JP2735836B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は磁気テープ等の磁気記録媒体等の製造に使用
される薄膜形成方法に関する。

（ロ） 従来の技術 一般に、強磁性金属薄膜層を磁気記録層とする磁気記
録媒体は、金属もしくはそれらの合金などを真空蒸着法
等によってポリエステルフイルム等の基板上に被着して
つくられ、高密度記録に適した特性を有するが、反面空
気中で除々に酸化を受け易く、最大磁束密度などの磁気
特性が劣化するなどの難点がある。

上述の欠点を解消したものとして、例えば特開昭60−
87437号公報（G11B5/85）に開示されている。真空槽内
に、円筒状キヤンの周面に沿って移動する基板と、この
基板の移動方向に沿って順次にこの基板と対向する強磁
性材蒸発源とイオン源とを配設し、真空雰囲気下で強磁
性材蒸発源から高磁性材の蒸気流を基板に差し向けて、
該基板上に強磁性金属薄膜層を形成した後、引き続いて
イオン源からイオン化した酸素ガスまたは窒素ガスを差
し向けることによって、速い速度で効率よく強磁性金属
薄膜の表面の酸化または窒化を行い保護層を形成し、強
磁性金属薄膜層の耐候性を向上させたものがある。

第４図は従来の窒化鉄系磁気記録媒体の製造に用いら
れる真空蒸着装置の概略断面図である。

図中、（１）は排気系（11）により内部が、１×10^-4
Torr以下の高真空に保たれた真空槽で、該真空槽（１）
の内部にはるつぼ（２）、冷却ローラ（３）、送出しロ
ーラ（５）、巻取りローラ（４）、イオン銃（６）が配
設されている。前記るつぼ（２）内には蒸発源である鉄
（７）が収納されている。前記冷却ローラ（３）には送
出しローラ（４）から送出され巻取りローラ（５）に巻
取られるフイルム基板（８）が巻付けられている。前記
イオン銃（６）はガス導入管（14）からの窒素ガスをイ
オン化して、窒素イオンを前記フイルム基板（８）に向
けて照射する。（９）は遮へい板である。

前記るつぼ（２）より蒸発した鉄の蒸気（10）は前記
冷却ローラ（３）上のフイルム基板（８）上に斜め蒸着
すると同時に、前記イオン銃（６）から窒素イオンビー
ム（12）を前記フイルム基板（８）に照射して該フイル
ム基板（８）上に窒化鉄の薄膜を形成する。

しかし乍ら、上記従来例の場合、イオン銃（６）から
平行性の良い窒素イオンビーム（12）を引き出すために
は、イオンビーム中のイオンの運動エネルギーが数百Ｖ
以上になるようにイオンを加速しなければならない。そ
して、このような運動エネルギーをもったイオンがフイ
ルム基板（８）に到達すると、鉄の窒化反応と共に窒化
鉄の熱解離反応が起こり、窒化効率が低下する。また、
前記フイルム基板（８）として絶縁物を用いた場合、該
基板（８）は窒素イオンの蓄積によりチヤージアツプ
し、窒素イオンの基板への入射効率が低下する。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は上記従来例の欠点に鑑みなされたものであ
り、基板に被着した被膜のチヤージアツプを防止して、
被膜を効率良く形成することが出来る薄膜形成方法を提
供することを目的とするものである。

（ニ） 課題を解決するための手段 プラズマ生成室より得た正イオン及び電子を、蒸発源
からの蒸気と同時に基板に照射して該基板に薄膜を被着
する薄膜形成方法において、前記正イオン及び電子を、
前記薄膜の蒸着部分近傍に設けられた磁場発生部によっ
て、前記基板の前記蒸気が蒸着する部分に収束させる。

（ホ） 作用 上記方法に依れば、基板に到達した正イオンは電子に
よって打ち消され、前記基板はチヤージアップせず、更
に、プラズマ生成室からの正イオン及び電子を効率良く
薄膜の形成に利用出来る。

（ヘ） 実施例 以下、図面を参照しつつ本発明の第１実施例を詳細に
説明する。

第１図は第１実施例に用いられる真空蒸着装置の概略
断面図であり、第４図と同一部分には同一符号を付し、
その説明は第４図の説明を援用する。

図中、（13）はガス導入管（14）より窒素ガスが導入
され、内部のガス圧が１×10^-3Torr程度であるプラズマ
生成室で、該プラズマ生成室（13）の周面にはソレノイ
ドコイル（15）が巻回されている。前記プラズマ生成室
（13）は真空槽（１）の底面に平行に配されている。
（16）は前記プラズマ生成室（13）の内外に気圧差を形
成するためのグリツドである。前記グリツド（16）の中
心とフイルム基板（８）の蒸着面の中心との距離は10cm
である。

