JPH087219A - アモルファスカーボン薄膜及びその製造方法 - Google Patents

アモルファスカーボン薄膜及びその製造方法

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JPH087219A
JPH087219A JP13005894A JP13005894A JPH087219A JP H087219 A JPH087219 A JP H087219A JP 13005894 A JP13005894 A JP 13005894A JP 13005894 A JP13005894 A JP 13005894A JP H087219 A JPH087219 A JP H087219A
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thin film
film
amorphous carbon
carbon thin
plasma
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JP13005894A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Inaba
宏 稲葉
Yuichi Kokado
雄一 小角
Hiroshi Matsumoto
洋 松本
Shigehiko Fujimaki
成彦 藤巻
Makoto Kito
諒 鬼頭
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】IR(赤外線吸収スペクトル)より求めた吸光
度ピークのSP3/SP2のピーク面積比が5〜11であ
るアモルファスカーボン薄膜を提供すること。 【構成】真空容器と、真空容器中の圧力を大気圧より低
い状態に保持する排気手段と、真空容器中にプラズマを
発生させるための電極と、プラズマ発生部にガス状物質
を供給する手段とを具備したプラズマ処理装置におい
て、被処理基板に正の直流バイアス電圧を印加すること
で、負イオン活性種を選択的に用いるプラズマ処理装
置。 【効果】本発明によれば、高硬度なカーボン膜を成膜可
能である。そのため、磁気記録媒体においては、保護膜
としてのカーボン膜の膜厚を薄膜化できリード/ライト
特性の向上と、高記録密度化対応した成膜が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高硬質なアモルファスカ
ーボン薄膜を有する磁気記録媒体と、その製造方法及び
製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマ処理装置を用いた被処理基板へ
の薄膜形成技術は、スパッタ、CVD技術等を用いて磁
気ディスクや光ディスクにおける薄膜形成に広く用いら
れている。
【0003】特に、高周波プラズマCVDにおいては、
公開特許公報昭62−83471号に開示されている様
に高エネルギーイオンによるエッチングやイオンアシス
ト成膜を行う方法が公知であり、リアクティブイオンエ
ッチングや高硬度カーボン膜の成膜が行われている。
【0004】しかしながら、被処理基板上における成膜
過程については学術的にも不明瞭な点が多く、被処理基
板にアタックするイオン活性種と成膜される膜質との関
係は明らかでない。通常のプラズマCVD処理は、被処
理基板を接地側電極上あるいは高周波を印加する側の電
極上のいずれかで処理を行うが、この場合、中性ラジカ
ル粒子とシースによって加速される正イオンによって成
膜処理が行なわれていると考えられている。例えば、C
4ガスを用いたプラズマCVD処理におけるイオンエ
ネルギーアナライザの測定結果からは、中性ラジカル粒
子と主イオン成 ンを主とした成膜が行なわれていることが確認できる。
【0005】この際、膜の硬質化を促すため膜表面から
の脱水素化を行なうが、これを行う方法として、より大
きな電位で加速したイオンを膜表面に打ち込んでいた。
しかしながら図1に示すように、膜表面では脱水素化に
ともない二重結合の生成される割合も高くなるため、膜
質をグラファイト化する原因ともなった。つまり、膜を
構成する分子内におけるHの絶対量が多いため、脱水素
化に伴う二重結合の増加が発生し、H量の少ないC単結
合主体の膜ができにくい状況にあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
プラズマCVD技術においては、成膜時に用いられる主
なイオン活性種が、H原子を多く含む正イオンであり、
H量の少ないC単結合主体の膜ができにくい状況にあっ
た。
【0007】本発明においては、H原子を多く含まない
イオン活性種であるC~、CH~といった負イオンを選択
的に用いた成膜を行うことで、H量の少ないC単結合主
