JP3213029B2

JP3213029B2 - ディスク基板用プラズマ処理装置およびその処理方法

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Publication number: JP3213029B2
Application number: JP30476391A
Authority: JP
Inventors: 宏稲葉; 雄一小角; 勝男阿部; 則幸重; 啓吾家近; 好範本田; 成彦藤巻; 諒鬼頭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JPH05140752A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスク基板用プラズマ
処理装置および処理方法に係わり、特に被処理ディスク
基板を間欠的に搬送し、静止している間に順次プラズマ
処理を行う連続処理型プラズマ処理装置およびこれを用
いたプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理基材をそのままあるいはホルダー
などに搭載したものを順次反応器に送り込み、プラズマ
を発生させて該被処理基材の表面を改質またはエッチン
グしたり、被処理基材表面に薄膜を形成した後、該基材
を送り出すステップを繰り返すことによって連続的に多
数の基材をプラズマ処理する装置は、工業的に広く用い
られている。この一つの例として、特開昭６２−５０２
８４６号公報に記載されたような磁気ディスクや光ディ
スクの多層膜を順次形成するスパッタ成膜装置などがあ
る。

【０００３】一方、高周波プラズマにおいて、電極面積
の非対称性によって生ずる自己バイアス効果を利用して
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。これ
らの処理では、通常高周波を印加する側の電極上で処理
が行われるが、特開昭６２−８３４７１号公報に開示さ
れているように、高周波電極の面積を大きくすることに
よって接地側基板上でも同様の処理を行うと、工業的に
大きな効果がある。すなわち、前記のような連続多数枚
処理を考えると、基板を接地電位のままにできることは
装置構成上非常に有利であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術を用いた
ディスク基板用の連続プラズマ処理装置において、ディ
スク基板の両面を同時にプラズマ処理する場合では、特
に、ディスク基板の穴円周部分では成膜膜厚が不均一で
あり、希望とする処理ができなくなるという問題があっ
た。

【０００５】この原因は、被処理ディスク基板の穴か
ら、両面で発生したプラズマが漏洩、干渉して、空間的
に偏りのあるプラズマとなり、特に、ディスク基板の穴
円周部分ではプラズマが集中するということにあった。

【０００６】本発明が解決しようとする課題は、ディス
ク基板のプラズマ処理において、プラズマが電極と被処
理ディスク基板とに囲まれた空間から漏洩するのを防ぐ
とともに、ディスク穴部にプラズマが集中することによ
って穴部付近の処理効果が変動するのを防ぐにはどのよ
うな手段を講じればよいかという点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係わるディスク基板用プラズマ処理装置
は、プラズマが生成される、ディスク基板両面の被処理
面上において、それぞれの面に対向して被処理面上の空
間を取り囲み得る形状の部材と、ディスク基板中心部の
穴に対向する箇所に突出した部材とにより構成されてい
る電極を有し、プラズマ処理時には、該電極の端部とデ
ィスク基板端部または少なくとも一つの被処理基板搭載
したホルダーの端部、および、電極の突出先端部とディ
スク基板の穴部とを、それぞれプラズマの漏洩を防止す
る間隙に保持する構造となっている。一般には、高電
圧の電極と接地電位の部分の間隔、および、同電位部分
同士との間隔を狭くすればプラズマを遮ることができる
のは、広く知られている。しかし、通常のプラズマ処理
が行われるガス圧は０．０１〜０．５Ｔorr程度であ
り、このようなガス圧の場合にプラズマを遮るには、前
者の場合では、その間隔を３ｍｍ以下に、後者の場合で
は、その間隔を１０ｍｍ以下としなければならない。本
発明に係わるディスク基板用プラズマ処理装置では、こ
れらの条件を満足する構造としている。すなわち、電極
の突出先端部が高電圧の場合には、それとディスク基板
穴部との間隔を３ｍｍ以下とし、突出先端部が接地電位
の場合には１０ｍｍ以下とする。特に、先端を接地電位
とすると、その間隔に精度的な余裕を持たせることが可
能となり、ディスク基板の搬入、搬送の操作性が向上で
きる。

【０００８】前述の自己バイアス効果を利用するとき
は、電極にプラズマが接する部分の面積と、処理部にプ
ラズマが接する部分との比が、自己バイアスが形成され
る面積比となっている。十分な自己バイアス電圧が発生
するためにはこの比は少なくとも２倍以上あることが必
要であり、好ましくは３倍以上がよい。

