TWI390077B - Plasma chemical vapor deposition apparatus and manufacturing method of magnetic recording medium - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電漿化學氣相沈積(CVD)裝置及磁性記錄媒體之製造方法，尤其係關於一種藉由加長陰極電極與被成膜基板之間的距離，可在被成膜基板形成細密且高硬度之薄膜的電漿CVD裝置。
第2圖係以模式顯示習知之電漿CVD裝置的剖面圖。該電漿CVD裝置係具有對被成膜基板(例如碟片基板)101呈左右對稱的構造，可同時成膜在被成膜基板101之兩面的裝置，在第2圖中，係相對於被成膜基板101顯示左側，右側則予以省略。
電漿CVD裝置係具有腔室102，在該腔室102內形成有熱陰極(陰極電極)103。熱陰極103的兩端係與位於腔室102外部的交流電源105作電性連接。交流電源105的一端係與接地106作電性連接。
在腔室102內係配置有具有漏斗狀形狀的角狀(horn)陽極104，該角狀陽極104係與DC電源107作電性連接。該DC電源107的正電位側與角狀陽極104作電性連接，DC電源107的負電位側與接地106作電性連接。
在腔室102內配置有被成膜基板101。熱陰極103與被成膜基板101之間的距離12為163.5mm。
被成膜基板101係與作為離子加速用電源的DC電源(直流電源)112作電性連接。該DC電源112的負電位側與被成膜基板101作電性連接，DC電源112的正電位側與接地106作電性連接。
在腔室102內，係以覆蓋熱陰極103及角狀陽極104各個與被成膜基板101之間之空間的方式配置有電漿壁108。該電漿壁108係與漂移電位(未圖示)作電性連接。此外，電漿壁108係具有圓筒形狀，其圓筒的內徑B為100mm以上、200mm以下。
接著說明使用第2圓所示之電漿CVD裝置，在被成膜基板1進行DLC(Diamond Like Carbon)膜之成膜的方法。
首先，將腔室102內部形成為預定的真空狀態，在腔室102內部導入例如甲苯(C7
H8
)氣體作為成膜原料氣體。在腔室102內形成為預定壓力之後，藉由交流電源105將交流電流供給至熱陰極103，藉此使熱陰極103被加熱。此外，藉由DC電源107將直流電流供給至角狀陽極104，藉由DC電源112將直流電流供給至被成膜基板101。
藉由熱陰極103的加熱，大量電子由熱陰極103朝向角狀陽極104被釋出，在熱陰極103與角狀陽極104之間開始輝光放電。藉由大量電子，使作為腔室102內部之成膜原料氣體的甲苯氣體被離子化，而形成為電漿狀態。此時，發生如下述式(1)所示之反應。接著，電漿狀態的成膜原料分子係藉由被成膜基板101的負電位而被直接加速，朝向被成膜基板101的方向飛走而附著在被成膜基板101的表面。藉此，在被成膜基板101係形成有薄的DLC膜。此時，在被成膜基板101的表面係發生下述式(2)的反應。
C7
H8
+e-
→C7
H8 +
+2e-
‧‧‧(1)
C7
H8 +
+e-
→C7
H2
+3H2
↑‧‧‧(2)
在上述習知之電漿CVD裝置中，係將熱陰極103與被成膜基板101之間的距離12儘可能縮短為163.5mm，藉此可加多成膜在被成膜基板101表面之DLC膜之平均單位時間的成膜量(參照例如專利文獻1、2)。
(專利文獻1)日本專利3299721(0015至0023段落、第1圖)
(專利文獻2)日本專利3930183(第1圖)
