JP2000104171A - 被膜形成方法 - Google Patents
被膜形成方法Info
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Abstract
るために、その表面にDLC(ダイヤモンドライクカー
ボン)膜をCVD法で成膜する。 【解決手段】15〜100Torrの圧力で、かつ電極
間隔を6mm以下とすることにより、高密度のプラズマ
を形成し、アノード側にイオンシースを形成する。そし
て、イオンのボンバードメントを利用してDLC膜を形
成する。また成膜中に、基体に対して超音波振動を与え
つつ成膜を行う。この結果、DLC膜のピンホール数を
30個/mm2にできる。
Description
密度を有する量産性に優れた磁気記録媒体を高分子基板
材料上に形成する製造装置、および形成方法に関するも
のである。特に耐摩耗性、潤滑性の機能が要求される保
護膜の形成装置及び形成方法に関するものである。その
産業上の利用分野は映像機器、及び情報機器分野等多岐
にわたる。
ある。従来の磁気記録媒体の例としては、オーディオ,
ビデオ用テープ材料に用いられるγ−Fe2 O3 粉末,
CrO粉末,純鉄粉末等を研磨材,バインダーと共に高
分子基板材料上に塗布した塗布型のものが知られてい
る。さらに性能の高い磁気記録媒体では金属磁性材料を
蒸着したものが用いられる。
を主成分とする被膜(炭素膜、DLCや硬質炭素膜とも
呼ばれる)を成膜し、表面保護、耐摩耗性あるいは潤滑
性を有せしめる技術が知られている。この炭素を主成分
とする被膜はプラズマCVD法に代表されるCVD法に
より形成されるのが普通である。
電側(カソード)に基板を設置し、カソード近傍に形成
されるセルフバイアスを用いて高硬度膜を作製してい
る。一般に、接地電極(アノード)側では硬度の高い炭
素膜は形成できない。
素を主成分とする被膜を成膜せんとする場合、磁気記憶
媒体の基体となる有機樹脂基板はカソード電極側に設置
せねばならない。高密度記録用の磁気記録媒体は一般に
金属磁性材料を蒸着して得られるので、このような基体
をカソード電極に接触させると基体が電極の一部のよう
になり高周波電界が漏れて、好ましくない領域で放電が
発生してしまう。このような放電は基体である有機樹脂
フィルムを破損する可能性が高く、生産の安定性や信頼
性の点で問題があった。
ロセスと同時に保護膜である硬質炭素膜を形成しようと
すると、炭素膜の成膜速度が遅く、不可能であった。
を成膜する技術が知られている。このダイヤモンド状の
炭素被膜は、ダイヤモンド構造を有した炭素被膜であ
り、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜とも呼ば
れている。以下このような炭素被膜を硬質炭素被膜とい
う。
フィルムの表面にコーティングされ、耐磨耗層や保護膜
として用いることができる。このような硬質炭素被膜を
形成する方法として、図11に示すような成膜装置が知
られている。図11に示す成膜装置は真空容器111内
に、一対の電極112、114が設けられており、一方
の電極112は高周波(一般には13.56MHz)電
源115に接続されており、一方の電極114は接地さ
れている。成膜がされる基板または基体は、113で示
され、高周波電力が供給される電極112側に配置され
る。また、図示はしないが、反応性気体の供給系や排気
系、さらには給電のための整合装置が設けられている。
波電源が接続された電極側、即ち接地電極の反対側の電
極側、さらには基体側に電子が帯電するので、自己バイ
アスの作用によって基体側に膜の高品質化に寄与するH
+ イオンやHラジカルが衝突し、ダイヤモンド構造を有
する炭素皮膜を形成できる。
磁気ディスク等の磁気記録媒体の保護膜として利用する
ことができる。これら磁気記録媒体は、磁性材料を利用
するものであり、異物が混入したり、傷つけられたりす
るのを防ぐために、保護する必要がある。
73号公報に記載されているような技術がある。この公
報には、高周波放電に加えて、DCバイアスを印加する
ことによって、ピンホールが102 〜105 個/mm2
形成された炭素被膜を磁気記録媒体表面に形成すること
が記載されている。
ば、ピンホールの存在する硬質炭素被膜は、ピンホール
中に水分等が侵入して、保護膜としての長期信頼性には
欠けるものであることが判明した。また、硬質炭素被膜
の硬度や密着性とピンホールの存在を無くすこととは、
必ずしも両立しないことが判明した。
導電性である金属磁性層を有する磁気記録媒体表面に安
定に高い信頼性で硬質炭素膜を生産できる装置を提供す
ることを目的とする。
させた状態で十分な耐摩耗性、潤滑性を有する炭素膜が
形成できる装置を提供する。
と同時に保護膜である硬質炭素膜を形成できる程度の、
高速成膜が可能な装置を提供することである。
することによる新たな問題である、電極の汚れに起因す
るフレークの発生を抑制できる装置を提供することを目
的とする。
有し、かつピンホールの少ない硬質炭素被膜を磁気記録
媒体の保護膜として形成することを目的とする。
ーが印加される第1の電極と、接地された第2の電極を
対向して配置し、高周波電界の印加により、該第1およ
び第2の電極間でプラズマを生成し、該プラズマ中に導
入した原料ガスを活性化せしめて被膜を形成する被膜形
成装置において、前記第1の電極と第2の電極の間隔は
6mm以下であり、かつ、前記電極間の圧力は15To
rrから100Torrの間であることを特徴とする被
膜形成装置である。
GHzの周波数を用いることができる。一般には、1
3.56MHzの高周波が利用される。また、複数の周
波数を組み合わせたものを電磁エネルギーとして用いて
もよい。例えば、1〜200Hzの極低周波と、1KH
z〜1MHzの低周波、さらに10〜100MHzの高
周波を組み合わせて電磁エネルギーとする方法を採用し
てもよい。即ち、それぞれの周波数が有する特質を複数
組み合わせる方法を採用してもよい。
隔が6mm以下で、かつ、圧力が15Torrから10
0Torrの間であれば、基体を接地電極である第二の
電極に接触させていても高硬度な炭素膜の形成が可能で
あるという点が主旨であり、発明人の実験的な知見によ
るものである。
プラズマCVDで選択される圧力領域(10mTorr
から1Torr)よりかなり高い圧力領域(5Torr
から760Torr)での、プラズマの物性を観察し
た。このような一般に考えられるものより高い圧力範囲
に着目したのは、通常のプラズマCVDの成膜速度を桁
違いに向上させたいと考えたからである。
の発生、基板表面への輸送、表面での反応)を考慮すれ
ば、 (1)成膜の前駆体となるラジカル密度の向上 (2)ラジカルの基体表面への輸送効率の向上 の2点を改善できれば成膜速度が向上することが理解で
きる。プラズマCVDの場合はラジカルはプラズマ空間
全体で発生しており、ラジカルの輸送よりは発生の方が
成膜速度への影響は大きいと推察できる。ラジカル密度
の増加は反応圧力の上昇で可能と期待できる。つまり、
高い圧力領域での成膜は高速成膜になることが期待でき
る。
の場合は表面反応律速になることはなく、成膜速度への
膜表面での反応過程は寄与しない。ただし、硬質炭素膜
を製膜する場合は表面でのイオンの作用が膜質におおき
く影響する。すなわち、硬質炭素膜では成膜中にイオン
のボンバードメントを積極的に作用させ、膜中の強い結
合を残し、弱い結合を切断しつつ成膜するものだからで
ある。よって、一般にはカソード側に基板を設置し、セ
ルフバイアスを用いて成膜する。
実現するとしても、ラジカル発生の前提となるプラズマ
が、圧力上昇によりその物性を大きく変化させては意味
がない。そこで、本発明人は先に述べた通り、高い圧力
