かつ面粗し処理を行ってヘッドとの接触面積
を小さくするのがよい。例えばＮｉＰめっきＡｌ−Ｍｇ
基板の場合には研磨テープ或いは研磨砥粒により細かな
凹凸をつけるテクスチャ処理を施すのがよく、強化ガラ
ス基板やセラミックス基板の場合には化学薬品による選
択エッチングで凹凸をつけるのがよい。ただし、これら
の凹凸の高さはヘッドの安定浮上を妨げないよう100nm
以下としたほうがよい。

【００５４】上記基板１は、図３に示したような、上述
の本実施例の高周波プラズマＣＶＤ装置を組み込んだ連
続成膜装置で連続して成膜することが望ましい。たとえ
ば、図４のフローチャートに示したように、まず、よく
洗浄して異物を除去した後（ステップ３０１）、仕込室
４０１にロードし（ステップ３０２）、加熱室４０２で
基板加熱し（ステップ３０３）、スパッタ室４０３で下
地膜形成（ステップ３０４ａ）、スパッタ室４０４で磁
性膜形成（ステップ３０４ｂ）、さらに、隔離室４０５
を通過させて、上述の本実施例の高周波プラズマＣＶＤ
装置４０６に基板１を搬入する（ステップ３０５）。高
周波プラズマＣＶＤ装置４０６では、上述したように原
料ガスを導入し（ステップ３０６）、放電を開始させ
（ステップ３０７）、図１３のステップ２０１からステ
ップ２０６を行ってバイアス電圧を制御する（ステップ
３０８）。この状態で一定時間が経過したら保護膜が形
成されているので、放電を終了させ（ステップ３０
９）、原料ガスを停止し（ステップ３１０）、取出し室
４０７に基板１を搬出する（ステップ３１１）。

【００５５】このように、磁気記録層から連続で成膜す
ることにより、保護膜の界面に酸化皮膜ができず、密着
性を向上させることができる。

【００５６】ステップ３０３の基板加熱は、下地層及び
磁性層の結晶成長を制御するために行うもので、用いる
材料によって適する温度に設定すべきである。下地層は
磁性膜の結晶成長のしかたを制御するもので、Ｃｒまた
はその合金がよく用いられる。また、磁性層としては強
磁性体の合金薄膜が用いられ、本実施例では、次の材料
の中から選択して用いた。

【００５７】ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔ、
ＣｏＣｒＶ、ＣｏＣｒＭｏ等のＣｏＣｒ合金、ＣｏＮ
ｉ、ＣｏＮｉＺｒ等のＣｏＮｉ系合金或いはさらにこれ
らに第４の元素を加えた４元系合金等。

【００５８】本実施例によって得られる保護層は、非晶
質水素化炭素皮膜であり、その構造は、励起波長514.5n
mのレーザー光を用いてラマンスペクトルを測定すると
主ピークが１５５０ｃｍ~¹或いはそれ以下の波数であっ
た。このピーク位置は非晶質炭素の中のグラファイト的
結合の量を示すもので、１５５０ｃｍ~¹以上であるとグ
ラファイト性の強い、比較的柔らかい膜となる。また、
膜中の水素の量は１０〜４５％程度であり、条件によっ
てはこれ以外のものもできたが、この範囲のほうが耐摩
耗性が優れていた。

【００５９】上記の成膜後、一旦装置から基板を取り出
し、必要があれば表面の突起等の除去工程を入れた後潤
滑層を形成する。潤滑層はフッ素化ポリエーテル系の高
分子がよく、分子量２０００〜１００００のものが好適
に用いられる。本発明は潤滑層の種類に依存するもので
はないが、磁気ディスクとしての耐摺動特性を向上させ
るには特定の潤滑層としたほうがよく、とくに末端にエ
ステル、カルボキシル基、アミド基、アミン基、アミン
塩、アジド基等極性基を持つものや保護層表面に反応し
て固着するようなものを用いることができる。

【００６０】図９に、本実施例で得られた保護膜につい
て、製造時のバイアス電圧差と膜厚分布の関係を示す。
この場合には、バイアス電圧差ｐ−ｑを平均バイアス電
圧の１０％以下とすることで±５％以下の膜厚分布を実
現できた。ただし、このしきい値は成膜条件によって異
なるので、実際には実験によって求めるのがよい。経験
的にはガス圧（mTorr）が倍になるとこの値も半分すな
わち５％以下とする必要がある。

【００６１】図１０は、本実施例でえられた保護膜を成
膜した磁気ディスクの断面構造の模式図であり、ディス
ク全面にわたって均一に保護膜が形成されていることが
わかる。また、図１１は、比較例として、本実施例の装
置で図１３のステップ２０２から２０６のバイアス電圧
制御を行わないで保護膜を成膜した磁気ディスクの断面
構造を示す模式図であり、中央のディスク穴周辺の保護
膜の膜厚が厚く形成されている。