【０００９】また、電極の一部に、ガス導入、排気のた
めの管をつなぐこともある。

【００１０】また、プラズマが電極と被処理ディスク基
板に囲まれた空間から漏洩するのを防ぐさらに効果的な
方法として、ディスク基板の搬送と同期させて電極本体
と被処理ディスク基板との間隙を変化させることによ
り、プラズマが発生しているときだけプラズマを遮るの
に必要な間隔に保持する方法がある。この間隔は、一般
には５ミリ以下であるが、２ミリ以下にするとさらに効
果があがる。

【００１１】

【作用】本発明によると、穴部におけるプラズマの集中
を防ぐことにより偏りのないプラズマを発生させること
で、ディスク基板への均一な成膜ができる。さらに、プ
ラズマを閉じ込めて処理するため、膜が付着するのは被
処理ディスク基板および電極の内部のみであり、クリー
ニングも容易である。また、隣接する他の処理部への影
響も低減できる。

【００１２】これらに加え、前記したように高周波を印
加する電極の面積を大きくしてディスク基板側に生ずる
大きなバイアス電圧を利用した処理法においては、プラ
ズマが漏洩することは電極面積の関係を逆転させること
になり、期待した効果が全く得られなくなるという致命
的な問題を解決できる。

【００１３】一般には、ディスク基板の穴の部分にブラ
インド板を設ければ、穴部のプラズマ集中を防ぐことが
可能である。しかし、実際には、ブラインド板のセット
は、ディスク基板製造の生産性を低下させる要因となる
ばかりでなく、ごみなどの発生の原因ともなり、結果的
に製品の性能を損なうこととなる。本発明によれば、こ
のような欠点なしにプラズマ集中を容易に回避できる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００１５】図１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したものである。

【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な真空槽１と、そのな
かを処理すべきディスク基板２またはそれを搭載したホ
ルダー３を少なくとも一方向に搬送するための搬送機構
４と、高電圧を印加しプラズマを発生させるための電極
５および突出した電極先端部に設けた接地電位部材端部
２４ｃと、前記電極５に高電圧を印加するための電圧印
加装置７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８と、真空槽１内部を大気圧以下に
保持するための排気機構９と、真空槽１と排気機構９と
を仕切るバルブ９ａとから構成される。

【００１７】このほか、図１に示す装置には、基板を仕
込む仕込み室１０、基板を取り出す取り出し室１１、仕
込み室や取り出し室と反応室を仕切る仕切り弁１２が付
属している。

【００１８】これらの内部には、ディスク基板２または
ホルダー３を搬送する搬送機構４が設けてある。また、
仕込み室１０および取り出し室１１のガスは、各々バル
ブ９ａを介して排気機構９により排気される。

【００１９】なお、これらの仕込み室１０および取り出
し室１１は省略してもよい。

【００２０】本実施例に用いる電極の構造は、例えば、
図２に示したように、電極の駆動機構６を有するものに
することができる。図２の中で、（ａ）は、電極５と電
極５を取り囲むアースカバー２４を一緒に、ディスク基
板のホルダー３に対し垂直方向に動かし、プラズマを閉
じ込めるものであり、スパッタリング成膜やプラズマＣ
ＶＤなどに用いることができる。

【００２１】（ｂ）は、高電圧のかかる電極５自身でデ
ィスク基板２または、ディスク基板のホルダー３を取り
囲み、この電極５の外部でプラズマが発生しないように
アースカバー２４が施され、全体を一緒に動かす形式で
ある。このような電極を用い、高周波プラズマを発生さ
せると、ディスク基板２の基板に大きな電圧降下が生
じ、反応性イオンエッチングや硬質カーボン膜の形成を
行うことができる。

【００２２】（ｃ）は、電極５から電極突出部５ａを分
離して設け、アースカバー２４からは接地電位部材２４
ｃを分離して設け、それぞれ電気的には接続された状態
として構成されている。このものは、電極突出部５ａと
接地電位部材端部２４ｃとを、電極５とアースカバー２
４の動きとは独立して動かすことができ、ディスク基板
２の穴に対する接地電位部材端部２４ｃの位置を微調整
できる。

【００２３】ただし、本図においては片側の電極のみを
示しており、実際には図２に示す電極を処理すべきディ
スク基板２あるいはホルダー３を中心に対向させて用い
る。このとき、２つの処理部のガス圧やガス流量、印加
電圧や電流などを独立に制御することによって、２つの
処理部の処理効率の差（成膜速度や膜質、エッチング速
度など）を最小にすれば、両面同時に均一なプラズマ処
理を行うことができる。

