JP2000222724A

JP2000222724A - 製膜方法および磁気記録媒体の製造方法

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Publication number: JP2000222724A
Application number: JP11025035A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kozu; 順一神津; Yuji Honda; 祐二本多
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Universal Technics Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Universal Technics Co Ltd
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP3836991B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製膜速度が経時的に変動しない様に改良された
製膜方法を提供する。【解決手段】製膜室内で真空条件下に加熱されたフィラ
メント状のカソードとアノードとの間の放電により製膜
原料ガスをプラズマ状態とし、そして、マイナス電位に
より上記のプラズマを基板表面に加速衝突させて製膜す
る、熱フィラメント−プラズマＣＶＤ装置を使用し、製
膜室への基板の搬入、製膜、基板の搬出の操作を順次に
繰り返して連続的に製膜する方法において、製膜原料ガ
スとして炭素含有モノマーガスを使用し、炭素が主成分
である膜を製膜するに当たり、製膜室内に不活性ガスを
導入して不活性ガスプラズマによるフィラメント状カソ
ードのクリーニング処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製膜方法および磁
気記録媒体の製造方法に関し、詳しくは、熱フィラメン
ト−プラズマＣＶＤ（プラズマ促進化学蒸着）装置を使
用した製膜方法および磁気記録媒体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱フィラメント−プラズマＣＶＤ（Ｆ−
ｐＣＶＤ）装置は、製膜室内で真空条件下に加熱された
フィラメント状のカソードとアノードとの間の放電によ
り製膜原料ガスをプラズマ状態とし、そして、マイナス
電位により上記のプラズマを基板表面に加速衝突させて
製膜する装置である。カソード及びアノードは、共に金
属で構成されるが、特にフィラメント状のカソードに
は、通常、タングステンやタンタル等の金属が使用され
る。本装置によれば、製膜原料ガスの種類に応じ、炭素
（Ｃ）膜、ケイ素（Ｓｉ）膜、窒素（Ｎ）化膜などの製
膜が可能である。

【０００３】炭素が主成分である膜を製膜する場合、Ｆ
−ｐＣＶＤ装置による製膜方法は、炭素含有モノマー
（液体）を使用することが出来るため、取扱いが容易で
ある等の利点を有する。従って、この製膜方法は、特に
磁気記録媒体の保護層の形成手段として注目され、ま
た、この製膜方法で得られた上記の膜から成る保護層
は、スパッタ膜に比し、薄膜領域で高い耐久性を有す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｆ−ｐＣＶ
Ｄ装置を使用し、製膜室への基板の搬入、製膜、基板の
搬出の操作を順次に繰り返して連続的に製膜する方法に
おいて、製膜原料ガスとして炭素含有モノマーガスを使
用し、炭素が主成分である膜を製膜する場合、経時的に
製膜速度が変動して安定生産上支障を来すという問題が
ある。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、その目的は、熱フィラメント−プラズマＣＶＤ装
置を使用し、炭素が主成分である膜を連続的に製膜する
に当たり、製膜速度が経時的に変動しない様に改良され
た製膜方法、および、当該製膜方法を利用した磁気記録
媒体の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく種々検討を重ねた結果、経時的に製膜速
度が変動する主たる原因は、熱フィラメント（カソー
ド）表面に不規則に炭素含有モノマーガスが吸着するた
め、放出される熱電子量が一定に保持されないことによ
るとの知見を得た。すなわち、熱フィラメント表面にモ
ノマーガスが吸着することにより熱フィラメントの仕事
関数が変動したり、吸着ガスにより熱フィラメント表面
から放出される熱電子量が減衰する。

【０００７】本発明は、上記の知見に基づき更に検討を
進めた結果として完成されたものであり、その第１の要
旨は、製膜室内で真空条件下に加熱されたフィラメント
状のカソードとアノードとの間の放電により製膜原料ガ
スをプラズマ状態とし、そして、マイナス電位により上
記のプラズマを基板表面に加速衝突させて製膜する、熱
フィラメント−プラズマＣＶＤ装置を使用し、製膜室へ
の基板の搬入、製膜、基板の搬出の操作を順次に繰り返
して連続的に製膜する方法において、製膜原料ガスとし
て炭素含有モノマーガスを使用し、炭素が主成分である
膜を製膜するに当たり、製膜室内に不活性ガスを導入し
て不活性ガスプラズマによるフィラメント状カソードの
クリーニング処理を行うことを特徴とする製膜方法に存
する。