【００６２】さらに、図１２は、図１０及び図１１の保
護膜を備えた磁気ディスクをドライブに組み込み、薄膜
ヘッドを搭載して実際のコンタクトスタートストップモ
ードで動作させ、信号の記録再生を行った時の再生出力
のディスク半径方向の変動を示す図である。この図から
明らかなように、比較例の場合は内周で膜厚が厚くなる
ために再生信号が極端に弱くなるが、これに対し本実施
例の場合は均一な再生信号が得られていることがわか
る。

【００６３】以下、図３の製造装置を用いた本実施例に
よる磁気ディスクの製造方法をさらに具体的に数値を示
して詳細に説明する。

【００６４】まず、図４のフローのステップ３０２にお
いて、直径５．２５インチのディスク基板１を５枚づつ
ホルダー４に搭載したものを２０セット仕込み室４０１
にセットし、真空排気した。スパッタ室４０３のスパッ
タ用カソードにはあらかじめ下地膜用のＣｒターゲット
をセットし、スパッタ室４０４には、磁性膜用のＣｏＣ
ｒＴａ合金ターゲットを一対づつセットし、一旦真空排
気した後アルゴンを導入し、ガス圧を１０ｍＴｏｒｒに
保って直流プラズマを発生させ、１〜２時間ダミースパ
ッタを行った後プラズマを停止させた。

【００６５】つぎにステップ３０２で、前記ホルダ−４
を１枚取り出し室側に向かって搬送し、加熱室４０２に
到達したところで一旦とめて、ステップ３０３として、
約２００℃まで基板１を加熱した。つぎにこのホルダー
４をスパッタ室４０３に搬送すると同時に次のホルダー
４を仕込み室４０１から加熱室４０２に送った。このよ
うにそれぞれの加熱室４０２で処理を行いながらホルダ
ー４を順次送り出した。ステップ３０４ａ、３０４ｂに
おいてディスク基板１にスパッタ室４０３でＣｒを約１
００ｎｍスパッタし、つぎにスパッタ室４０４でＣｏＣ
ｒＴａ合金を３０ｎｍスパッタした。

【００６６】ついでステップ３０５に進み、ホルダー４
を隔離室４０５を通過させて、プラズマＣＶＤ室４０６
に搬送した。このとき真空槽５内をあらかじめ排気し、
かつ電極２ａ、２ｂの側面を基板１から遠ざかる方向に
動かしておき、ホルダー４が容易に通る間隔を確保し
た。ホルダー４が被処理部に到達し停止した時点で上記
側面が基板１の方向に動かし、電極２ａ、２ｂとホルダ
ーの間隔を狭めた。

【００６７】そして、ステップ３０６に進み、ＣＨ₄ガ
スを導入し、圧力が５０ｍＴｏｒｒ一定となるように流
量と排気速度が調節した。その後、ステップ３０７で周
波数１３．５６ＭＨｚの高電圧を印加し、プラズマを発
生させた。実効電力は５００Ｗであった。

【００６８】この際、ステップ３０８でバイアス調整機
構１１を作用させることにより、図１３のステップ２０
２から２０６を繰返し、ＡＢ両面のバイアス電圧を500V
±10Vに保持した。３０秒間プラズマを保持したのち電
圧印加を停止し（ステップ３０９）、電極２ａ、２ｂを
再び基板１から遠ざけ、ガスを止め、排気したのちこの
ホルダー４を取出し室４０７に送る（ステップ３１１）
と同時に次の基板１を導入した。上記のサイクルを繰り
返す事により２０枚のホルダー４に搭載したディスク基
板１に保護膜を形成した。

【００６９】上記の工程で成膜した磁気ディスク基板の
保護膜のラマンスペクトルのピーク位置を全面に渡って
測定したが、いずれも１５２０ｃｍ~¹〜１５４０ｃｍ~¹
の間にあった。

【００７０】このディスク基板にディップ工程によりパ
ーフロロポリエーテル系潤滑剤を塗布し、実ヘッドによ
るＣＳＳ試験を行った。結果は内周（R30mm)、中周(R4
5),外周(R62)のいずれも５０ｋ回のＣＳＳによっても損
傷なく、摩擦係数も0.2以下であった。また、記録再生
を行ったところ内周（R30mm)、中周(R45),外周(R62)の
いずれも再生出力に変化はなく、良好な再生波形を得
た。さらにこのディスクを８０度９０％ＲＨの条件で加
湿試験を行った所、２００時間の後にも腐食は起こらな
かった。