【００２４】図３は、図２のディスク基板用プラズマ処
理装置を用いたプラズマ処理方法を実施する際の一例と
して、ディスク基板導入から処理、排出までの工程を図
示したものである。

【００２５】すなわち、ディスク基板導入の場合は、図
３（ａ）に示すように、向かい合った電極５を処理部１
３から遠ざけておき、ディスク基板２が処理部１３にセ
ットされた後、図３（ｂ）に示すように、電極５をディ
スク基板２の両側からプラズマが漏洩しない距離まで近
づけて、電圧印加装置７から高電圧を印加し、プラズマ
を発生させる。処理後はプラズマ停止の後、図３（ｃ）
に示すように、電極５を再びディスク基板２から遠ざ
け、ディスク基板２を排出する。

【００２６】ところで、図３に示したディスク基板は、
搬送機構４によって一方向に導入、搬出されたが、搬送
方向については、逆方向への搬送も可能である。例え
ば、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態に処理を移
し、再び図３（ａ）の状態に戻すことができる。

【００２７】本発明のプラズマ処理装置を適用した磁気
ディスクの製造装置の一例を図４に示す。この装置は、
ディスク基板２をホルダー３に搭載し、これをレール１
４にのせて搬送し、仕込み室１５、前処理室２０、スパ
ッタ室１６、仕切り室１７、プラズマＣＶＤ室１８、取
り出し室１９の順に移動させ、下地膜、磁性膜、保護膜
の順に成膜して取り出すものである。

【００２８】これらの処理室のうち、プラズマＣＶＤ室
１８の部分に本発明の機構が取り付けられている。この
部分を縦に切った断面を図５に示す。この構造は、前述
した図２（ｂ）に示すものと同様の構造となっている。
ここでは、このような構造の電極５を２組用い、プラズ
マ生成空間を内側にして対向配置した構造となってい
る。

【００２９】電極の基板対向面部５ｂは絶縁材２５に取
り付けられ固定されている。また、電極側面部５ｃの、
ディスク基板２に近接している電極端部５ｄは、ディス
ク基板のホルダーとほぼ平行になるように内側に曲げら
れてプラズマの漏洩を防止している。

【００３０】また、電極側面部５ｃは、その外側にアー
スカバー２４を設けて、２重構造としてある。また、電
極端部５ｄの外側にも、アースカバー端部２４ａが併設
されて、２重構造としてある。

【００３１】電極突出部５ａは、その中に接地電位部材
２４ｂを設けており、２重構造としてある。接地電位部
材２４ｂは、ディスク基板２の穴の近傍に設ける接地電
位部材端部２４ｃに接続されている。

【００３２】さらに、接地電位部材２４ｂは、ガス導入
機構８から供給されるガス状物質を導入可能なように、
中空状の管に数十箇所のガス導入口２４ｄを設けてい
る。その外側を囲む電極突出部５ａにも、ガス状物質が
導入可能なように数十箇所のガス導入口５ｅを設けてい
る。

【００３３】二組の電極５の、それぞれの前記平行に曲
げられた電極端部５ｄの外側にあるアースカバー端部２
４ａ相互の間には、間隙部２３を設けている。この間隙
部２３を通じてディスク基板のホルダー３を搬入する。

【００３４】電極５全体を支持する絶縁材２５の４つの
角の部分にはシリンダー２２が取り付けられている。こ
のシリンダー２２を同時に動かすことにより、電極５と
アースカバー２４を一緒に動かすことができ、間隙部２
３の間隔を変えることができる。

【００３５】また、電極側面部５ｃの高電圧のかかる部
分は、２重構造の内側であり、外側は、アースカバー２
４の接地電位となっている。このため、仮にディスク基
板ホルダー３がずれても、接地電位同士の接触となり何
ら問題を生じない。また、接地電位部材端部２４ｃの内
径を、ディスク基板２の穴の内径に対し同等以上とする
ことで、ディスク基板２が左右に揺れても接地電位部材
２４ｃに接触するのみで、同電位間の接触となり問題を
生じない。なお、本実施例では、二組の電極対向面部５
ｂ、５ｂの各背面に排気機構９を接続している。

【００３６】本実施例の製造装置において、前処理室２
０は、単に加熱でもよいが、プラズマＣＶＤ室１８と同
じ構造のものとし、アルゴンなどの不活性ガスのプラズ
マを発生させることにより、基板表面を軽くエッチング
する構成としてもよい。