第２図は前記プラズマ生成室の詳細な構造を示す図で
ある。前記プラズマ生成室（13）の内部には交流電源
（17）に接続されたフイラメント（18）と、直流電源
（19）により正に印加されたアノード電極（20）（20）
とが配設されている。（26）は遮へい板である。

上述のようなプラズマ生成室では、ソレノイドコイル
（15）により破線で示す磁力線（21）が形成される。一
方、ガス導入管（14）より導入された中性窒素分子（2
2）は、フイラメント（18）から放出されアノード電極
（20）によって加速される熱電子（23）と衝突すること
によりイオン化される。そして、この時発生した低エネ
ルギーの分子状の窒素イオン（N₂ ⁺）（24）と電子（2
5）とは前記磁力線（21）により磁場勾配及びグリツド
（16）による気圧差によってプラズム生成室（13）から
外部に放射状に引き出される。

上述のような第１実施例の製造方法では前記プラズマ
生成室（13）より引き出された窒素イオン（24）及び電
子（25）は、るつぼ（２）からの鉄の蒸気（10）と同時
にフイルム基板（８）に照射される。このため、前記フ
イルム基板（８）に到達した窒素イオン（24）は電子
（25）によって打ち消され、前記基板（８）はチヤージ
アツプしない。また、前記窒素イオン（24）及び電子
（25）の運動エネルギーは小さいのでフイルム基板
（８）上に形成された窒化鉄膜は熱解離しない。尚、前
記蒸気（10）、窒素イオン（24）及び電子（25）は遮へ
い板（26）によりフイルム基板（８）の送出側に到達す
るのが防止される。

第３図は第１実施例の製造方法により、窒化鉄膜を形
成した場合（イ）と、第４図に示すように熱電子衝突型
のイオン銃を用いて窒化鉄膜を形成した場合（ロ）の膜
形成速度と保磁力との関係を示す図である。この実験結
果は（イ）（ロ）両方とも真空槽（１）内の窒素のガス
圧が８×10^-5Torr、窒素イオンのイオン電流が250μA/c
m²、鉄の蒸気の基板への最小入射角θが65゜の条件下で
蒸着速度を変化させて基板上に2000Åの窒化鉄膜を形成
した時の保磁力を測定することにより得た。尚、（ロ）
の場合の窒素イオンの加速電圧は500Vである。この図よ
り、第１実施例の製造方法に依れば、良好な磁気特性が
得られる時の蒸着速度は従来の製造方法に比して約３倍
向上したことが判る。

尚、熱電子衝突型のプラズマ生成室の代りにマイクロ
波型のプラズマ生成室を用いても同様の効果を得る。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

第５図は第２実施例に用いられる真空蒸着装置の要部
概略断面図であり、第１図及び第２図と同一部分には同
一符号を付し、その説明は第１図及び第２図の説明を援
用する。

第２実施例の真空蒸着装置は冷却ローラ（３）の蒸着
部分近傍内部には永久磁石（磁場発生部）（26）が前記
冷却ローラ（３）の回転に伴って移動しないように固定
されて組み込まれている。プラズマ生成室（13）のソレ
ノイドコイル（15）によって形成された磁力線（21）は
前記永久磁石（26）による磁力線（27）と合成してミラ
ー型磁場を形成し、フイルム基板（８）の蒸気（10）が
蒸着する部分に収束する磁力線（28）となる。尚、前記
永久磁石（26）の磁極の向きは前記プラズマ生成室（1
3）からの磁力線（21）の向きによって決まる。

この第２実施例の磁気記録媒体の製造方法では、プラ
ズマ生成室（13）で生成された窒素イオン（24）及び電
子（25）は第１実施例と同様に前記プラズマ生成室（1
3）から引き出され、磁力線（28）により蒸気（10）の
最小入射角θ方向に誘導される。このため、前記蒸気
（10）の入射角が大きく鉄の堆積速度が遅い所では、前
記窒素イオン（24）及び電子（25）よりなる窒素プラズ
マは低密度であり、前記蒸気（10）の入射角が小さく鉄
の堆積速度が速い所では、前記窒素イオン（24）及び電
子（25）よりなる窒素プラズマは高密度である。即ち、
この様にして形成された窒化鉄膜は表層から深層まで窒
化度は均一であり、良好な磁性層を形成出来る。また、
窒素イオン（24）及び電子（25）が効率良くフイルム基
板（８）に入射するので、良好な窒化鉄膜を高速で形成
することが出来る。尚、磁場発生部を電磁石で形成して
もよい。