如上所述，在習知的電漿CVD裝置中，為了加多平均單位時間的成膜量，係儘可能縮短陰極電極103與被成膜基板101之間的距離12。
但是，若縮短前述距離12，難以充分提高成膜在被成膜基板的薄膜的硬度，而無法因應將高硬度薄膜成膜在被成膜基板的要求。其理由係基於由於已縮短前述距離12，經離子化的成膜原料氣體的加速距離會變短，而無法在被成膜基板成膜細緻的薄膜之故。
本發明係考量到如上所述之情形而研創者，其目的在提供一種藉由加長陰極電極與被成膜基板之間的距離，可在被成膜基板成膜細緻且高硬度之薄膜的電漿CVD裝置。
為了解決上述課題，本發明之電漿CVD裝置之特徵為具備有：
腔室；
配置在前述腔室內的漏斗形狀的陽極；
配置在前述腔室內，在前述陽極內周面的中央部附近被包圍的燈絲狀陰極；
配置在前述腔室內，用以保持以與前述陰極及前述陽極相對向的方式作配置之被成膜基板的保持部；
配置在前述腔室內，以覆蓋被保持在前述保持部的前述被成膜基板與前述陰極及前述陽極各個之間的空間的方式設置，且被形成為漂移電位的電漿壁；
與前述陰極作電性連接的交流電源；
與前述陽極作電性連接的第1直流電源；
與被保持在前述保持部之前述被成膜基板作電性連接的第2直流電源；
對前述腔室內供給原料氣體的氣體供給機構；及
對前述腔室內進行排氣的排氣機構，前述陽極係將其最大內徑側朝向前述被成膜基板，前述電漿壁係具有圓筒形狀或多角形狀，其圓筒或多角的內徑為100mm以上、200mm以下，前述陰極與被保持在前述保持部之前述被成膜基板之間的距離為200mm以上、300mm以下，藉由在前述陰極與前述陽極之間放電，將前述原料氣體電漿化。
根據上述電漿CVD裝置，當將圓筒形狀或多角形狀之電漿壁的內徑設為100mm以上、200mm以下時，與習知技術相比，儘可能將燈絲狀陰極與被成膜基板之間的距離加長為200mm以上、300mm以下。亦即，在習知技術中係儘可能縮短陰極與被成膜基板之間的距離，相對於此，在本實施形態中，則係儘可能加長陰極與被成膜基板之間的距離。藉此，可加長經離子化之原料氣體的加速距離，因此，可使經離子化的原料氣體衝撞被成膜基板時的速度比習知的電漿CVD裝置快。結果，可將成膜在被成膜基板的薄膜細緻化，且可高硬度化。
此外，在本發明之電漿CVD裝置中，最好另外具備有用以使將前述原料氣體電漿化的區域發生磁力的磁石，前述磁石係具有圓筒形狀或多角形狀，屬於其圓筒或多角之內徑中心的磁石中心的磁力為50高斯(Gauss)以上、200高斯以下。藉此，可加高電漿密度，結果，可將成膜在被成膜基板的薄膜更加細緻化，且可高硬度化。
此外，在本發明之電漿CVD裝置中，最好前述磁石係被配置在前述陰極及前述陽極的外側，以包圍前述陰極及前述陽極的方式作配置。
此外，在本發明之電漿CVD裝置中，前述磁石中心與前述陰極之間的距離係以50mm以內為佳，以35mm以內為更佳。
此外，在本發明之電漿CVD裝置中，前述磁石係以釹磁石為佳。
本發明之磁性記錄媒體之製造方法係使用上述任一電漿CVD裝置的製造方法，其特徵為：
將在非磁性基板上至少形成有磁性層的被成膜基板保持在前述保持部，
藉由在前述腔室內以真空條件下所被加熱的前述燈絲狀陰極與前述陽極之間的放電，將前述原料氣體形成為電漿狀態，使該電漿加速衝撞被保持在前述保持部之被成膜基板的表面，而形成以碳為主成分的保護層。
此外，在本發明之磁性記錄媒體之製造方法中，最好前述原料氣體係用以在前述被成膜基板形成作為前述保護層之DLC層的原料氣體，包含含有碳與氫的氣體。
如以上說明所示，藉由本發明，可提供一種藉由加長陰極電極與被成膜基板之間的距離，可在被成膜基板成膜緻密且高硬度之薄膜的電漿CVD裝置。
以下參照圖示，說明本發明之實施形態。