【０００８】そして、本発明の第２の要旨は、非磁性基
板上に少なくとも磁性層を形成した後に保護層を形成す
る磁気記録媒体の製造方法において、請求項１又は２に
記載の製膜方法により炭素が主成分である保護層を形成
することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法に存す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明において好適に使用さ
れるＦ−ｐＣＶＤ装置の一例の概念説明図である。図１
に示されたＦ−ｐＣＶＤ装置は、基板の両面に同時に製
膜可能な装置であり、左右対称の構成を備えているが、
便宜上、右側の構成の一部は図示を省略している。

【００１０】先ず、Ｆ−ｐＣＶＤ装置を使用した本発明
の製膜方法について説明する。Ｆ−ｐＣＶＤ装置は、基
本的には、前述の通り、製膜室内で真空条件下に加熱さ
れたフィラメント状のカソードとアノードとの間の放電
により製膜原料ガスをプラズマ状態とし、そして、マイ
ナス電位により上記のプラズマを基板の表面に加速衝突
させて製膜する装置である。図１に示したＦ−ｐＣＶＤ
装置は次の様な構成を備えている。

【００１１】円筒状の製膜室（１）は、導電体で形成さ
れた真空チャンバー壁（５）によって気密可能に構成さ
れ、真空チャンバー壁（５）は、その下側中央部に配置
された接続管（６）を介し、トランスファーケース用真
空排気ユニットを備えたトランスファーケース及び製膜
室用真空排気ユニットを備えたダクト（何れも図示せ
ず）に接続されている。そして、接続管（６）の内部に
は、昇降アーム（１５）が配置され、昇降アーム（１
５）は、トランスファーケース（図示せず）の内部に配
置されたハンドリングロボット（図示せず）によって操
作される。なお、トランスファーケース用真空排気ユニ
ット及び製膜室用真空排気ユニットは、製膜運転中、常
時稼働している。

【００１２】カソード（２）は、真空チャンバー壁
（５）の側部から製膜室（１）内に貫通した２個のソケ
ット（７）の先端部に形成され、交流のカソード電源
（８）に接続されている。アノード（３）は、特別にロ
ート状の形状を有し且つその内周面の中央部付近でカソ
ード（２）を包囲する位置に配置される。そして、アノ
ード（３）は、ソケット（７）と同様に配置されたソケ
ット（９）を介しアノード電源（１０）（アノード
（３）側でプラス電位の電流）に接続されている。ま
た、ソケット（７）の表面は、付着した炭素膜の剥離を
防止するため、金属溶射などで表面を粗面化するのが好
ましい。

【００１３】ソケット（７）及びソケット（９）は、真
空チャンバー壁（５）に対し、電気絶縁性の気密体とし
て構成されている。また、アノード（３）は、真空チャ
ンバー壁（５）の内周面に対して電気絶縁性の固定手段
（図示せず）により固定されている。斯かる固定手段と
しては、例えば、真空チャンバー壁（５）の内周面およ
びアノード（３）の外周面から突出する各取付片を絶縁
材を介して接続する手段などが挙げられる。

【００１４】製膜室（１）の内部には、好ましい態様と
して、円筒状の防着部材（遮蔽部材）（１１）が配置さ
れている。防着部材（１１）は、真空チャンバー壁
（５）の内周面に対して電気絶縁性の固定手段（図示せ
ず）により固定されている。また、防着部材（１１）の
アノード（３）側の周端部には、内側に傾斜し且つアノ
ード（３）の最大内径（先端部内径）より小さい外径の
整流部（１２）が設けられ、アノード（３）の先端部と
整流部（１２）との間にはガス流路（１３）が形成され
ている。

【００１５】必要に応じ不活性ガスにより適宜の濃度に
希釈された製膜原料ガスは、真空チャンバー壁（５）の
上部からガス流路（１３）の近傍に貫通した製膜原料ガ
ス供給管（１４）から供給される。

【００１６】円盤状の基板（４）は、昇降アーム（１
５）の先端に固定された支持爪（１６）によって垂直に
支持される。すなわち、基板（４）は、カソード（２）
とアノード（３）に対向した位置に保持される。そし
て、昇降アーム（１５）により、製膜室（１）内に基板
（４）が搬入された場合、接続管（６）と前記トランス
ファーケースの接続部に配置されたソフトシール（図示
せず）が昇降アーム（１５）と接することにより、製膜
室（１）と上記トランスファーケースとが実質的に遮断
される。なお、製膜室（１）内の真空状態は、引き続
き、製膜室用真空排気ユニットにより維持される。