第６図は第１実施例の装置により窒化鉄膜を形成した
場合（ハ）と、第５図に示す第２実施例の装置により窒
化鉄膜を形成した場合（ニ）の膜形成速度と保磁力との
関係を示す図である。この実験結果は蒸着中の真空槽
（１）内の窒素のガス圧が１×10^-4Torr、鉄の蒸気の基
板への最小入射角θが65゜の条件下で蒸着速度を変化さ
せて基板上に2000Åの窒化鉄膜を形成した時の保磁力を
測定することにより得た。この時、冷却ローラ（３）表
面の最も強い磁場は（ハ）が30G、（ニ）が100Gであ
る。また、プラズマ生成装置としてはカウフマン型イオ
ン源と同原理の熱電子衝突型の装置を用い、放電電力は
100V、2Aと一定である。尚、鉄の蒸着速度は水晶振動子
膜厚計により制御し、保磁力は振動試料型磁力計により
測定した。

第６図から判るように、高保磁力が得られる時の膜形
成速度は（ハ）の場合400Å/minであるのに対し、
（ニ）の場合1000Å/minと約2.5倍になり、この時の保
磁力も1210Oeと（ハ）の場合の910Oeに比べて大きくな
った。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

第７図は第３実施例に用いられる真空蒸着装置のプラ
ズマ生成室の断面図であり、第３実施例の真空蒸着装置
は第１実施例の真空蒸着装置のプラズマ生成室（13）の
位置に第７図に示すプラズマ生成室を装着した以外は第
１実施例の真空蒸着装置と同じである。

第３実施例のプラズマ生成室（29）は、モリブデンか
らなる厚さ0.2mm、開口率30％のメツシユ状の分離板（3
0）によって第１生成室（31）と第２生成室（32）とに
分離されている。前記第１生成室（31）の内部には交流
電源（33）に接続されたフイラメント（34）と、直流電
源（35）により正に印加されたアノード電極（36）（3
6）とが配設されている。また、前記第１生成室（31）
の周面にはソレノイドコイル（37）が巻回されている。
（38）は前記第１生成室（31）内にヘリウムガスを導入
するガス導入管である。尚、前記アノード電極（36）の
電圧は200V、電流は4Aであり、前記ソレノイドコイル
（37）によって前記第１生成室（31）の中心に発生する
磁場の強さは200Oeである。

前記第２生成室（32）の内部には直流電源（39）によ
り正に印加されたアノード電極（40）（40）が配設され
ており、周面にはソレノイドコイル（41）が巻回されて
いる。（42）は前記第２生成室（32）内に窒素ガスを導
入するガス導入管である。尚、前記アノード電極（40）
の電圧は100V、電流は4Aであり、前記ソレノイドコイル
（41）によって前記第２生成室（32）の中心に発生する
磁場の強さは100Oeである。

上述のようなプラズマ生成室では、ガス導入管（38）
より導入された中性ヘリウム分子（43）は、フイラメン
ト（34）から放出されアノード電極（36）によって加速
される熱電子（44）と衝突することによりイオン化され
ヘリウムイオン（He⁺）（45）と電子（46）に分離す
る。そして、この分離されたヘリウムイオン（He⁺）（4
5）と電子（46）は第１生成室（31）と第２生成室（3
2）との気圧差によって第２生成室（32）に輸送され
る。この第２生成室（32）に輸送されたヘリウムイオン
（He⁺）（45）と電子（46）はガス導入管（42）より導
入された中性窒素分子（47）に衝突する。ここで、前記
中性窒素分子（47）に電子（46）が衝突すると、第７図
の（イ）に示す反応が起こり、前記中性窒素分子（47）
は分子状の窒素イオン（N₂ ⁺）（48）と電子（49）に分
離する。また、前記中性窒素分子（47）にヘリウムイオ
ン（He⁺）（45）が衝突すると N₂＋He⁺→Ｎ＋N⁺＋He の反応と N₂＋He⁺→N₂ ⁺＋He の反応とが約6:4の比率で起こる。即ち、前記中性窒素
分子（47）にヘリウムイオン（He⁺）（45）が衝突する
と第７図の（ロ）に示す反応により中性窒素原子（50）
と原子状の窒素イオン（N⁺）（51）とヘリウム原子（5
2）とが生成され、第７図の（ハ）に示す反応により分
子状の窒素イオン（N₂ ⁺）（53）とヘリウム原子（54）
とが生成される。第７図の（イ）（ロ）（ハ）に示す上
述の反応により生成されたヘリウム原子（43）（52）
（54）、窒素分子（47）、電子（44）（46）（49）、分
子状の窒素イオン（N₂ ⁺）（48）（53）、ヘリウムイオ
ン（45）、窒素原子（50）原子状の窒素イオン（N⁺）
（51）よりなる場合プラズマガス（55）はソレノイドコ
イル（41）により形成される磁場勾配と第２生成室（3
2）内外の気圧差とによって外部に放射状に引き出され
る。そして、外部に引き出された混合プラズマガス（5
5）は第１実施例と同様にるつぼからの鉄の蒸気と同時
にフイルム基板に照射され、該フイルム基板上には窒化
鉄の磁性薄膜が形成される。