第1圖係以模式顯示本發明之實施形態之電漿CVD裝置的剖面圖。該電漿CVD裝置係具有對被成膜基板(例如碟片基板)1呈左右對稱的構造，可在被成膜基板1的兩面同時成膜的裝置，但在第1圓中，係相對於被成膜基板1顯示左側，右側則予以省略。
電漿CVD裝置係具有腔室2，在該腔室2內形成有由例如鉭所成之燈絲狀陰極電極(熱陰極)3。熱陰極3的兩端係與位於腔室2外部的交流電源5作電性連接，該交流電源5係在對腔室2呈絕緣的狀態下作配置。以交流電源5而言，係可使用例如0至50V、10至50A(安培)的電源。交流電源5的一端係與接地6作電性連接。
在腔室2內係以包圍熱陰極3周圍的方式配置有具漏斗狀形狀的陽極電極(角狀陽極)4，該角狀陽極4係呈揚聲器之類的形狀。角狀陽極4係與DC電源(直流電源)7作電性連接，該DC電源7係在對腔室2呈絕緣的狀態下作配置。該DC電源7的正電位側與角狀陽極4作電性連接，DC電源7的負電位側與接地6作電性連接。以DC電源7而言，係可使用例如0至500V、0至7.5A(安培)的電源。
在腔室2內係配置有被成膜基板1，該被成膜基板1係以與熱陰極3及角狀陽極4相對向的方式作配置。詳而言之，熱陰極3係在角狀陽極4之內周面的中央部附近被包圍，角狀陽極4係將其最大內徑側朝向被成膜基板1而作配置。
熱陰極3與被成膜基板1之間的距離1係以儘可能加長為佳，具體而言，以200mm以上、300mm以下為佳。若該距離1未達200mm，成膜在被成膜基板1之薄膜的硬度會變低，若距離1超過300mm，則成膜率會變慢，較不具實用性之故。
被成膜基板1係藉由未圖示之保持具(保持部)及未圖示之轉移裝置(處理機器人或旋轉分度台(Rotary index table))，被依序供給至圖示位置。
被成膜基板1係與作為離子加速用電源的DC電源(直流電源)12作電性連接，該DC電源12係在對腔室2呈絕緣的狀態下作配置。該DC電源12的負電位側與被成膜基板1作電性連接，DC電源12的正電位側與接地6作電性連接。以DC電源12而言，係可使用例如0至1500V、0至100mA(毫安培)的電源。
在腔室2內，係以覆蓋熱陰極3及角狀陽極4各個與被成膜基板1之間之空間的方式配置有電漿壁8。該電漿壁8係與漂移電位(未圖示)作電性連接，在對腔室2呈絕緣的狀態下作配置。此外，電漿壁8係具有圓筒形狀或多角形狀，其圓筒或多角的內徑B為100mm以上、200mm以下。若該內徑B設為未達100mm，在角狀陽極4的附近，原料氣體的離子化會變得過高，而容易發生游離碳(亦即煤)，而較不理想之故。此外，若內徑B設為超過200mm，則在角狀陽極4的附近，原料氣體的離子化變得過低，難以將細緻的膜成膜在被成膜基板1，而且即使使用後述的釹磁石，亦難以形成高磁場之故。
在電漿壁8之被成膜基板1側的端部設有膜厚補正板8a，膜厚補正板8a係與前述漂移電位作電性連接。可藉由該膜厚補正板8a，來控制成膜在被成膜基板1之外周部分之膜的厚度。
在腔室2的外側配置有釹磁石9。該釹磁石9係具有例如圓筒形狀或多角形狀，通過該圓筒側面或多角側面之筒方向之中心的內徑11與熱陰極3的距離A係以50mm以內為佳(更佳為35mm以內)。該內徑11的中心成為磁石中心10，該磁石中心10係位於與熱陰極3之大致中心及被成膜基板1之大致中心各個相對向。釹磁石9係以其磁石中心10的磁力為50G以上、200G(高斯)以下為佳，更佳為50G以上、150G以下。將磁石中心10的磁力設為200G以下的理由係基於以釹磁石將磁石中心10的磁力提高至200G乃是製造上的限度之故。此外，將磁石中心10的磁力設為150G以下為更佳的理由乃在於若將磁石中心10的磁力設為超過150G時，製作磁石的成本會增加之故。