領域(5Torrから760Torr)でのプラズマを
観察した。
0Torr)でプラズマを発生させるための要件であ
る。従来、低圧グロー放電が、10mTorrから1T
orrの圧力領域で生成されていたのは、該圧力領域で
最も放電が生成しやすい(すなわち、放電が安定であ
る)からである。ある電極間隔d(通常の低圧グローの
場合d=数十mm)の平行平板電極の間に存在する粒子
が、電子と衝突する回数(電子は電極間の電界で加速さ
れ、一方の電極からもう一方の電極の方向に飛翔してい
ると仮定する)は、その雰囲気の圧力に比例する(平均
自由行程に逆比例する)。すなわち、圧力が低く、衝突
回数が少ないと、電子は十分なエネルギーを持つため、
衝突すれば粒子の電離はおこるものの、低圧力のため粒
子自体が少なく、プラズマに成りえない。一方、圧力が
高いと、電子の衝突回数が増加し、次の衝突までに電子
は十分なエネルギーを持ちえず、衝突しても粒子をイオ
ン化することができない。これは、パッシェンの法則と
して知られているもので、放電開始電圧Vが、圧力pと
電極間隔dの積(pd積)の関数になり、あるpd積の
値で最低放電開始電圧Vminが存在するというもので
ある。
するには、短い自由行程間で粒子を電離するに十分な電
界を電子に与える必要がある。これは電極間隔dを小さ
くすることと、電極間に印加する電圧を上げることで対
処できる。
とによる効果には限界がある。すなわち、グロー放電の
場合、プラズマ内での電界分布は一様ではなく、電界は
電極近傍に形成されるシース部に最も大きくかかる。次
に、シース部に続く陽光柱部にかかる。シース部の長さ
はプラズマに特有のデバイ長さ程度であり、空間的に大
部分を占める陽光柱にはあまり電界はかからない。よっ
て、電極間に、多大な電圧を印加したとしても、空間的
に大部分を占める陽光柱部での実質的な電界増加はあま
り見込めない。もっとも、電極間電圧の増加分はシース
部にかかるため、該領域での電離は促進される。シース
部にかかる電界が限度を越えると、加速された電子が電
極表面に衝突し、電極を加熱する事による電極からの熱
電子放出が発生してくる。グロー放電の場合の電極から
の電子放出機構は電界放出および二次電子放出である
が、熱電子放出が発生すると、電極からの電子放出に費
やされる電界がほとんどなくなり、その分の電界はシー
ス部にかかるようになる。そうなると、シース部の電子
はさらに加速されて電極を加熱し、電極電位が維持され
る限り熱暴走を起こしてしまう。このような状態は負性
抵抗であり、全路にわたって電流が流れるとアーク放電
に移行する。
は電極間隔の小さくすることが効果がある。ただし、電
極間隔の下限値も存在する。プラズマを存在させるに
は、電極間隔はデバイ距離の数倍は少なくとも必要であ
る。デバイ距離λは以下の式で表される。 λ=(ε0 ・κ・Te/q2 ・Ne)1/2 ただし、ε0 は真空の誘電率 κはボルツマン定数 qは電荷素量 Teは電子温度 Neは電荷密度 である。本発明のプラズマは電子密度が1015/m3 、
電子温度が2eV程度であることよりデバイ距離は約
0.3mmとなる。よって、電極間隔は1mm以上ある
ことが望ましい。
rまでの圧力での放電は可能であるが、プラズマの物性
は大きく変化する。100Torr程度から760To
rrの圧力領域では、通常の電極構造では先に示したア
ーク放電への移行メカニズムにも示したように、放電が
不安定になりやすい。そこで、本発明人の他の発明であ
る大気圧放電の発生方法を利用することができる。
抗を示さないように電極表面に耐熱性の誘電体を挿入す
る。該誘電体が正抵抗を持つため、系全体では正抵抗と
なる。この場合、誘電体が等価回路的には直列に入るた
め、電極間に印加する電界は交流とする必要がある。
でのイオンおよび電子の衝突・再結合の確率が大きくな
り、プラズマが消滅しやすくなる。よって、イオンおよ
び電子の拡散(特にイオンの拡散)を促進してプラズマ
を広げる必要がある。そのために、準安定状態を有する
希ガス特にヘリウムもしくはアルゴンの添加が効果があ
る。希ガスは全ガスの80%以上とするのが好ましい。
る粒子を拡散させることも効果がある。磁場の分布は電
極の中心部より外部の方向に磁束を発散させるようにす
ると良い。こうすると、発散する磁束に沿って電子がド
リフトし、該電子のつくる電場を打ち消すように陽イオ
ンが引き寄せられる。結果としてプラズマが拡散する事
となる。
60Torrの圧力領域では、電極表面の誘電体と希ガ
スの添加が必要であるが、100Torr程度以下の圧
力領域では、誘電体と希ガスは必ずしも必要ではない。
しかし、100Torr程度以下の圧力領域での誘電体
と希ガスの存在は放電を安定させる効果があり有効であ
る。ただし、コストの上昇と成膜速度の低下を招く要素
となる。
orrから760Torrでのプラズマの物性を観察し
た。実験に用いたガスはアルゴンで、電極はプラズマ安
定化のため誘電体を挿入したものを用いた。誘電体は
0.5mm厚さの焼結アルミナを用いた。高周波の周波
数は13.56MHzである。
(Te)と電子密度(Ne)とプラズマを維持するに必
要な最低の電圧(Sustaining Voltag
e)を測定した。電子温度(Te)と電子密度(Ne)
はラングミュアプローブ法(シングルプローブ法)を用
いて、プラズマを維持するに必要な最低の電圧(Sus
taining Voltage)は電源の端子電圧を
測定した。結果を図7及び図9に示す。
e)を同時に示す。電子密度(Ne)は、プローブ電圧
を正電圧方向にかけていくと観察することのできる電子
飽和電流領域が、観測できない圧力領域(60Torr
以上)が存在するため、計算ができず、よって、60T
orr以上は図示していない。40Torr以下での電
子密度(Ne)は、圧力の上昇とともに1×1014/m
3 から1.7×1014/m3 に徐々に上昇し、40To
rrから60Torrの領域では急激に8×10 14/m
3 まで上昇している。これは約40Torrを境にし
て、局部的にアーク放電が発生していることを示してお
り、該領域(40Torrから60Torr)のプラズ
マが不安定に成りつつあることを示している。しかし、
これを利用すると、非常に高密度なプラズマを得ること
ができる。
するに必要な最低の電圧(Sustaining Vo
ltage)を同時に示す。プラズマを維持するに必要
な最低の電圧(Sustaining Voltag
e)は、その物理的意味はともかく、装置としてのプラ
ズマの取り扱い易さを示す物であり。出来るだけ低いこ
とが好ましい。この観点からすると、10Torrから
100Torrの間で極小を示しており、該領域で使用
することが好ましい。
Torrを極小とし、U字型の形状となっている。15
Torrから100Torrの中圧力領域では、これよ
り低い圧力領域および高い圧力領域より、電子温度(T
e)が低く、3eV以下となっている。
り、全てを表しているわけではない。例えばガスをヘリ
ウム、ネオン等に変えたり、炭化水素ガスを加えたり、
ガス流量を変化させたりすると、結果は異なる。たとえ
ば、電子温度(Te)が極小となる圧力は60Torr
から100Torrの範囲で変化し、電子密度(Ne)
が急激に増加する圧力は40Torrから80Torr
の範囲で変化し、プラズマを維持するに必要な最低の電
圧(Sustaining Voltage)が極小と
なる圧力は20Torrから100Torrの範囲で変
化する。しかしながら、定性的にはほぼ同様の結果を得
る。
orrから100Torrの範囲)では、プラズマを維
持するに必要な最低の電圧(Sustaining V
oltage)が低くなることは装置の使い勝手、電源
の軽量化および低コスト化の点から好ましく、電子密度