【００３７】次に、上記装置を用いて磁気ディスクを実
際に製造した例について説明する。

【００３８】直径５．２５インチのディスク基板を１枚
ずつホルダーに搭載したものを２０セット仕込み室１５
にセットし、真空排気した。

【００３９】スパッタ室１６のスパッタ用カソードに
は、あらかじめ下地膜用のＣrターゲットと磁性膜用の
ＣｏＣｒＴａ合金ターゲットを一対ずつセットし、いっ
たん真空排気した後、アルゴンを導入し、ガス圧を１０
ｍＴorr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。

【００４０】次に、前記ホルダーを１枚取り出し室１９
側に向かって搬送し、前処理室２０に到達したところ
で、いったんとめて加熱し、約２００度Ｃまで基板を加
熱した。

【００４１】次に、このホルダーをスパッタ室１６に搬
送すると同時に、次のホルダーを仕込み室１５から前処
理室２０に送った。このように、それぞれの処理室で処
理を行いながらホルダーを順次送り出した。このように
して、スパッタ室１６で、ディスク基板にＣｒを約３０
０ｎｍスパッタし、次に、ＣｏＣｒＴａ合金を５０ｎｍ
スパッタした。ついで、プラズマＣＶＤ室１８に搬送し
た。

【００４２】プラズマＣＶＤ室１８へ搬送の際は、処理
槽内をあらかじめ排気し、かつ電極５をディスク基板か
ら遠ざかる方向に動かしておき、間隙部２３について、
ホルダー３が容易に通る間隔を確保した。ホルダー３が
処理部に到達し、停止した時点で、上記電極５をディス
ク基板方向に動かし、間隙部２３の間隔を小さくして、
電極とホルダーの間隔を狭めた。

【００４３】そしてＣＨ₄ガスを導入し、圧力が５０ｍ
Ｔorr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２ｋＷであった。

【００４４】プラズマを１分間保持した後、電圧印加を
停止し、電極５を再びディスク基板２から遠ざけ、ガス
を止め、排気した後、ディスク基板ホルダーを、取り出
し室１９に送ると同時に、次のディスク基板を導入し
た。

【００４５】上記のサイクルを繰り返すことにより、２
０枚のホルダーに搭載したディスク基板に保護膜を形成
した。

【００４６】この後、装置を止めて処理室内部を点検し
たが、電極部以外には膜の付着は見られず、ゴミなどの
生成も認められなかった。

【００４７】また、ディスク基板上に成膜された保護膜
の膜厚分布は、従来だと±１０％程度であったが、±３
％に向上した。

【００４８】そして、製作した磁気ディスクに磁気ヘッ
ド、モータ、アーム等を付属させ構成した図６に示すよ
うな磁気ディスク装置においては、電気出力のばらつき
が、従来だと±１０％程度であったが、±３％に向上し
た。これは、保護膜の膜厚分布が向上し、磁気ヘッドか
らの漏洩磁界が、磁気ディスク基板上でより均一になっ
たためである。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、発生したプラズマを必
要な部分のみに閉じ込めることができる。そのため、被
処理ディスク基板の内外円周部分にプラズマが集中する
ことなく、均一な成膜が可能となる。また、不要な部分
に膜がついたり、プラズマで加熱されたりすることがな
く、装置のメンテナンス上大きな効果がある。

【００５０】従って、多数枚のディスク基板を順次搬送
して、偏りのないプラズマ処理するための効率のよい装
置を提供することができ、多工程連続処理装置の適用範
囲を大きく広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ処理装置の一実施例の基
本構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例で用いる電極の構造例を示す断
面図である。