【００１７】基板（４）の支持位置の両サイドには、好
ましい態様として、膜厚補正板（１７）が配置される。
基板（４）が円盤状の場合、その外周部と中心部は、薄
膜が厚く形成される傾向があり、また、基板（４）の両
面に同時に製膜する際に左右のプラズマが互いに影響し
合う領域となる。膜厚補正板（１７）は、円盤状の基板
（４）の中心部と外周部を覆う様なドーナツ形状を有
し、基板（４）の全体に亘り、形成される薄膜の厚さを
均一にする機能を有する。

【００１８】膜厚補正板（１７）の外周部は、防着部材
（１１）の端部に固定され、内周部（１７ａ）は、外周
部に設けられた支持アーム（１８）に支持される。その
結果、膜厚補正板（１７）は、防着部材（１１）と同
様、真空チャンバー壁（５）の内周面に対して電気絶縁
性の状態である。すなわち、膜厚補正板（１７）は、防
着部材（１１）と共に、電気的に浮いて独立した状態
（フロート電位）に維持されている。

【００１９】真空チャンバー壁（５）のアノード（３）
側近傍の内部には、真空チャンバー壁（５）の異常加熱
防止のため、冷却水循環路（１９）が設けられ、冷却水
供給管（２０）から冷却水が供給される。

【００２０】カソード電源（８）の一端はアース（２
１）に接続され、また、真空チャンバー壁（５）はアー
ス（２２）に接続されている。そして、カソード電源
（８）のアース側と基板（４）との間は、基板（４）側
でマイナス電位となる直流のイオン加速用電源（２３）
で接続されている。

【００２１】通常、カソード電源（８）には０〜２０ｖ
（０〜５０Ａ）、アノード電源（１０）には０〜２００
ｖ（０〜５０００ｍＡ）、イオン加速用電源（２３）に
は０〜１５００ｖ（０〜２００ｍＡ）が適用される。な
お、製膜運転中、カソード（２）は、常時、通電加熱さ
れている。

【００２２】上記の様なＦ−ｐＣＶＤ装置による連続的
な製膜方法は、次の様に、主として、製膜室（１）への
基板（４）の搬入、製膜、基板（４）の搬出から成る操
作を順次に繰り返して行われる。

【００２３】先ず、ハンドリングロボット（図示せず）
の昇降アーム（１５）を上昇して基板（４）を製膜室
（１）内に搬入する。

【００２４】次いで、製膜原料ガス供給管（１４）から
製膜原料ガスを供給する。これにより、製膜原料ガスは
ガス流路（１３）を通して製膜室（１）に流れ込む。以
上の操作はガス安定化と呼ばれる。なお、この際の製膜
室（１）内の圧力は、前述の製膜室用真空排気ユニット
の能力によって決定される。

【００２５】次いで、アノード（３）及び基板（４）に
対し、夫々アノード電源（１０）及びイオン加速用電源
（２３）から所定の電位を印加する。これにより、常に
高温に加熱されたカソード（２）からアノード（３）に
向かって多量の熱電子が放出され、両電極の間でグロー
放電が開始される。そして、放電によって生じた熱電子
は、製膜原料ガスをイオン化してプラズマ状態にする。
プラズマ状態の製膜原料イオンは、基板（４）のマイナ
ス電位によって加速され、基板（４）に衝突して付着
し、炭素が主成分である膜が製膜される。なお、例えば
トルエンを使用した場合、プラズマ領域においては次の
（Ｉ）の反応が起こり、基板（４）の表面では次の（I
I）の反応が起こっていると考えられる。

【００２６】

【化１】Ｃ₇Ｈ₈ + ｅ- → Ｃ₇Ｈ₈ ⁺ + ２ｅ- ・・・（Ｉ）Ｃ₇Ｈ₈ ⁺ + ｅ- → Ｃ₇Ｈ₂ + ３Ｈ₂↑ ・・・（II）

【００２７】次いで、製膜原料ガスの供給を停止して製
膜を終了する。その後、前述の製膜室用真空排気ユニッ
トにて製膜室（１）内に残留する原料ガスが排気されて
製膜室（１）内の圧力が原料ガスの供給前のレベルに復
帰するのを待った後、昇降アーム（１５）を降下させる
ことにより、製膜室（１）から前述のトランスファーケ
ースに基板（４）を搬出する。