【００７１】また、比較例として、上記具体的な実施例
と同様に磁気ディスク基板に下地層、磁性層、保護層を
設けた磁気ディスクを作成した。ただし、保護層の形成
時に図１３のステップ２０２から２０６のバイアス調整
を行わなかった。この結果、バイアスの値はＡ側が535
V,Ｂ側が470Vであった。このようにして成膜した磁気デ
ィスクに保護膜の膜厚分布を調べたところ、内周から15
mm程度の所まで明らかに膜厚が厚くなり、最大で平均膜
厚の５倍あった。また、ラマンスペクトルを調べたとこ
ろ、膜厚の厚い部分はそのピークが１５６０〜１５８０
ｃｍ~¹の位置にあり、膜質も異なっていることがわかっ
た。このディスクに潤滑剤を塗布してＣＳＳ試験を行っ
たところ、最内周では５ｋ回でクラッシュした。また記
録再生を行ったところ、内周側ほど再生出力が小さくな
り、平均の１／２以下となった。

【００７２】上述の実施例では、電極２ａ、２ｂの電圧
を検出することにより、プラズマの電位を検出したが、
ラングミュアプローブを用いることによりプラズマ電位
を検出することも可能である。この場合には、上述の実
施例と同様にディスク基板１に、ステップ３０４ａ、３
０４ｂでＣｒ膜，ＣｏＣｒＴａ膜をスパッタリングによ
り成膜した後、プラブマＣＶＤ装置４０６に基板１を導
入する。プラズマＣＶＤ装置４０６内には、ディスク基
板１の両面に近接する形で、ラングミュアプローブを設
けておく。このプローブに一定の電圧をかけておいて、
流入する電流値ｓ，ｔをモニタする。

【００７３】バイアス制御機構１１には、得られる電流
値ｓ，ｔを、上述の図１３のステップ２０２から２０６
のｐ，ｑと同様に処理して、遅延信号発生回路１０１に
指示する構成とする。但し、ステップ２０４、２０５に
おいて、ａ、ｋは、予め実験により求めた、ラングミュ
アプローブを用いた場合に適した値に変えておく。この
結果、プラズマの電位差は、一定値以下に保たれるの
で、あとは上述の実施例と同様にステップ３０９から３
１１を行えば磁気ディスクが得られる。この結果、ディ
スク面内の膜厚分布は、±３％以下となり、良好な結果
が得られた。また、膜厚を表わす指標としてのラマンス
ペクトルも上述の実施例とほぼ一致した。

【００７４】以上のように、本実施例によるとプラズマ
ＣＶＤで硬質非晶質カーボン保護膜を形成する場合、デ
ィスク中央の穴を貫通してプラズマが干渉することがな
いため、穴付近においてもプラズマが安定になる。これ
により、ディスク内周および外周端部における膜厚分布
が大幅に改善されるため、高性能な保護層をディスクの
両面同時に均一に形成することができる。また、このよ
うにして膜厚の均一な保護層を形成した磁気ディスクを
用いることにより有効記録面積を増加させるとともに記
録再生時の出力変動を低減することができ、高記録密度
化および高信頼化に大きな効果がある。

【００７５】さらに、プラズマが安定になるため、原料
ガスが効率よく分解され、高品質な硬質非晶質カーボン
保護膜が得られる。

【００７６】また、両面同時に安定に保護膜を形成する
ことができるので、製造効率を向上させることができ
る。

【００７７】さらに本実施例のプラズマＣＶＤ装置で
は、プラズマを安定化させるためにディスク基板の穴を
ふさぐ必要がないので、基板を汚染する恐れもなく、か
つ、ディスク基板の内周の端部まで保護膜を形成するこ
とができる。

【００７８】本実施例は、磁気ディスクへの応用を中心
に記述してきたが、このほか光ディスク、光磁気ディス
クなどにも効果があることは言うまでもない。また、さ
らに一般的に基板に高バイアスがかかる条件でプラズマ
ＣＶＤ、プラズマエッチング、表面改質などの両面プラ
ズマ処理をおこなう場合に同様の効果が得られることは
言うまでもない。

【００７９】

【発明の効果】上述の様に、本発明によれば、プラズマ
の電位を制御することにより、貫通孔を有する基板の両
面を安定に処理することのできるプラズマ処理装置を提
供することができる。また、この装置を用いることによ
り、磁気デイスクの両面に、同時に、実質的に均一な膜
厚分布で高硬度非晶質水素化カーボンの保護層を形成す
ることのできる磁気デイスクの製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の高周波プラズマＣＶＤ装置
の構成を示すブロック図。

【図２】図１の高周波プラズマＣＶＤ装置の電極および
基板の部分的な位置関係を示す切欠き斜視図。

【図３】図１の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いた磁気
ディスクを製造装置の構成を示すブロック図。