【図３】本発明によるプラズマ処理方法の一例を示す断
面図である。

【図４】本発明の他の実施例の構成を示す正面図であ
る。

【図５】図４に示す装置のプラズマＣＶＤ部を取り出し
室側から見た断面図である。

【図６】本発明により製作した磁気ディスクを用いた磁
気ディスク装置である。

【符号の説明】

１真空槽２ディスク基板３ホルダー４搬送機構５電極５ａ電極突出部５ｂ電極の基板対向面部５ｃ電極側面部５ｄ内側に曲げた電極端部５ｅ突出した電極のガス導入口６駆動機構７電圧印加装置８ガス導入機構９排気機構９ａバルブ１０仕込み室１１取り出し室１２仕切り弁１３処理部１４レール１５仕込み室１６スパッタ室１７仕切り室１８プラズマＣＶＤ室１９取り出し室２０前処理室２２シリンダー２３間隙部２４アースカバー２４ａアースカバー端部２４ｂ接地電位部材２４ｃ接地電位部材端部２４ｄ接地電位部材のガス導入口２５絶縁材２６磁気ディスク２７ヘッド２８アーム２９モータ３０カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者重則幸神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (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小田原工場内 (72)発明者本田好範神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内 (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 (56)参考文献特開昭57−191880（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 C23C 14/00 - 14/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、該真空容器中の圧力を大気圧
より低い状態に保つための排気手段と、該真空容器中に
プラズマを発生させるための電極と、該電極に電圧を印
加するための電圧供給手段と、プラズマ発生部にガス状
物質を供給する手段とを備えるプラズマ処理装置を一組
として、この一組を一つの真空容器中に二組有し、ディ
スク基板の両面をプラズマ処理するプラズマ処理装置に
おいて、二つの電極は、ディスク基板両面の被処理面上
のプラズマが生成される空間を取り囲み得る形状の電極
部材と、ディスク基板中心部の穴に対向する箇所に設け
た突出した電極部材とにより構成されることを特徴とす
るディスク基板用プラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１に記載のディスク基板用プラズマ
処理装置において、電極を構成する、ディスク基板の被
処理面上の空間を取り囲み得る形状の電極部材と、ディ
スク基板中心部の穴に対向する箇所に設けた突出した電
極部材とが、それぞれ単独に、あるいは一体となってデ
ィスク基板またはディスク基板のホルダーから相対的に
移動できる機構を備えることを特徴とするディスク基板
用プラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のディスク基板用
プラズマ処理装置において、電極を構成する突出した電
極部材の先端部分に、接地電位部材を有することを特徴
とするディスク基板用プラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
ディスク基板用プラズマ処理装置において、電極を構成
する突出した電極部材の側面部にガス状物質の導入口を
設け、該電極と被処理部とで囲まれる空間に直接ガス状
物質を送り込む機構を有することを特徴とするディスク
基板用プラズマ処理装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
ディスク基板用プラズマ処理装置において、真空容器内
の電極の一部にガス排気口を設け、該電極と処理部とで
囲まれる空間内のガスを該排気口から排気する構成とす
ることを特徴とするディスク基板用プラズマ処理装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載の
ディスク基板用プラズマ処理装置において、真空容器内
の電極に電圧を印加することによってプラズマを発生さ
せたとき、該電極にプラズマが接する面積が、処理部お
よび接地された電極部材にプラズマが接する部分の面積
に比べ２倍以上となるようにしたことを特徴とするディ
スク基板用プラズマ処理装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
ディスク基板用プラズマ処理装置を含んで構成された磁
気ディスク製造装置。
【請求項８】真空容器内に、プラズマを発生させるため
の電極と、プラズマが生成されるディスク基板両面の被
処理面上の空間とを有するプラズマ処理装置を用いて行
うディスク基板用プラズマ処理方法において、プラズマ
処理を行う際には、該電極の端部を、ディスク基板端部
または少なくとも一つの被処理基板を搭載したホルダー
の端部に、および電極突出部をディスク基板の穴部に、
それぞれプラズマの漏洩を防止する間隙に保持し、ディ
スク基板の搬入・搬出時には、電極を相対的にディスク
基板またはホルダーから退避させることを特徴とするデ
ィスク基板用プラズマ処理方法。
【請求項９】被処理ディスク基板または少なくとも一つ
の被処理ディスク基板を搭載したホルダーを、複数の真
空室に連続して順に送り込むプラズマ連続処理方法にお
いて、少なくとも一つの真空室で、請求項８に記載のデ
ィスク基板用プラズマ処理方法によりプラズマ処理を行
うことを特徴とするプラズマ連続処理方法。
【請求項１０】請求項８に記載のディスク基板用プラズ
マ処理方法または請求項９に記載のプラズマ連続処理方
法により磁気ディスク基板の磁性膜上に保護膜を成膜す
ることを特徴とする磁気ディスク製造方法。
【請求項１１】請求項７に記載の磁気ディスク製造装置
を用い、磁気ディスク基板に少なくとも記録層と保護層
をこの順に形成する磁気ディスクの製造方法において、
保護層の形成工程が、少なくとも、該磁気ディスク基板
を請求項１に記載された真空容器であるプラズマ処理室
に搬入する工程と、該プラズマ処理室に炭化水素ガスを
導入する工程と、該処理室を構成する電極に高周波電圧
を印加しプラズマを発生させ、前記磁気ディスク基板に
炭素膜を形成する工程と、前記磁気ディスク基板を搬出
する工程とを含んでなることを特徴とする磁気ディスク
製造方法。