此外，電漿CVD裝置係具有將腔室2內進行真空排氣的真空排氣機構(未圖示)。此外，電漿CVD裝置係具有對腔室2內供給成膜原料氣體的氣體供給機構(未圖示)。
接著說明使用第1圖所示之電漿CVD裝置，在被成膜基板1成膜DLC膜的方法。
首先，使前述真空排氣機構起動，將腔室2內部形成為預定的真空狀態，在腔室2內部，藉由前述氣體導入機構導入例如甲苯(C7
H8
)氣體作為成膜原料氣體。在腔室2內成為預定壓力之後，藉由交流電源5對熱陰極3供給交流電流，藉此將熱陰極3加熱。此外，藉由DC電源7對角狀陽極4供給直流電流，藉由DC電源12對被成膜基板1供給直流電流。
藉由熱陰極3的加熱，大量電子由熱陰極3朝向角狀陽極4而被釋出，在熱陰極3與角狀陽極4之間開始輝光放電。藉由大量電子，將腔室2內部之作為成膜原料氣體的甲苯氣體離子化，而形成為電漿狀態。此時，由於藉由釹磁石9而在用以將位於熱陰極3附近的甲苯氣體電漿化的區域發生有磁場，因此可藉由該磁場將電漿高密度化，而可提升離子化效率。接著，電漿狀態的成膜原料分子係藉由被成膜基板1的負電位而直接加速，朝向被成膜基板1的方向飛走，而附著在被成膜基板1的表面。藉此，在被成膜基板1係形成有薄的DLC膜。此時，在被成膜基板1的表面係發生下述式(3)的反應。
C7
H8
+e-
→Ca
Hb
+xH2
↑‧‧‧(3)
接著說明使用第1圖所示之電漿CVD裝置的磁性記錄媒體之製造方法。
首先，備妥在非磁性基板上至少形成有磁性層的被成膜基板，使該被成膜基板保持在保持部。接著，藉由在腔室2內在預定真空條件下被加熱的熱陰極3與角狀陽極4之間的放電，將原料氣體形成為電漿狀態，使該電漿加速衝撞被保持在前述保持部的被成膜基板的表面。藉此，在該被成膜基板的表面係形成有以碳為主成分的保護層。
根據上述實施形態，當將圓筒形狀或多角形狀之電漿壁8的內徑B設為100mm以上、200mm以下時，可儘量加長熱陰極3與被成膜基板1之間的距離1。亦即，在習知技術中係儘量縮短熱陰極與被成膜基板之間的距離，相對於此，在本實施形態中係儘量加長熱陰極與被成膜基板之間的距離，具體而言係形成為200mm以上、300mm以下。藉此，可加長經離子化之成膜原料氣體的加速距離，因此，可使經離子化的成膜原料氣體衝撞被成膜基板1時的速度比習知的電漿CVD裝置快。結果，與以習知的電漿CVD裝置所成膜的DLC膜相比，可使上述式(3)的b減少。藉此，可使成膜在被成膜基板的DLC膜細緻化且可高硬度化。
此外，在上述實施形態中，藉由在腔室2外側配置釹磁石9，可提高在本裝置中的熱陰極3與角狀陽極4之間所發生的電漿密度。結果，可使成膜在被成膜基板的DLC膜更加細緻化且可高硬度化。
其中，本發明並非限定於上述實施形態，在未脫離本發明之主旨的範圍內，可作各種變更加以實施。例如，在上述實施形態中，係在腔室2外側配置有釹磁石9，但是亦可在腔室2內側配置釹磁石，且亦可配置由其他材質所成的磁石來取代該釹磁石9，此外，釹磁石9並非為必要構成，亦可未配置釹磁石9而加以實施。
接著說明使用第1圖所示之電漿CVD裝置，將DLC膜進行成膜的成膜條件及結果(DLC膜的膜厚、將DLC膜灰化的條件、灰化率)。
電漿壁的內徑B：132mm
熱陰極3與被成膜基板1之間的距離1：238.5mm
熱陰極3與磁石中心10的距離A：35mm
被成膜基板：Si晶圓
氣體：C7
H8
氣體流量：3.25sccm
壓力：0.3Pa
熱陰極3：鉭燈絲
交流電源5的輸出：200W
DC電源7的電流：1650mA
DC電源12的電壓：250V
外部磁場：無
DLC膜的膜厚：30nm