【図４】図４の装置を用いて磁気ディスクを製造する手
順を示すフローチャート。

【図５】図１の高周波プラズマＣＶＤ装置のプラズマの
状態を示す説明図。

【図６】従来の高周波プラズマＣＶＤ装置のプラズマの
状態を示す説明図。

【図７】図１の高周波プラズマＣＶＤ装置のプラズマの
電位制御のための回路を示すブロック図。

【図８】本発明のプラズマ処理装置の電極の電圧の位相
を調節した場合の、位相とバイアス電圧の関係を示すグ
ラフ。

【図９】本発明の一実施例でえられた磁気ディスクの保
護膜の膜厚分布と、製造時のバイアス電圧との関係を表
わすグラフ。

【図１０】本発明の一実施例で得られた磁気ディスクの
保護膜の膜厚分布を示す断面図。

【図１１】比較例の磁気ディスクの保護膜の膜厚分布を
示す断面図。

【図１２】本発明の一実施例でえられた磁気ディスクの
再生出力を示すグラフ。

【図１３】本発明の一実施例のプラズマＣＶＤ装置のバ
イアス制御機構１１の制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…基板、２ａ、２ｂ…高周波電極、３ａ、３ｂ…接地
電極、４…基板ホルダー、５…真空槽、６ａ、６ｂ…マ
ッチングコントローラ、７ａ、７ｂ…高周波電源、８
ａ、８ｂ…ブロッキングコンデンサ、９ａ、９ｂ…バイ
アス測定回路、１０…位相差調節回路、１１…バイアス
制御機構、１３ａ、１３ｂ…ガス導入系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼頭諒神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者藤巻成彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者家近啓吾神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者阿部勝男神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、前記真空容器中に基板を保持
する基板ホルダと、前記基板の両面が接する２つの空間
に各々プラズマを生成させるために前記２つの空間にそ
れぞれ配置された電極と、前記２つの電極に同周波数の
高周波電圧を印加する電圧供給手段とを有するプラズマ
処理装置において、前記基板の両面が接する２つの空間に生成されたプラズ
マの電位を各々検出する検出手段と、前記電圧供給手段
が前記一方の電極に印加する高周波電圧の位相と前記他
方の電極に印加する高周波電圧の位相との差を調節する
位相差調節手段と、前記検出手段の検出した２つの空間
のプラズマの電位に差がある場合、前記プラズマの電位
差が予め定めた値より小さくなるように前記位相差調節
手段を制御する制御手段を有することを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記検出手段は、前記
２つの電極の電位をそれぞれ検出することにより、前記
２つの空間に生成されたプラズマの電位を検出すること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１において、前記検出手段は、前記
プラズマに電圧を印加する手段と、前記電圧を印加した
時に前記プラズマに流れる電流を検出する手段とを有
し、前記電流の大きさから前記プラズマの電位を検出す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１において、前記２つの電極は、プ
ラズマが生成される前記基板の両面に接する空間をそれ
ぞれ取り囲むように配置され、前記電極の面積は、前記
基板の面積よりも大きいことを特徴とするプラズマ処理
装置。
【請求項５】請求項４において、前記基板ホルダには、
前記基板を前記高周波電源の電位よりも相対的に低い電
位に保持するための電圧印加手段が接続されていること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】請求項１において、前記２つの空間にガス
状物質を供給する手段をさらに有することを特徴とする
プラズマ処理装置。
【請求項７】貫通孔を有する基板の両面を同時にプラズ
マ処理する方法であって、前記基板の両面が接する２つの空間にそれぞれプラズマ
を発生させ、前記２つの空間のプラズマの電位をそれぞれ測定し、前記２つの空間のプラズマの電位に差がある場合、前記
一方の空間のプラズマの電位の位相を他方の空間のプラ
ズマの電位の位相から相対的に遅延させて、前記電位差
を予め定めた値よりも小さくし、この状態で前記基板の
両面をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理
方法。
【請求項８】請求項７において、前記予め定めた値は、
前記基板の貫通孔において放電集中を生じさせない値で
あることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】基板と、前記基板の両面に、磁性層と、保
護層とを有する磁気ディスクの製造方法であって、前記基板の両面に磁性層を形成し、前記基板の両面が接する２つの空間にそれぞれプラズマ
発生させ、前記２つの空間のプラズマの電位をそれぞれ測定し、前記２つの空間のプラズマの電位に差がある場合、前記
一方の空間のプラズマの電位の位相を他方の空間のプラ
ズマの電位の位相から相対的に遅延させて、前記電位差
を予め定めた値よりも小さくし、前記２つの空間に炭化水素類のガスを導入して、前記磁
性膜上に水素化カーボン膜を前記保護層として堆積させ
ることを特徴とする磁気ディスクの製造方法。