(Ne)の増加はラジカル密度を増加させる効果の点で
好ましい。
0Torrの範囲)では、電子温度が低くなるため、ラ
ジカルの生成に対しては不利ではあるが、プラズマの電
位が接地電位であるアノードに対して上昇するため、ア
ノードへのイオンのボンバードメントが発生する。これ
は、アノード側に設置した硬質炭素膜の作製には大変都
合がよい。理由を以下に説明する。
より、同じ電界強度の下で、電子の方が容易に運動す
る。よっで、電子の方がより容器に到達する確率が高く
なる。容器が絶縁体であれば、容器が負に帯電すること
となる。容器が導電体であれば、プラズマに接する容器
がプラズマと同電位であると仮定すると、容器を介して
プラズマの方向に電流が流れる。電流が流れては電荷中
性の条件に反するので、電流のながれをキャンセルする
ようにプラズマの電位は容器に対して正の方向に動く。
すなわち、容器が導電体であろうと絶縁体であろうと、
電子とイオンの移動度の相違により、プラズマは容器に
対して正に帯電する。
在することを示す。もちろん、カソード(給電電極側)
にもイオンシースが存在する。しかし、通常は、自然に
発生するイオンシースはセルフバイアスにより発生する
シースよりも十分小さいために無視されている。
ンシースを電気二重層によるコンデンサと等価として見
積もることが可能である。
定すると、イオンシース内の電子密度は指数関数的に減
少し、イオンシース内の空間電荷はエクスポネンシャル
カーブとなる。イオンシースとプラズマとの境界は、プ
ラズマのバルク電位に対して、 Vt=−κ・Te/2q 程度の電位になる位置と定義するのが妥当である。これ
は、プラズマバルク内の電子がκ・Te/2程度のエネ
ルギーで運動していることによる。
オンシース内に侵入するためイオンシースの厚さdは減
少し、電気二重層の容量Cは増加する。逆に、電子温度
(Te)が小さくなると、電気二重層の容量Cは減少す
る。イオンシースに蓄積される電荷量は電子密度(N
e)すまわちイオン密度(Ni)に比例するため、電気
二重層の両端にかかる電圧Vは、 V = Q/C = (Ne)2/3 ・d/ε0 ・S ただし、 dはイオンシースの厚さ Sは電極面積 となる。すなわち、電子温度(Te)が小さいほどイオ
ンシース内の電界は強くなり、アノードへのイオンのボ
ンバードメントは大きくなる。
きなかったが、本発明の装置では、圧力を中圧力(15
Torrから100Torr)とし、結果として電子温
度を低下させ、もって、アノードにもイオンのボンバー
ドメントを発生させることにより、アノード側でも硬質
炭素膜が成膜できるようになった。
接地された円筒形状の第2の電極を有し、該第2の電極
の一部に、被膜が形成されるべき基体であるフィルムが
巻き付けられ、前記円筒形状の第2の電極が回転するこ
とにより、前記フィルムが前記第1および第2の電極の
間を通過する機構を有し、前記第一の電極に高周波の電
界を印加して前記第一及び第二の電極間の空間をプラズ
マ化せしめて、該プラズマ中に導入した原料ガスを活性
化せしめて被膜を形成する被膜形成装置において、前記
第1の電極の周端部が絶縁体で覆われ、前記第1の電極
および第2の電極と絶縁体により実質的に閉空間が構成
され、該閉空間には前記第1の電極に設けられた細孔を
介してガスが供給され、前記閉空間内にプラズマが閉じ
込められて外部に漏れにくくなっている構造を有し、か
つ、前記第1の電極と第2の電極の間隔は6mm以下で
あり、かつ、前記閉空間内の圧力は15Torrから1
00Torrの間であることを特徴とする被膜形成装置
である。
ズマを閉空間に閉じ込めることにより、好ましくない領
域での放電を防止し、更に、より高密度のプラズマを生
成して、アノードへのボンバードメントの増加を実現し
たものである。
部である。電極中心部は一般に電界は一定もしくは均一
な変化率を有している。しかし、電極周辺部特に給電電
極の端部では電界強度は大きくなり、該領域に放電が集
中することとなる。すなわち、該領域のプラズマ密度の
増加によりインピーダンスが低下し、電流は該領域に多
く流れるようになる。すると、電力の多くは周辺部で消
費され、電極中心部でのプラズマ密度は低下してしま
う。これは電子密度の上昇を招き、電極中心部のイオン
のボンバードメントが低下することとなる。
を絶縁体で覆い、プラズマを中心部分に閉じ込めること
により前記問題を解決したものである。
接地された円筒形状の第2の電極を有し、該第2の電極
の一部に、被膜が形成されるべき基体であるフィルムが
巻き付けられ、前記円筒形状の第2の電極が回転するこ
とにより、前記フィルムが前記第1および第2の電極の
間を通過する機構を有し、前記第1の電極に高周波の電
界を印加して前記第1及び第2の電極間の空間をプラズ
マ化せしめて、該プラズマ中に導入した原料ガスを活性
化せしめて被膜を形成する被膜形成装置において、前記
第1の電極が前記第2の電極に対して形成する電界強度
が前記第1の電極の表面において最も強く、前記第2の
電極の表面において最も弱くなるように、電極を構成す
るとともに、前記第1の電極と第2の電極の最短間隔は
6mm以下であり、かつ、前記第1の電極と第2の電極
の間の圧力は15Torrから100Torrの間であ
ることを特徴とする被膜形成装置である。
の電極すなわちカソード周辺の電界強度を高め、該領域
でプラズマの密度を増加させたものである。第1の電極
すなわちカソード電極の形状としては平板の端部を用い
た物のほか、ナイフ状、針状のものが有効である。
的に利用して、高密度のプラズマを実現したものであ
る。
第1の電極と、接地された第2の電極を対向して配置
し、高周波電界の印加により、該第1および第2の電極
間でプラズマを生成し、該プラズマ中に導入した原料ガ
スを活性化せしめて被膜を形成する被膜形成装置であっ
て、接地された円筒形状金属表面に、前記第1および第
2の電極間で発生したプラズマが吹きつけられるよう
に、該円筒形状金属を配置し、該円筒形状金属の一部
に、被膜が形成されるべき基体であるフィルムが巻き付
けられ、前記円筒形状金属が回転することにより、前記
フィルムが吹きつけられたプラズマ領域を通過する機構
を有してなる被膜形成装置において、前記第1の電極と
第2の電極の間隔は6mm以下であり、かつ、前記1の
電極と第2の電極の間の圧力は15Torrから100
Torrの間であることを特徴とする被膜形成装置。
構造を有するプラズマ発生装置で、同様に中圧力とする
ことにより高密度プラズマが形成できるが、これをガス
流でもって積極的に基体に吹きつける物である。中圧力
のため、ガスの拡散は低圧に比べて遅くなり、ラジカル
の輸送が律速する場合がある。これを吹きつけにより解
決したものである。
給されるガスは炭化水素、ハロゲン化炭素およびハロゲ
ン化炭化水素からなる群より選ばれたガスと水素の混合
ガス、もしくは、該混合ガスと希ガスの混合ガスである
ことを特徴とする各請求項に記載の被膜形成装置であ
る。
実現できるが、一方、カソードへの膜の付着が問題とな
る。これを、炭素のハロゲン化物を添加することにより
解決するものである。
ードメントを作用させて、アノード側でも硬質炭素膜が
形成きるものであるが、カソード側にもアノード側より
も大きなセルフバイアスがかかるので、イオンのボンバ
ードメントはアノード側よりも強くなる。本発明では、
この現象を利用して、エッチング作用を有したハロゲン
系ガスを原料ガスに添加し、カソード側では成膜ではな
くエッチングをおこなうものである。
素はエッチングガスとして知られている。4フッ化炭素
ではエッチング作用のみ見られるわけだが、6フッ化2
炭素もしくは8フッ化3炭素等では、セルフバイアスの
強さにより、エッチングされたり、成膜されたりする。