体の膜を得、成膜された膜質について、IR(赤外線吸
収スペクトル)より求めたSP3/SP2の吸光度ピーク
面積比、Hの割合(Hydrogen Forward Scattering法に
よって水素量を測定)及び、ラマンスペクトルから定量
的、かつ総合的に促え高硬度薄膜を有する磁気記録媒体
を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、イオンプラズマ処理装置における被処理基
板保持部分に正の直流バイアスを印加する機構を備え付
けることで負イオンを基板表面に引き寄せ、選択的にこ
れを用いて成膜を行った。
【0009】具体的には、反応ガスとしてCH4ガスを
用いた場合、負イオン化してプラズマ中に存在すると確
認できるものはC~あるいはCH~であり、C原子1個当
たりに付属する水素原子数は、従来のイオン選択を行わ
ないプラズマCVDにおいて 2に示すように、負イオンを用いた成膜方法を用いると
膜中に含まれる水素の絶対量が少なくなる。これによ
り、高エネルギーイオンを用いた膜中の脱水素化が不要
となり、それに伴う二重結合の生成を抑制することにな
る。
【0010】従って、膜中における単位体積当たりの水
素量が従来の正イオンを用いた場合より少なくすること
が可能となり、しかもC単結合主体の膜を得る事が出来
る。
【0011】
【作用】本発明によると、ある条件下で負イオンを選択
的に用いて成膜されたカーボン薄膜の膜中におけるHの
割合は30%以下で、ラマンスペクトルの成分は1520cm-1
以下にひとつだけピークを持つ特性を示すようになる。
これは、従来の正イオンを用いた成膜で得られる構造に
比較し、水素及び二重結合が膜中から、より減少するこ
とで結合次数が低く単結合に近い構造成分が増加したた
めと考えられる。ラマンスペクトルは二重結合の伸縮結
合振動に対応するスペクトル成分1580cm-1のピークがな
いことや、ひとつのピークしか得られないことからも確
認できる。
【0012】そして、膜のビッカス硬度は、3000Hv以
上を持つようになった。
【0013】さらに、IRより求めた吸光度ピークのS
3/SP2のピーク面積比が5〜11において、膜の摩耗
レートが最小になることを確認した。これは、ピーク面
積比が5以下の場合には、膜中の二重結合の割合が増加
し、膜硬度が低下するためと考えられる。一方、IRで
観察可能なSP3成分(水素でターミネートされてい
る。)が増加したピーク面積比が11以上の場合は、島状
のSP3成分が増加し、結合のネットワークが抑制され
ることになる。従って、膜質的には炭化水素化合物の混
合膜に近いものとなり、膜硬度が低下するため摩耗レー
トが増加すると考えられる。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【0015】図3は本発明のディスク基板用プラズマ処
理装置の一実施例の構成を示す。
【0016】本発明によるプラズマ処理装置は少なくと
も、大気圧以下の圧力に排気可能で、かつ高電圧を印加
しプラズマを発生させるための真空槽兼電極1と、接地
側電極3と被処理ディスク基板2とこれを保持し直流正
電圧を印加する第3電極12と、印加するための直流正
電圧印加装置4とチョークコイル9と、前記電極1に高
周波電力を印加するための高周波電源5とブロッキング
コンデンサ10と電極間を絶縁するための絶縁材11と、ガ
ス状物質をプラズマ発生領域に導入するためのガス導入
機構6と、真空槽兼電極1内部を大気圧以下に保持する
ための排気機構7と、真空槽兼電極1と排気機構7とを
仕切るバルブ8とから構成される。
【0017】本装置において、反応ガスとしてCH4
スを導入し、圧力が、6.7Pa一定となるように流量と
排気速度を調節した。その後、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2k
Wであった。
【0018】その後、正の直流電圧400Vを被処理ディ
スク基板2に印加した状態とした。この状態で成膜を行
った結果、成膜されたラマンのデータを図4(a)に示
す。ここで、ラマンスペクトルは、1520cm-1当たりにピ
ークを持つ特性が得られた。なお、参考のために、従来
の方法と等価である直流バイアスを0Vとして、チョー
クコイルを外した場合に得られたラマンのデータも図4
中の(b)に示している。この比較より明らかにピーク
位置がシフトしていることが分かる。
【0019】次に直流バイアス電圧を増加させイオン活
性種のエネルギーを増加させた場合の膜中におけるHの
割合(Hydrogen Forward Scattering法によって水素量
を測定)と、ラマンのピーク位置との関係を図5に示
す。本図からは、正、負のイオンいずれを用いた場合に