【００２８】本発明においては、前記の製膜原料ガスと
して炭素含有モノマーガスを使用する。炭素含有モノマ
ーの具体例としては、メタン、エタン、プロパン、エチ
レン、アセチレン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素、
アルコール類、窒素含有炭化水素、フッ素含有炭化水素
などが挙げられる。特に、ベンゼン、トルエン又はピロ
ールが好適に使用される。また、必要に応じ、炭素含有
モノマーの濃度調節および膜質調節のために使用される
不活性ガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｏ₂等が
挙げられる。

【００２９】本発明の特徴は、上記の様にして、炭素が
主成分である膜を連続的に製膜するに当たり、製膜室
（１）内に不活性ガスを導入して不活性ガスプラズマに
よるフィラメント状カソード（２）のクリーニング処理
を行う点にある。

【００３０】上記の不活性ガスとしては、カソード
（２）の表面に形成されたカーバイド膜をプラズマエッ
チングし得る限り特に制限されないが、通常、アルゴン
が使用される。また、クリーニング処理の実施頻度は、
カソード（２）のカーバイド化の程度を勘案して適宜決
定される。例えば、複数回の製膜の後に一定間隔で行う
方法、任意の間隔で行う方法などを適宜採用することが
出来る。

【００３１】しかしながら、頻度決定のための特別な検
討を要さず、しかも、一回毎に常に安定して製膜を行い
得る点から、製膜の都度にクリーニング処理を行う方法
が好ましい。この場合、クリーニング処理は、前記の一
連の操作の中に次の様に組み込まれる。すなわち、搬入
−ガス安定化−製膜−クリーニング処理−排気−搬出の
一連の操作を行う。

【００３２】また、本発明においては、熱フィラメント
表面にモノマーガスが吸着することにより熱フィラメン
トの仕事関数が変動することを防止し、吸着ガスにより
熱フィラメント表面から放出される熱電子量の減衰のみ
に対処するためにカソードのクリーニング処理を行うこ
とが好ましい。従って、最初の製膜前において、一旦、
カソード（２）の温度を製膜時の温度より高くすると共
に炭素含有モノマーガスの濃度を製膜時の濃度より高く
することにより、カソード（２）をカーバイド化するの
が好ましい。

【００３３】次に、本発明の磁気記録媒体の製造方法に
ついて説明する。本発明の特徴は、非磁性基板上に少な
くとも磁性層を形成した後に炭素が主成分である保護層
を形成する磁気記録媒体の製造方法において、上記の製
膜方法により保護層を形成する点にある。

【００３４】非磁性基板としては、通常、無電解メッキ
法によりＮｉ−Ｐ層を設けたＡｌ合金板が使用される
が、その他、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属基板、ガラス基板、セ
ラミック基板、炭素質基板または樹脂基板なども使用す
ることが出来る。

【００３５】磁性層、すなわち、強磁性金属薄膜層は、
無電解メッキ、スパッタリング、蒸着などの方法によっ
て形成される。磁性層の具体例としては、Ｃｏ−Ｐ、Ｃ
ｏ−Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、
Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐ
ｔ−Ｔａ系合金などの強磁性金属薄膜が挙げられる。磁
性層の厚さは通常１０〜７０ｎｍ程度とされる。また、
必要に応じ、複数層の磁性層を構成することも出来る。

【００３６】非磁性基板上に形成する他の層としては、
非磁性基板と磁性層の間に設ける下地層や中間層などが
挙げられる。下地層としては、通常、スパッタリングに
より形成した５〜２００ｎｍ厚さのＣｒ層が使用され
る。下地層の上に設けられる中間層の材料は、公知の材
料から適宜選択される。

【００３７】本発明において、保護層は、通常、磁性層
の表面に設けられるが、必要に応じて他の層を介して設
けてもよい。また、保護層の表面には、通常、パーフル
オロポリエーテル、高級脂肪酸またはその金属塩などの
潤滑層が形成される。

【００３８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。

【００３９】なお、以下の例においては、保護層として
炭素膜を有する磁気記録媒体を連続的に製造した。保護
層の製膜の際には図１に示したＦ−ｐＣＶＤ装置を使用
した。また、基板として、表面平均粗さ１．５ｎｍ、直
径３．５インチのＮｉ−Ｐメッキ被覆Ａｌ合金ディスク
基板を使用した。そして、基板上に表面粗さが１．０ｎ
ｍになる様に機械テキスチャー加工（表面処理）を施し
た後にＣＳＳゾーンにレーザーテキスチャを施して使用
した。