すなわち、セルフバイアスが強く、イオンのボンバード
メントが強い場合にはエッチングされ、セルフバイアス
が弱く、イオンのボンバードメントが弱い場合には成膜
される。
いカソード側の方がボンバードメントが強く、大変都合
がよい。これにより、カソード側の膜生成が抑制でき、
フレークの発生を抑制できる。さらに、装置のメンテナ
ンス期間が延ばせるので、スループットが向上し、コス
ト削減に大きく寄与できる。
ミネーションの原因となるため、避けられることがおお
いが、本発明のように炭素膜の形成の場合はコンタミネ
ーションを気にする必要もない。
電性のフィルムであることを特徴とする被膜形成装置で
ある。カソード側でなく、アノード側にしか置くことが
出来ない導電性フィルムの場合、本発明は最も有効とな
る。
がら、硬質炭素被膜を形成することを要旨とする。特に
基体として磁気記録媒体を用い、この磁気記録媒体の保
護膜として硬質炭素被膜を形成することを特徴とする。
置される方の電極に高周波電源を接続し、他方の電極を
接地電極とした平行平板構成のプラズマCVD装置にお
いて、基体に超音波振動を加えつつ、炭素皮膜を形成す
ることを特徴とする。
ム基体(例えばテープ状のフィルム)を用い、この基体
に超音波振動を与えつつ走行させ、その表面に硬質炭素
皮膜を形成することを特徴とする。
の基体が電極間方向に振動するようにすることによっ
て、パルスモード、あるいは高周波モードでバイアスを
加えた状態を実現することを特徴とする。
当たりのピンホールの数が30個以下であることを特徴
とする。この硬質炭素被膜の膜厚は、50〜2000
Å、好ましくは100〜500Åとすればよい。
中に、Si、B、N、P、Fから選ばれた少なくとも一
種類の元素を20原子%以下含有させることは、被膜の
密着性を向上させたり、導電性を与えたりするのに効果
がある。例えば、硬質炭素被膜中にSiとPを含有させ
ることによって、その導電率を高め、静電気が帯電しに
くい保護膜とすることができる。
小さいクラスタ状炭素、あるいは炭素分子を基体表面に
堆積することができ、成膜される炭素被膜を緻密で均質
なものとすることができる。これは、基体が超音波振動
していることによって、大きな炭素分子は振動している
基板から弾かれてしまい、特定の大きさ以下の分子が基
体表面に堆積し易くなるからである。
ィルム状のものを用いた場合には、基体に超音波振動を
与えることによって、基体が絡むことを防ぐことができ
る。
(膜とならない粉状の原材料)を超音波振動によって除
去することができる。
波振動を加えることによって、電極間に交流バイアス電
圧を加えた状態を実現できる。この作用は、フレキシブ
ルで大きな振幅がとれる磁気テープ等のフィルム状基体
を用いる場合に特に有効に作用する。
明細書で開示する全ての発明に利用することができる。
説明する。図4において、真空容器1内の供給ロール2
から送られる高分子基板材料3はフリーローラガイド4
を経由して、円筒状キャン7に沿って矢印の向きに走行
する。
4cm,厚さ6μmのポリイミドフィルム(一般に磁気
テープの基体として利用される)を使用した。
板材料3上に堆積し、磁性層して0.15〜0.18μ
mの膜厚に形成される。
r−Ni合金を用い、広範囲な走査が可能なピアス型電
子銃を用い、加速電圧を35KV加え、5×10-4To
rrの動作圧力で電子ビーム蒸着法により形成した。高
分子基板材料3の通過速度は135m/min とした。な
お、遮へい板5は堆積領域を制限する為に設けられたも
のである。
には、フリーローラガイド4を介して、直流電源15に
よって電位差が与えられる。ここでは、高分子基板材料
3と円筒状キャン7とは静電的に密着するよう80Vの
電圧を印加した。磁性層が形成された高分子基板材料3
は、中間ロール8を経由して真空容器9へ導かれ、プラ
ズマ活性化処理がなされる。
説明する。接地電極10と高周波給電電極11が平行に
3cmの間隔で配設された電極間に原料ガス供給系18
より水素ガスを導入し、排気系19で排気しながら動作
圧力を10-1〜10-2Torrに制御し、13.56M
Hzの高周波を0.5W/cm2 の電力密度で高周波電源
系12から印加し、水素プラズマを形成する。そして形
成されたプラズマ領域16を高分子基板材料3が磁性層
形成工程に同期した速度で通過するように構成されてい
る。
な水素ラジカルあるいは、水素イオンに曝される。この
結果、適度に清浄化されると同時に磁性層の表面の活性
化が促進される。同様な効果はアルゴンガス及びアルゴ
ンと水素の混合ガスを用いた場合でも行なうことができ
る。尚、真空容器9バッファー室20を隔てる壁に開け
られた高分子基板材料3が通過するべき隙間の大きさは
前記真空容器2で生成されるプラズマ16のデバイ距離
もしくは該プラズマ領域16の圧力における平均自由行
程より小さくするとよい。そうするとプラズマがバッフ
ァー室20に漏れだすことがなくなる。
ある真空容器13について説明する。フリーローラガイ
ド4を介して導かれた磁性層が堆積された高分子基板材
料3には、複数のビーム型プラズマ発生装置が配置され
た領域を通過する過程で良質の炭素を主成分とする被膜
が形成される。
ラズマ発生装置について図1を用いて説明する。図1に
示すプラズマ発生装置は、ヘリウムやアルゴン等の希ガ
スを主体としたガスを用いて、1Torrを越え200
Torr未満の中圧力、好ましくは5〜150Tor
r、さらに好ましくは50〜100Torrの圧力にお
いてプラズマを生成することができる。希ガスとして
は、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプト
ンから選ばれた少なくとも一種類のガスを用いることが
できる。勿論これら希ガスを混合して用いてもよい。
放電の安定性が良く好ましい。コストを考慮すれば、放
電安定性には難があるもののアルゴンがより安価である
点で有利である。アルゴンを用いる場合には、絶縁体の
比誘電率が9以上のもの例えばアルミナ等が好ましい。
ラズマ発生装置が発生させるプラズマの領域が20mm
φ強であるので、図5に示すように、4つのプラズマ発
生装置52を互い違いに配置し、幅20mmの高分子基
板材料3の表面に均一に炭素を主成分とする被膜が成膜
できる構成としてある。
の概要を説明する。図1に示すプラズマ発生装置は、同
軸状に構成された電極間において放電を起こしてプラズ
マを生成し、このプラズマを装置外にビーム状に噴射す
る。放電は希ガスを主体としたガスを用いることによっ
て行なう。炭素を主成分とする被膜を成膜するには、希
ガス中にメタンやアルコール等の原料ガスとして炭化水
素気体を添加することによって行なわれる。また後述す
るように電極構造を工夫し、原料ガスを別途供給するこ
とで成膜を行なうこともできる。
31、円筒状絶縁体33、外側導体29により構成され
る同軸円筒電極で行なわれる。具体的には、中心導体3
1と円筒状絶縁体33との隙間において放電が行なわれ
る。本実施例においては、円筒状絶縁体33と外側導体
29との隙間にはガスが供給されないのでこの部分での
放電は行なわれない。
円筒状絶縁体33は石英ガラス、外側導体29はステン
レスを用いて構成されている。円筒状絶縁体としてはな
るべく誘電率の大きな材料を用いることが望ましい。ま
た中心導体31の表面に凹凸や突起物を設け、放電が容
易になるようにすることは有用である。
され、MHV同軸接栓21につながれた同軸ケーブルを
介して交流電源12(図4参照)より交流電界が印加さ
れ、中心導体31と外部導体29との間に電磁エネルギ
ーが供給される。中心導体31と円筒状絶縁体33との
間に供給される希ガス(例えばヘリウム)を主成分とす
る気体は、ガス導入口10より供給され、テフロン製絶