おいても、エネルギーの増加(直流バイアス値の増加)
により膜中のH量の割合は減少の傾向を示した。一方、
ラマンスペクトルのピーク波長位置はエネルギーの増加
に伴い、ピーク位置が高波数側にシフトしていく傾向が
見られた。一般に、高波数側にラマンのピークがシフト
することは、膜質のグラファイト化を意味しC=C結合
を持つ炭素のクラスター増加を意味する。従って、膜中
のHの割合を低く、かつ二重結合C=Cを低く抑えるた
めの最良点としては両特性曲線の交点が選択される。そ
こで、正イオンを用いた場合と負イオンを用いた場合の
特性曲線の最良点について比較を行った。ここで、膜中
の水素量は、負イオンを用いた場合の方が絶対値として
1/2以下程度であった。ラマンのピーク位置に関して
は、負イオンを用いて成膜した膜は、いずれのイオン活
性種エネルギーに対しても正イオンを用いた場合より低
波長側にピークをもちえることが確認できた。
【0020】次に、膜硬度とイオン活性種のエネルギー
との関係についても図6に示している。ここで、正イオ
ンと負イオンの特性は、それぞれ、図5中のH特性曲線
とラマンピーク特性曲線の交点におけるイオンのエネル
ギー値をピークとした膜硬度特性曲線が得られた。膜硬
度の絶対値としとては負イオンを用いた場合の方が、正
イオンを用いたときに得られる膜より1500Hv高いビッ
カス硬度4500Hvが得られた。
【0021】また、本発明から得られた、IR(赤外線
吸収スペクトル)吸光度ピークのSP3/SP2ピーク面
積比が5〜11の高硬質膜を磁気記録媒体の保護膜として
用いると、図7に示すように摩耗レートは最小を示し
た。さらに、従来の正イオンを用いた保護膜では膜厚20
nmで得られた耐摺動性、耐摩耗性が、本発明の負イオ
ンを用いて形成した保護膜では膜厚10nmで同等な結果
が得られた。
【0022】第2の実施例としては、図3の装置で反応
ガスにCF4ガスを用いて実験を行った。CF4ガスによ
って作られるF~を主な成分とした負イオンを用いたC
膜の 比較して、より低いF含有量となるため図9に示すよう
なC原子による立体障害が発生しやすく、より硬度の高
い安定した膜が得られた。尚、図8には、正イオ
【0023】図10は本発明において両面同時処理でき
るディスク基板用プラズマ処理装置の一実施例の構成ブ
ロック図を示す。ここで基板の両側に発生するプラズマ
は位相差信号発生器とマッチング調整を行うことによっ
てディスク中心穴等でプラズマ間の干渉が発生しないよ
うにした。
【0024】次に、本発明による高硬度薄膜を有する磁
気記録媒体の断面図を図11に示している。ここでは、
保護膜14として採用している。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、高硬度なカーボン膜を
成膜可能である。そのため、磁気記録媒体においてはカ
ーボン膜厚を薄膜化できリード/ライト特性の向上と、
高記録密度化対応した成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】反応ガスCH4ガスにおける正イオンを主体と
した場合の成膜過程を示す図である。
【図2】反応ガスCH4ガスにおける負イオンを主体と
した場合の成膜過程を示す図である。
【図3】プラズマ処理装置の一実施例の基本構成を示す
図である。
【図4】本発明により得られた膜のラマンスペクトル特
性を示す図である。
【図5】イオン活性種エネルギーと膜中のHの割合、ラ
マンピーク波長の関係を示す図である。
【図6】イオン活性種エネルギーと膜硬度の関係を示す
図である。
【図7】IRにより求めたSP3/SP2比率と摩耗レー
トの関係を示す図である。
【図8】反応ガスCF4ガスにおける正イオンを主体と
した場合の膜構造を示す図である。
【図9】反応ガスCF4ガスにおける負イオンを主体と
した場合の膜構造を示す図である。
【図10】ディスク基板用両面同時プラズマ処理装置の
一実施例の構成ブロック図である。
【図11】磁気ディスクの断面概略図である。
【符号の説明】
1…真空槽兼電極、 2…被処理ディスク基板、 3…接地側電極、 4…正の直流電源、 5…高周波電源、 6…ガス導入機構、 7…排気機構、 8…仕切り弁、 9…チョークコイル、 10…ブロッキングコンデンサ、 11…絶縁部材、 12…第三電極、 13…潤滑膜、 14…保護膜、 15…磁性膜、 16…Cr下地膜、 17…Ni−Pメッキ、 18…アルミ基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器と、真空容器中の圧力を大気圧よ
    り低い状態に保持する排気手段と、真空容器中にプラズ
    マを発生させるための電極と、プラズマ発生部にガス状
    物質を供給する手段とを具備したプラズマ処理装置を用