【００４０】実施例１先ず、スパッタリング法により、基板温度２４０℃で、
Ｃｒ下地層（厚さ４０ｎｍ）、Ｃｏ合金磁性層（厚さ３
０ｎｍ）を形成した。

【００４１】次いで、図１に示すＦ−ｐＣＶＤ装置を使
用し、製膜原料ガスとしてトルエンガスを使用し、搬入
−ガス安定化−製膜−クリーニング処理−排気−搬出の
一連の操作を繰り返し、Ｃ保護層（厚さ４ｎｍ）を形成
した。Ｆ−ｐＣＶＤ装置は、予め、トルエンでカソード
（２）をカーバイド化して使用した。

【００４２】上記の製膜操作は、基板（４）の温度を２
００℃、トルエンの供給量を３．５ＳＣＣＭ（標準条件
における１分当たりのＣＣ数）、製膜室（１）内の圧力
を０．１Ｐａ、アノード（３）の印加電圧を７５Ｖと
し、プラズマ電流が１５００ｍＡとなる様にカソード電
源（８）を調整し、イオン加速用電源（２３）には電位
差が４００Ｖとなる様にバイアス電圧を印加し、２．５
秒間行った。

【００４３】また、上記のクリーニング処理操作は、ト
ルエンの供給停止直後にアルゴンを１０ＳＣＣＭ供給
し、製膜室（１）内の圧力を０．３Ｐａ、アノード
（３）の印加電圧を１００Ｖとし、プラズマ電流が３５
００ｍＡとなる様にカソード電源（８）を調整し、２．
５秒間行った。イオン加速用電源（２３）は、カソード
（２）のクリーニング処理効率を高めるために０Ｖとし
た。

【００４４】次いで、Ｃ保護層の表面にパーフルオロポ
リエーテル液体潤滑剤を２ｎｍの厚さで塗布し、磁気記
録媒体とした。

【００４５】以上の連続操作により、５万枚の磁気記録
媒体を連続的に製造した。そして、２千枚毎にＣ保護層
の厚さを測定し、その結果を図２に示した。同図から明
らかな様に、Ｃ保護層の厚さ変動は±５％以内に抑えら
れており、生産が安定していることが分かる。

【００４６】比較例１実施例１において、Ｃ保護層の形成の際にクリーニング
処理を省略した以外は、実施例１と同様にして磁気記録
媒体を連続的に製造した。そして、２千枚毎にＣ保護層
の厚さを測定し、その結果を図３に示した。同図から明
らかな様に、Ｃ保護層の厚さ変動は±５％を超えてお
り、生産が安定していないことが分かる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、製膜速度
が経時的に変動しない様に改良された製膜方法、およ
び、当該製膜方法を利用した磁気記録媒体の製造方法が
提供され、本発明の工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において好適に使用されるＦ−ｐＣＶＤ
装置の一例の概念説明図

【図２】実施例１におけるＣ保護層の厚さ変動を示すグ
ラフ

【図３】比較例１におけるＣ保護層の厚さ変動を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１：製膜室２：カソード３：アノード４：基板５：真空チャンバー壁６：接続管７：ソケット８：カソード電源９：ソケット１０：アノード電源１１：防着部材１２：整流部１３：ガス流路１４：製膜原料ガス供給管１５：昇降アーム１６：支持爪１７：膜厚補正板１７ａ：膜厚補正板の内周部１８：支持アーム１９：冷却水循環路２０：冷却水供給管２１：アース２２：アース２３：イオン加速用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本多祐二千葉県流山市西平井956番地の１株式会社ユーテック内Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA09 AA10 BA27 CA02 DA06 FA01 HA04 LA20 5D112 AA07 BC05 FA10 GA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製膜室内で真空条件下に加熱されたフィ
ラメント状のカソードとアノードとの間の放電により製
膜原料ガスをプラズマ状態とし、そして、マイナス電位
により上記のプラズマを基板表面に加速衝突させて製膜
する、熱フィラメント−プラズマＣＶＤ装置を使用し、
製膜室への基板の搬入、製膜、基板の搬出の操作を順次
に繰り返して連続的に製膜する方法において、製膜原料
ガスとして炭素含有モノマーガスを使用し、炭素が主成
分である膜を製膜するに当たり、製膜室内に不活性ガス
を導入して不活性ガスプラズマによるフィラメント状カ
ソードのクリーニング処理を行うことを特徴とする製膜
方法。
【請求項２】製膜の都度にクリーニング処理を行う請
求項１に記載の製膜方法。
【請求項３】非磁性基板上に少なくとも磁性層を形成
した後に炭素が主成分である保護層を形成する磁気記録
媒体の製造方法において、請求項１又は２に記載の製膜
方法により保護層を形成することを特徴とする磁気記録
媒体の製造方法。