縁体22、27の間を通って流れ込む。テフロン製絶縁
体22、27は不要な場所での放電を防止する役割もあ
る。匡体23、28は締めつけ治具25、26により固
定される。匡体23、28と締めつけ治具25、26は
ステンレスで作製され、外側導体29と共に接地電位に
保たれる。
割合は、希ガスが80%以上であることが望ましい。こ
れは、数Torr以上の圧力においては、主に希ガスが
プラズマ化し、このプラズマ化した希ガスのエネルギー
によって、原料ガスが活性化され、原料ガス(例えばメ
タン)は殆ど直接活性化されないからである。また、不
要になったガスは排気系19(図4参照)より排気され
る。
品の隙間より漏れないようにOリング24でシールされ
ている。また、円筒状絶縁体33と外側導体29との隙
間には導電性の金属フォイルが充填されている。従っ
て、円筒状絶縁体33と外側導体29との隙間にはガス
は流れない。勿論この隙間にガスを流してもよい。
板材料3)と中心導体31の距離は2mmである。な
お、中心導体31の直径は5mm、円筒状絶縁体33外
径は22mm、厚さは1mmである。また電極の長さは
30mmである。発生するプラズマは希ガスとしてヘリ
ウム90%のガスを用いた場合、直径20mm強のプラ
ズマが生成される。即ち、直径20mm強の領域にプラ
ズマ処理を施すことができる。
す。図2には、中心導体31、外側導体29、円筒状絶
縁体33が示されている。希ガスと原料ガスとの混合ガ
ス(希ガスを主体としたガス)は、隙間32を通り、こ
の隙間32でプラズマ化される。そして装置の外部へと
ビーム状のプラズマが噴射され、活性化された原料ガス
によって成膜が行なわれる。
料3の幅が20mmであるので、図5に示すように図1
に示すプラズマ発生装置(図5では52で示される)を
4つ互い違いに配置し、均一な成膜が行なわれる構成と
してある。この4つのプラズマ発生装置52は、図4の
41で示される部分に配置され、電源12から13.5
6MHzの高周波が個々500W供給される。プラズマ
は51で示される領領域で発生し、その領域において成
膜が行なわれる。本実施例においては、希ガスとしてヘ
リウム、原料ガスとしてメタンを用いることにより、炭
素を主成分とする被膜を成膜することができる。
ccm(1基あたり)
であり、その温度は100℃以下である。従って、気体
が高分子基板材料であっても何ら問題はなく、良好な成
膜を行なうことができる。
源42を用いて直流、または交流(高周波)のバイアス
電圧を被形成面に対し加えてもよい。さらに被形成面に
対して磁場を加え、ビーム状のプラズマが効果的に被形
成面に噴射されるようにしてもよい。
配置方法は、必要とされる成膜速度や被形成面の大きさ
によって自由に設定することができる。例えば、図5に
示すような構成をさらにもう一組設ければ、成膜速度を
2倍にすることができる。
述の2つの工程と連動した通過速度で行なわれ、約20
0Åの膜厚の炭素を主成分とする被膜が成膜されること
となる。成膜が終了した高分子基板材料3は、フリーロ
ーラガイド4を介して巻取りロール14に回収される。
前の処理としては、必要に応じイオン及び電子等の照
射、あるいは加熱等公知の技術を用いて行うことができ
る。また基板として、例えば、本実施例ではポリイミド
フィルムを用いたが、金属樹脂,プラスチック等をロー
ル状あるいは板状にして用いてもよい。
8mm幅のテープ状にカットし、市販の8mmビデオデ
ッキを用い、再生出力及び耐久性の評価を行ったところ
炭素を主成分とする被膜の膜厚が200Å以上のもので
は、走行安定性,スチル耐久性の優れたドロップアップ
の少ない安定な再生出力が得られた。
作の連続,断続試験においても優れた耐久性を示すこと
が確認できた。
た構成において、同軸状の放電電極部分において反応生
成物が付着しない構成とした例である。本実施例が実施
例1に示す構成と異なるのは、図3に示すように、中心
導体(中心電極31)を中空とし、その中空部分30に
原料ガスを流す構成とした点である。なお図3は図1の
A−A’で切った断面の概略図である。
に希ガス(例えばヘリウム)を流し、中空部分30に原
料ガス(例えばメタン)を流すこととなる。中空部分3
0では放電が起こらないからここでは原料ガスは全く活
性化されず、装置外部に排出される。一方、隙間32を
流れる希ガスは、中心導体31と外側導体29との間で
行なわれる高周波放電によってプラズマ化される。そし
て装置を出た所で活性化されていない原料ガスがプラズ
マ化された希ガスによって同軸状に包み込まれ、希ガス
のプラズマエネルギーによって活性化あるいはプラズマ
化されることとなる。
で、装置内に反応生成物が付着し、フレークが発生する
可能性を根本的に排除することができる。また装置の外
部において原料ガスがプラズマ化された希ガスによって
包み込まれることになるので、その収集効率を極めて高
くすることができる。
される部分に配置されるプラズマ発生装置をシート状
(板状)のプラズマ発生装置とした例である。このシー
ト状プラズマ発生装置の構成を図6に示す。
し、この平行平板電極で生成されたプラズマを板状のプ
ラズマとして装置外部に引出し、このシート状のプラズ
マを用いるものである。
板61、絶縁体板63、外側匡体62より構成される。
絶縁体板63は外側匡体62に密接して設けられてい
る。本実施例では電極板61はステンレス、絶縁体板6
3は石英ガラス、外側匡体62はステンレスを用いてあ
る。電極板61は3つのテフロンシールド620、62
1、622にて他と絶縁され、MHV同軸接栓611に
接続されている。そして電極板61にはMHV同軸接栓
611につながれた同軸ケーブル(図示せず)を介して
交流電源(13.56NHz)64(図4の42に対応)より交
流電界が印加される。電極板61と絶縁体板63の間に
供給される希ガスは、ガス導入口612より供給され、
テフロン製絶縁体613に彫り込んだガス溝を通って供
給される。テフロン製絶縁体613は不要な場所での放
電を防止する役割もある。外側匡体62と電極板ホルダ
ー616は天板617において螺子固定される。電極板
ホルダー616と天板617はステンレスで作製され、
外側匡体62と共に接地電位に保たれる。対向する絶縁
体板の幅すなわち放電部幅(図6でいうと電極の奥行き
方向の長さ)は25mm、絶縁体厚さは1.0mmであ
る。また電極間隔は5mm、電極長(図6でいうと縦方
向の長さ)は30mmである。従って、概略5mm×2
5mmのシート型プラズマが生成されることとなる。
供給し、100Torrの圧力において周波数13.56MHz
の高周波電力を500W加えたところ、該放電部幅全域
において安定な放電が得られ、シート状(板状)プラズ
マを装置外部に放出させることができた。またこの状態
を10分間以上に渡って保持しても、過熱など装置上の障
害はなんら発生しなかった。
プラズマを熱電対に吹きつけることによって、測定した
ところ、室温〜70℃程度の温度を示した。このことよ
り、低温のグロー放電が行われていることが確認され
る。
スとしてメタンやエチレン等の原料ガスを流せばよい。
また成膜速度を高める場合や、成膜面積を大きくする場
合は、複数の装置を図5に示すように配置すればよい。
される部分を図8で示される構成とした例である。図8
において、81はフィルム状の基体である。このような
フィルム状基体としては、磁気記憶媒体のテープを挙げ
ることができる。82は、カソード電極であり、高周波
電源87にマッチングボックス86を介して接続されて
いる。85はアノード電極を構成する円筒形状電極であ
り、接地されている。このアノード電極85とカソード
電極82との間におけるプラズマ反応空間89において
高周波放電が行われる。またアノード電極82は回転