DLC膜的羅普硬度(Knoop hardness)(Hk)：2680
氣體：O2
氣體流量：50sccm
壓力：30Pa
電極：平行平板型
施加至電極之高頻的頻率：13.56MHz
施加至電極之高頻輸出：500W
灰化率：85nm/分鐘
接著說明使用第2圖所示之電漿CVD裝置，將DLC膜進行成膜的成膜條件及結果(DLC膜的膜厚、將DLC膜灰化的條件、灰化率)。
電漿壁108的內徑B：132mm
熱陰極103與被成膜基板101之間的距離12：163.5mm
被成膜基板：Si晶圓
氣體：C7
H8
氣體流量：3.25sccm
壓力：0.3Pa
熱陰極103：鉭燈絲
交流電源105的輸出：200W
DC電源107的電流：1650mA
DC電源112的電壓：250V
外部磁場：無
DLC膜的膜厚：30nm
DLC膜的羅普硬度(Hk)：1800
氣體：O2
氣體流量：50sccm
壓力：30Pa
電極：平行平板型
施加至電極之高頻的頻率：13.56MHz
施加至電極之高頻輸出：500W
灰化率：140nm/分鐘
根據上述實施例1及比較例，藉由使熱陰極與被成膜基板之間的距離比比較例長，，可加長經離子化之成膜原料氣體的加速距離。因此，可使經離子化的成膜原料氣體衝撞被成膜基板時的速度比習知的電漿CVD裝置快。結果，可大幅降低所成膜之DLC膜的灰化率。因此，確認成膜出經細緻化的DLC膜，且該DLC膜係經高硬度化。
接著說明使用第1圖所示之電漿CVD裝置，將DLC膜進行成膜的成膜條件及結果(DLC膜的膜厚、將DLC膜灰化的條件、灰化率)。
電漿壁的內徑B：132mm
熱陰極3與被成膜基板1之間的距離1：238.5mm
熱陰極3與磁石中心10的距離A：35mm
被成膜基板：Si晶圓
氣體：C7
H8
氣體流量：3.25sccm
壓力：0.3Pa
熱陰極3：鉭燈絲
交流電源5的輸出：200W
DC電源7的電流：1650mA
DC電源12的電壓：250V
外部磁場：50G
DLC膜的膜厚：30nm
DLC膜的羅普硬度(Hk)：2740
氣體：O2
氣體流量：50sccm
壓力：30Pa
電極：平行平板型
施加至電極之高頻的頻率：13.56MHz
施加至電極之高頻輸出：500W
灰化率：76nm/分鐘
根據上述實施例2及實施例1，藉由在成膜中施加50G的外部磁場，與未施加外部磁場的情形相比，可將所成膜之DLC膜的灰化率降低9nm/分鐘。實施例1之DLC膜係非常細緻化，因此與其相比較，降低9nm/分鐘，以效果上而言，係非常大者。因此，確認成膜出經更加細緻化的DLC膜，該DLC膜係更進一步被高硬度化。
接著說明使用第1圖所示之電漿CVD裝置，將DLC膜進行成膜的成膜條件及結果(DLC膜的膜厚、將DLC膜灰化的條件、灰化率)。
電漿壁的內徑B：132mm
熱陰極3與被成膜基板1之間的距離1：238.5mm
熱陰極3與磁石中心10的距離A：35mm
被成膜基板：Si晶圓
氣體：C7
H8
氣體流量：3.25sccm
壓力：0.3Pa
熱陰極3：鉭燈絲
交流電源5的輸出：200W
DC電源7的電流：1650mA
DC電源12的電壓：250V
外部磁場：100G
DLC膜的膜厚：30nm
DLC膜的羅普硬度(Hk)：2770
氣體：O2
氣體流量：50sccm
壓力：30Pa
電極：平行平板型
施加至電極之高頻的頻率：13.56MHz
施加至電極之高頻輸出：500W
灰化率：74nm/分鐘
根據上述實施例3及實施例2，藉由在成膜中施加100G的外部磁場，與施加50G之外部磁場的情形相比，可將所成膜之DLC膜的灰化率降低2nm/分鐘。實施例2之DLC膜已非常細緻化，因此與其相比較，降低2nm/分鐘，以效果上而言，係非常大者。因此，確認成膜出經更加細緻化的DLC膜，該DLC膜係更進一步被高硬度化。