    いて形成した、IR(赤外線吸収スペクトル)より求め
    た吸光度ピークのSP3/SP2のピーク面積比が5〜11
    であることを特徴とするアモルファスカーボン薄膜。
  2. 【請求項2】膜中におけるHの割合(Hydrogen Forward
    Scattering法によって水素量を測定)が、30%以下で
    あることを特徴とする請求項1記載のアモルファスカー
    ボン薄膜。
  3. 【請求項3】ラマンスペクトル(アルゴンレーザー励起
    による)の成分が1520cm-1以下でひとつだけピークを持
    つことを特徴とする請求項1記載のアモルファスカーボ
    ン薄膜。
  4. 【請求項4】膜ビッカス硬度が3000Hv以上を持つこと
    を特徴とする請求項1記載のアモルファスカーボン薄
    膜。
  5. 【請求項5】請求項1記載のアモルファスカーボン薄膜
    を、プラズマ中の負イオン活性種を選択的に用いること
    で形成することを特徴とするアモルファスカーボン薄膜
    製造方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載のプラズマ処理方法におい
    て、炭素とフッ素を含むガスを原料とし、負イオン活性
    種を選択的に用いることを特徴とするカーボン薄膜製造
    方法。
  7. 【請求項7】請求項5記載のプラズマ処理方法を行うた
    め、高周波電源を用いてプラズマを生成させていると
    き、正の直流バイアス電圧を、高周波電源の出力に重畳
    させることを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 【請求項8】請求項5記載のプラズマ処理方法を行うた
    め、被処理基板に正の直流バイアス電圧を印加すること
    を特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 【請求項9】請求項7又は8記載のプラズマ処理装置を
    含むことを特徴とする磁気ディスク製造装置。
  10. 【請求項10】薄膜磁性体からなる記録膜上に、請求項
    1、2、3又は4記載に該当するアモルファスカーボン
    薄膜を保護膜として形成したことを特徴とする磁気ディ
    スク及び磁気ヘッド。
  11. 【請求項11】請求項10記載の部材を用いて、モー
    タ、アーム等を付属させ構成したことを特徴とする磁気
    ディスク装置。
JP13005894A 1994-06-13 1994-06-13 アモルファスカーボン薄膜及びその製造方法 Pending JPH087219A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH694112A5 (de) * 2000-09-22 2004-07-15 Tetra Laval Holdings & Finance Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Plasma-unterstützten Oberflächebehandlung.
US6875326B2 (en) 2000-07-07 2005-04-05 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus with real-time particle filter
JP2008310849A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 保護膜形成法及び保護膜を備えた磁気記録媒体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6875326B2 (en) 2000-07-07 2005-04-05 Hitachi, Ltd. Plasma processing apparatus with real-time particle filter
CH694112A5 (de) * 2000-09-22 2004-07-15 Tetra Laval Holdings & Finance Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Plasma-unterstützten Oberflächebehandlung.
JP2008310849A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 保護膜形成法及び保護膜を備えた磁気記録媒体

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