し、フィルム状基体81がスムーズに移動するように構
成されている。83は絶縁体である。84は、ガス導入
管であり、原料ガスや希釈ガス、さらには添加ガスは、
このガス導入管84を通ってプラズマ放電空間89に導
かれる。これらのガスは、ガス導入管84からアノード
電極82に設けられた細孔88に導かれ、プラズマ反応
空間に噴出する。
は、20mmであり、その長さは30cmである。また
円筒状のアノード電極85は、直径が20mmであり、
その長さが30cmである。またカソード電極82とア
ノード電極85との間隔は5mmである。この一対の電
極の間隔は10mm以下であることが好ましい。
磁性体が蒸着された幅10インチの有機樹脂フィルムを
用い、その表面に硬質炭素被膜を300Åの厚さに成膜
する例を示す。ここでは、フィルム状の基体を12m/
min(20cm/sec)で移動させるとする。この
場合幅20mmの放電空間89をフィルム状の基体が0.
1 秒で移動することになる。従って、300Åの厚さに
成膜を行うには、成膜速度として、3000Å/sec
が必要とされる。
3000Å/secの成膜速度を得るための条件を示
す。 反応圧力 60Torr 投入電力 300W(5W/cm2 )(13.56
MHz) 原料ガス C2 H4 :H2 :Ar=1:1:2(計
1000sccm) 添加ガス C2 F6 (C2 H4 に対して10%添
加)
0Å/secの成膜速度を得ることができる。そして、
フィルム状の基体81の表面に300Åの厚さに硬質炭
素被膜を成膜することができる。
下の理由による。一般に上記のように高い成膜速度で成
膜を行うと、カソード電極に多量の反応生成物が付着す
る。この反応生成物はフレークとなり、成膜の障害とな
る。従って、カソード電極に反応生成物が付着しない工
夫が必要とされる。
自己バイアスの作用によって、カソード電極82がマイ
ナス電位にバイアスされ、プラズマ放電によって生じた
プラスイオンがカソード電極82側に引き寄せられる。
その結果、カソード電極82側がスパッタされることに
なる。
C2 F6 を用いると、カソード電極82側がスパッタさ
れ、エッチングされることになる。従って、カソード電
極82に付着する反応生成物は付着と同時にエッチング
されることになる。こうして、カソード電極に反応生成
物が付着することなく、硬質炭素被膜の成膜を行うこと
ができる。
には、Fによるエッチング作用とCによる硬質炭素膜の
成膜作用とがあるからである。ここで、CF4 を添加ガ
スとして用いることもできる。しかし、CF4 は硬質炭
素膜に対する成膜作用がないため、硬質炭素膜の成膜に
寄与するC2 F6 を用いることが好ましい。
ハロゲン系ガスによってエッチングしつつ、アノード電
極85側の基体上に成膜を行うことによって、カソード
電極82に反応生成物を付着させることなしに、フィル
ム状の基体81の表面上に成膜を行うことができる。
3表面に硬質炭素被膜を形成するプラズマCVD装置で
ある。図10に示す装置は、基体113を超音波振動さ
せながら成膜を行うことが特徴である。以下、図10に
示すプラズマCVD装置について説明する。また、基体
113としては、光磁気ディスク等の磁気記録媒体を用
いる。
性気体を活性化(プラズマ化)させるための一対の電極
112と114を真空容器111内に有している。電極
114は接地されており、電極112は高周波電源11
5に接続されている。ここでは高周波電源115とし
て、13.56MHzの高周波を発生するものを用い
る。また、図には示さないが、ガス導入系や排気系、さ
らにはマッチング装置等が配置される。また必要に応じ
て、ヒータや赤外光ランプによる加熱手段が設けられ
る。
23とに挟まれた圧電素子121が設けられ、その上に
基体113が配置される。圧電素子121へは、電源1
25より高周波が加えられ、所定の周波数で圧電素子1
21は振動する。この周波数は任意であるが、例えば1
KHz〜100MHzまでの周波数を利用することがで
きる。
る必要がある。さらに、必要に応じて基体113は電極
122にろう材や接着材、さらには突起や鍵型の係止部
材(基体を固定する部材)により機械的に固定される。
ル塩、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸
ジルコン酸鉛(PZP)、その他有機圧電物質、圧電セ
ラミックス等を用いることができる。
概略図を示す。図12に示されているのは、圧電素子1
21と該圧電素子に電圧を加えるための一対の電極12
2と123、さらに硬質炭素被膜が成膜される基体11
3、それに圧電素子に電圧を加えるための高周波電源1
25である。また基体113は、圧電素子121が超音
波振動するに従って振動する。
て、振動方向や振動数を選択することができる。振動方
向は、圧電素子121の厚さ方向、面方向を選択するこ
とができ、その振動のモードもすべり振動、あるいはた
わみ振動とすることができる。振動出力の制御は、圧電
素子121に加わる電圧をモニターすることによって行
うことができる。
おいて、一対の電極112と114との間隔はできうる
限り狭くすることが好ましい。これは実験的に見出され
た事実である。具体的には、10mm以下の間隔である
と、速い成膜速度と良質な膜質が得られる。しかし、図
10に示したような構成を採用した場合、この電極間隔
は、圧電素子121の厚さや基体113の厚さによって
制限されるので、その値を20mm以下とすることが好
ましい。
する条件を示す。ここでは、基体113として光磁気デ
ィスクの代わりに有機樹脂板を用いた。 原料ガス エチレンガス+水素ガス 動作圧力 80Pa 高周波電力 1.5KW 基体温度 非加熱
炭素被膜は膜厚が200Åであり、剥離が少なく、緻密
な膜質であった。また、硬質炭素被膜中におけるピンホ
ールの数も平均して10個/mm2 以下であった。
なる手段で、基体113に超音波振動を与える構成に関
する。図13に本実施例のプラズマCVD装置の概略を
示す。図13において特徴とするのは、電極112を超
音波振動子141によって振動させる構成である。この
ような構成とすることによって、基体113を超音波振
動させることができる。また、図13に示すような構成
を採ることで、一対の電極112と114との間隔を1
0mm以下とすることができ、高速成膜を実現すること
ができる。
テープ状の材料に硬質炭素被膜を被覆する例である。図
14に本実施例で用いられるプラズマCVD装置の概要
を示す。図14に示プラズマCVD装置は、真空容器内
にロール状の電極155とこのロール状の電極155と
対をなす電極156と、超音波振動子を兼ねたガイドロ
ーラー153、154と、巻き送り用のドラム151ま
たは152、巻き取り用のドラム152または151が
備えられている。また図示はしていないが、反応性ガス
やドーピングガス、さらには希釈ガス等のガス導入系
と、ガス排気系が設けられている。
ミドフィルムの帯状基体(磁気テープの基体材料)を用
いている。図14に示すように、帯状のフィルム基体1
57は、一方のドラム151または152から他方のド
ラム152または151へと巻き取られ移動する。ドラ
ム状の電極155は13.56MHzの高周波電源11
5に接続されており、接地電極である電極156との間
で放電が行われる。この際、ドラム状の電極155も基
体157の移動に従って回転する。そしてこの時、フィ
ルム状の基体157の表面に硬質炭素皮膜が成膜され
る。
によって、一方のドラムから他方のドラムにフィルム状
の基体が移動し、その際にフィルム状の基体表面に硬質
炭素皮膜が形成される。
れた硬質炭素皮膜の膜厚は200Åである。
ペクトルにより測定したところ、ダイヤモンド状の炭素