1、101．．．被成膜基板
2、102．．．腔室
3、103．．．陰極電極(熱陰極)
4、104．．．陽極電極(角狀陽極)
5、105．．．交流電源
6、106．．．接地電源
7、107．．．DC電源
8、108．．．電漿壁
8a．．．膜厚補正板
9．．．釹磁石
10．．．磁石中心
11．．．圓筒狀釹磁石的內徑
12、112．．．DC電源
A．．．距離
B．．．內徑
1、12．．．距離
第1圖係以模式顯示本發明之實施形態之電漿CVD裝置的剖面圖。
第2圖係以模式顯示習知之電漿CVD裝置的剖面圖。
1、101．．．被成膜基板
2、102．．．腔室
3、103．．．陰極電極(熱陰極)
4、104．．．陽極電極(角狀陽極)
5、105．．．交流電源
6、106．．．接地電源
7、107．．．DC電源
8、108．．．電漿壁
8a．．．膜厚補正板
9．．．釹磁石
10．．．磁石中心
11．．．圓筒狀釹磁石的內徑
12、112．．．DC電源
A．．．距離
B．．．內徑
1、12．．．距離
Claims (7)
- 一種電漿化學氣相沈積裝置，其特徵為具備有：腔室；配置在前述腔室內的漏斗形狀的陽極；配置在前述腔室內，在前述陽極內周面的中央部附近被包圍的燈絲狀陰極；配置在前述腔室內，用以保持以與前述陰極及前述陽極相對向的方式作配置之被成膜基板的保持部；配置在前述腔室內，以覆蓋被保持在前述保持部的前述被成膜基板與前述陰極及前述陽極各個之間的空間的方式設置，且被形成為漂移電位的電漿壁；與前述陰極作電性連接的交流電源；與前述陽極作電性連接的第1直流電源；與被保持在前述保持部之前述被成膜基板作電性連接的第2直流電源；對前述腔室內供給原料氣體的氣體供給機構；及對前述腔室內進行排氣的排氣機構，前述陽極係將其最大內徑側朝向前述被成膜基板，前述電漿壁係具有圓筒形狀或多角形狀，其圓筒或多角的內徑為100mm以上、200mm以下，前述陰極與被保持在前述保持部之前述被成膜基板之間的距離為200mm以上、300mm以下， 藉由在前述陰極與前述陽極之間放電，將前述原料氣體電漿化。
- 如申請專利範圍第1項之電漿化學氣相沈積裝置，其中，另外具備有用以使將前述原料氣體電漿化的區域發生磁力的磁石，前述磁石係具有圓筒形狀或多角形狀，屬於其圓筒或多角之內徑中心的磁石中心的磁力為50高斯以上、200高斯以下。
- 如申請專利範圍第2項之電漿化學氣相沈積裝置，其中，前述磁石係被配置在前述陰極及前述陽極的外側，以包圍前述陰極及前述陽極的方式作配置。
- 如申請專利範圍第2項或第3項之電漿化學氣相沈積裝置，其中，前述磁石中心與前述陰極之間的距離係50mm以內。
- 如申請專利範圍第2項或第3項之電漿化學氣相沈積裝置，其中，前述磁石係釹磁石。
- 一種磁性記錄媒體之製造方法，係使用申請專利範圍第1項至第5項中任一項之電漿化學氣相沈積裝置的磁性記錄媒體之製造方法，其特徵為：將在非磁性基板上至少形成有磁性層的被成膜基板保持在前述保持部，藉由在前述腔室內以真空條件下所被加熱的前述燈絲狀陰極與前述陽極之間的放電，將前述原料氣體形成為電漿狀態，使該電漿加速衝撞被保持在前述保持部之被成膜基板的表面，而形成以碳為主成分的保護層。
- 如申請專利範圍第6項之磁性記錄媒體之製造方法，其中，前述原料氣體係用以在前述被成膜基板形成作為前述保護層之DLC層的原料氣體，包含含有碳與氫的氣體。
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