膜としての特徴を示し、良質な硬質炭素皮膜であること
が確認された。またピンホールの数も30個/mm2 以
下であり、耐薬品性や水分に対するブロッキング作用も
良好であった。
の基体157にガイドローラー153、154より超音
波振動を与える構成であるが、このようにすると、一対
のガイドローラ153、154より面振動として、フィ
ルム状の基体157に超音波振動を与えることができ
る。
超音波振動を基体157に与えることによって、反応空
間(放電が行われる電極155と156の間の空間)以
外の場所において、テープ状に細長いフィルム状の基体
157が絡むことを防ぐことができる。さらには基体1
57の表面に付着したパーティクルを除去することがで
き、生産性の向上を得ることができる。
ム151または152に巻き取られる。
方は、ガイドローラー153、154によるものでな
く、別に超音波振動子をフィルム状の基体157に接触
させて、超音波振動を与える方法でもよい。また、フィ
ルム状の基体157と接触しているドラム状の電極15
5を超音波振動させるのでもよい。
置において、ドラム状の電極155を振動させる構成に
ついてである。ドラム状の電極155を超音波振動させ
るには、超音波振動子を電極155に密着して配置すれ
ばよい。
5の矢印で示されるように、電極間方向、即ち基体15
7に垂直な方向(図面でいうと上下方向)に振動を与え
る方法と、電極間方向とは垂直な方向、即ち基体157
に平行な方向(図面でいうと左右方向)に振動を与える
方法とがある。
波振動させた場合、丁度交流バイアスを加えた状態を実
現できる。周知のように、図14のような構成を採用し
た場合、接地された電極156側に対して、高周波電源
に接続された電極155側は負に帯電し、丁度負のバイ
アス(自己バイアスという)が印加された状態となる。
この状態において、電極155が上下に振動すると、電
極155方向に加速されるイオンにとっては、基体15
7がある周期(電極155に加えられる超音波振動の周
波数によって決まる)で加速して近づいて来たり、遠ざ
かっていく状態が実現される。即ち、交流バイアスが電
極155に印加された状態が実現される。
54に超音波振動を与えた場合でも得ることができる
が、電極155に超音波振動を与えた場合の方が顕著で
ある。また図5に示すような状態で、フレキシブルな基
体(例えば磁気テープ等の基体)に超音波振動を加えた
場合によりその効果を顕著に得ることができる。
14に示す装置を用いて、磁気記録媒体である光磁気デ
ィスクの表面保護膜を形成する例を示す。光磁気ディス
クあるいは光ディスクメモリは、CD(コンパクトディ
スク)に代表されるように、記録媒体として広く知られ
ている。これらは、有機樹脂や工業用プラスチックー材
料でディスクを構成しており、生産性の高さ、取扱の良
さ、といった特徴を有する。
膜は必要となる。この保護膜は、可視光領域の光(一般
に700〜800nmの半導体レーザー光が利用され
る)を透過させる必要があり、かつ高い硬度と密着性が
要求される。
10や図14に示す装置で成膜される硬質炭素被膜を利
用することが考えられる。成膜方法としては、基体11
3として光ディスクを用いればよい。硬質炭素被膜は加
熱を行わずに成膜が行えるので、熱に弱い材料を用いた
光ディスクの表面保護膜として最適である。
めの高周波として、13.56MHzの周波数を用いる
例を示したが、これはこの周波数に限定されるものでは
ない。また、パルス放電を利用してもよい。さらに高周
波放電に加えて、DCまたはACのバイアスを印加する
のでもよい。
ては、メタン等の炭化水素ガスやアルコール等を利用す
ることができる。さらに、成膜の際には、水素や他の添
加ガスやドーピングガスを導入することもできる。
す。図8に示す装置は、テープやフィルム状の基体の表
面に被膜を形成するための装置である。本実施例では特
に磁気テープの表面に表面保護膜として炭素被膜を形成
する構成について説明する。図8に示す構成において、
81がフィルム状の基体であり、ここではポリイミド等
の樹脂材料の表面に磁性材料が蒸着法等により成膜され
たものである。82はカソード電極であり、高周波電源
87にマッチングボックス86を介して接続されてい
る。85は、アノード電極を構成するキャンロールであ
り、基体81を移送するために成膜中は回転する。ま
た、この電極85は圧電素子によって超音波振動するよ
うに構成されている。即ち、成膜の最中において、基体
81は円筒状の電極85によって超音波振動が与えら
れ、超音波振動することになる。
ード電極82との間のプラズマ反応空間89において高
周波放電が行われる。83は絶縁体であり、84はガス
導入管である。ガス導入管からは、原料ガスであるメタ
ンと水素等の希釈ガスがプラズマ反応空間89に導入さ
れる。ガスは、アノード電極82に設けられた細孔88
から反応空間89に噴出する。
る。またその長さは例えば30cmとする。また、円筒
状のアノード電極801の直径は例えば20mmとす
る。またその長さは例えば30cmとする。このような
場合、基体81として幅30cm以内のものを用いるこ
とができる。上記に示す寸法の電極を用いた場合の成膜
条件例を以下に示す。 反応圧力 60Torr 投入電力 300W(13.56MHz) 原料ガス C2 H4 :H2 :Ar=1:1:2
(計1000sccm) 添加ガス C2 F6 (C2 H4 に対して10%添
加) 超音波周波数 30KHz(電極801に与えられる
超音波振動) 電極85を介して基体81に超音波振動を与えることに
よって、基体81の被形成面に反応生成物のフレークが
付着したりすることがなく、緻密なピンホールの無い炭
素被膜を形成することができる。
を有する磁気記録媒体表面に安定に高い信頼性で硬質炭
素膜を生産できる装置を提供することができる。
接地電極側で形成することができなかったが、本発明に
より、接地電極であるアノードに接触させた状態でも十
分な耐摩耗性、潤滑性を有する炭素膜が形成できる装置
を提供することができる。
と同時に、保護膜である硬質炭素膜を形成できる程度
の、高速成膜が可能な装置を提供することができる。
ことによる新たな問題である、電極の汚れに起因するフ
レークの発生を抑制できる装置を提供することができ
る。これにより、カソード側の膜生成が抑制でき、フレ
ークの発生を抑制できる。さらに、装置のメンテナンス
期間が延ばせるので、スループットが向上し、コスト削
減に大きく寄与できる。
記録媒体は、磁性層と炭素を主成分とする被膜との界面
特性,密着性が改善され、高品質なもとすることができ
る。更に大気にさらすことを避けるだけでは、磁性層表
面に生成される低級酸化物は本質的に除去できないが、
本発明によるプラズマ活性化処理が効果的である。
すなわち、耐摩耗性、高平滑性,硬度等が著しく向上
し、産業的にも十分価値のある磁気記録媒体の製造を可
能とし、従来問題とされていた連続形成上の律則点も回
避することができる。
膜を形成することで、緻密で良好な膜質を得ることがで
きる。特にピンホールの数が30個/mm2 以下である
という極めて緻密な炭素被膜を得ることができ、保護膜
として極めて有用である。
マを維持するに必要な最低の電圧(Sustainin
g Voltage)との関係を示す。
度(Ne)との関係を示す。
Claims (24)
- 【請求項1】 超音波振動している基体の表面に炭素被
膜を形成することを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項2】 基体を超音波振動させながら、プラズマ
を用いて前記基体の表面に炭素被膜を形成する被膜方法
であって、 前記炭素被膜はピンホールが30個/mm2以下である
ことを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項3】 請求項2において、高周波電力を用い
て、前記プラズマを発生することを特徴とする被膜形成
方法。 - 【請求項4】 請求項2において、電磁エネルギーを用
いて、前記プラズマを発生することを特徴とする被膜形
成方法。 - 【請求項5】 請求項4において、直流バイアス又は交
流バイアスを用いて、前記プラズマを発生することを特
徴とする被膜形成方法。 - 【請求項6】 請求項2〜5のいずれか1項において、
1kHz〜100MHzで振動する圧電素子を用いて、
前記基体を超音波振動させることを特徴とする被膜形成
方法。 - 【請求項7】 高周波電源に接続された給電電極と接地
電極の間で反応性気体をプラズマ化して、給電電極と接
地電極の間に配置された基体の表面に炭素被膜を形成す
る被膜形成方法であって、 前記基体は圧電素子を挟んだ一対の電極の一方の電極上
に配置された状態で、給電電極と接地電極の間に配置さ
れており、前記一対の電極によって前記圧電素子に電圧
を印加して圧電素子を超音波振動させながら、前記基体
の表面に炭素被膜を形成することを特徴とする被膜形成
方法。 - 【請求項8】 請求項7において、周波数1KHz〜1
00MHzで前記圧電素子を振動させることを特徴とす
る被膜形成方法。 - 【請求項9】 一対の電極の間で反応性気体をプラズマ
化して、前記一対の電極の間に配置された基体の表面に
炭素被膜を形成する被膜形成方法であって、 前記基体を前記一対の電極の一方の電極上に配置し、当
該電極を超音波振動子により振動させながら、前記基体
の表面に炭素被膜を形成することを特徴とする被膜形成
方法。 - 【請求項10】 巻き送りドラムに巻かれたテープ状の
基体を巻き取りドラムに巻き取ることで前記基体の被膜
が形成されるべき被膜形成面を移動させながら、一対の
電極の間に反応性気体を供給して、前記基体の表面に炭
素被膜を形成する方法であって、 前記被膜形成面の移動を案内するガイドローラを超音波
振動させ、かつ前記基体を前記ガイドローラーに接触さ
せることにより、前記基体に超音波振動を加えながら、
前記被膜形成面を前記一対の電極の間を通過させること
を特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項11】 一対の電極の間で放電を起こして、基
体の表面に炭素被膜を形成する方法であって、 前記一対の電極は2つの前記ローラーの間に設けられ、
前記複数のローラーによって前記基体に超音波振動を加
えることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項12】 一対の電極の間をテープ状の基体を走
行させながら、前記基体の表面に炭素被膜を形成する方
法であって、 前記一対の電極の間にない部分で前記基体に超音波振動
を加えることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項13】 炭素被膜を形成する方法であって、 高周波電源に接続された給電電極と接地電極の間に放電
を起こして、基体の表面に炭素被膜を形成する間に、前
記高周波電源を超音波振動させ、かつ前記基体を前記給
電電極に接触さて、前記基体を超音波振動させることを
特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項14】 炭素被膜を形成する被膜形成方法であ
って、 高周波電源に接続された給電電極に接触させて基体を配
置する工程と、 前記基体を超音波振動させる工程と、 前記給電電極と接地電極の間に放電を起こして、前記基
体の表面に炭素被膜を形成する工程とを有することを特
徴とする被膜形成方法。 - 【請求項15】 請求項14において、前記基体はフィ
ルム状の基体であることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項16】 請求項15おいて、前記給電電極と前
記接地電極の間を前記基体の被膜が形成されるべき被膜
形成面が通過するように、前記被膜形成面を移動させる
工程を有し、 前記給電電極と前記接地電極の間を通過した前記被膜形
成面に前記炭素被膜が形成されることを特徴とする被膜
形成方法。 - 【請求項17】 炭素被膜を形成する被膜形成方法であ
って、 高周波電源に接続された給電電極に接触させて磁気記録
媒体を配置する工程と、 前記磁気記録媒体を超音波振動させる工程と、 前記給電電極と接地電極の間に放電を起こして、前記磁
気記録媒体の表面に炭素被膜を形成する工程とを有する
ことを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項18】 請求項17において、前記磁気記録媒
体は磁気テープであることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項19】 テープ状の基体の表面に炭素被膜を形
成する被膜形成方法であって、 巻き送りドラムに巻かれたテープ状の基体を巻き取りド
ラムに巻き取ることで前記基体の被膜が形成されるべき
被膜形成面を移動させる工程と、 高周波電源に接続された給電電極によって、前記給電電
極と前記接地電極の間に存在する被膜形成面を超音波振
動させる工程と、 前記給電電極と接地電極の間に反応性気体を供給しプラ
ズマ化して、前記被膜形成面に炭素被膜を形成する工程
とを有することを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項20】 請求項18又は19において、前記被
膜形成面の振動方向は前記被膜形成面に垂直であること
を特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項21】 請求項18又は19において、前記被
膜形成面の振動方向は前記被膜形成面に平行であること
を特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項22】 請求項12〜21のいずれか1項にお
いて、前記炭素被膜はピンホールが30個/mm2 以
下であることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項23】 請求項1〜22のいずれか1項におい
て、前記炭素被膜膜には少なくともSi、B、N、P、
F選ばれた一種類の元素を20原子%以下含むことを特
徴とする被膜形成方法。 - 【請求項24】 請求項1〜23のいずれか1項におい
て、前記炭素被膜はダイヤモンドライクカーボンである
ことを特徴とする被膜形成方法。
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JP6-119632 | 1994-05-09 | ||
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---|---|---|---|---|
JP2002031893A (ja) * | 2000-07-19 | 2002-01-31 | Utec:Kk | 微細加工方法、反射防止膜及びその成膜方法、ハードディスクヘッドの製造方法 |
KR20030055952A (ko) * | 2001-12-27 | 2003-07-04 | 엘지전자 주식회사 | 역전구조 디스크의 보호층 코팅방법 |
-
1999
- 1999-10-13 JP JP29102799A patent/JP3352435B2/ja not_active Expired - Fee Related
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