尚、薄膜形成時の真空度は第１生成室（31）内が５×
10^-3〜１×10^-2Torr、第２生成室（32）内が１×10^-3To
rr、真空槽（１）内が２×10^-4Torrである。また、薄膜
形成前の真空槽（１）内の真空度は８×10^-6Torrであ
る。

一般に原子状の窒素イオン（N⁺）は分子状の窒素イオ
ン（N₂ ⁺）よりも活性であり、しかも前記窒素イオン（N
⁺）は単原子イオンであるため侵入型窒化物である窒化
鉄を形成する場合、窒素イオン（N₂ ⁺）よりも鉄原子間
に侵入し易い。即ち上述の第３実施例の製造方法では、
第７図の（ロ）に示す反応により窒素イオン（N⁺）が多
量に生成され、窒化鉄の薄膜が高速で形成される。

第８図は第１実施例の装置により窒化鉄膜を形成した
場合（ホ）と、第７図に示す第３実施例の装置により窒
化鉄膜を形成した場合（ヘ）の膜形成速度と保磁力との
関係を示す図である。この実験結果は蒸着中の真空槽
（１）内のガス圧が２×10^-4Torr、鉄の蒸気の基板への
最小入射角θが65゜の条件下で蒸着速度を変化させて基
板上に2000Åの窒化鉄膜を形成した時の保磁力を測定す
ることにより得た。尚、プラズマ生成室へのガス導入量
は、（ホ）の場合、窒素ガスが5sccmであり、（ヘ）の
場合、窒素ガスが6sccm、ヘリウムガスが2sccmである。
また、基板近くでのイオン電流密度は、（ホ）（ヘ）共
に2mA/cm²である。

第８図から判るように、最大保磁力が得られる時の膜
形成速度は、（ホ）の場合約400Å/minであるのに対
し、（ヘ）の場合2000Å/minと約５倍になり、この時の
保磁力も1030Oeと（ホ）の場合の830Oeに比べて大きく
なった。尚、第３実施例の方が第１実施例よりも高保磁
力の窒化鉄の薄膜を形成出来るのは、原子状の窒素イオ
ン（N⁺）が分子状の窒素イオン（N₂ ⁺）よりも活性であ
るためと考えられる。

（ト） 発明の効果 本発明に依れば、被膜のチヤージアツプを防止するこ
とにより効率良く被膜を形成することが出来る薄膜形成
方法を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の真空蒸着装置の概略断面図、第２
図は第１実施例のプラズマ生成室の概略断面図、第３図
は膜形成速度と保磁力との関係を示す図である。第４図
は従来の真空蒸着装置の概略断面図である。第５図は第
２実施例の真空蒸着装置の要部概略断面図、第６図は膜
形成速度と保磁力との関係を示す図である。第７図は第
３実施例のプラズマ生成室の概略断面図、第８図は膜形
成速度と保磁力との関係を示す図である。 （７）……鉄、（８）……フイルム基板、（10）……蒸
気、（13）……プラズマ生成室、（24）……窒素イオ
ン、（25）……電子、（26）……永久磁石（磁場発生
部）、（51）……原子状の窒素イオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 祐三 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 高橋 誠一郎 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 平 正明 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 京泉 孝浩 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−926（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166930（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−12317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−106767（ＪＰ，Ａ) 実願 昭58−1410号（実開 昭59− 107473号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ生成室より得た正イオン及び電子
   を、蒸発源からの蒸気と同時に基板に照射して該基板に
   薄膜を被着する薄膜形成方法において、前記正イオン及
   び電子を、前記薄膜の蒸着部分近傍に設けられた磁場発
   生部によって、前記基板の前記蒸気が蒸着する部分に収
   束させたことを特徴とする薄膜形成方法。
2. 【請求項２】前記蒸気は前記基板上に斜め蒸着され、前
   記磁場発生部により前記正イオン及び電子を前記蒸気の
   最小入射角方向により誘導することを特徴とする請求項
   １記載の薄膜形成方法。
3. 【請求項３】前記蒸発源が鉄であり、前記正イオンが窒
   素イオンであることを特徴とする請求項１又は２記載の
   薄膜形成方法。
4. 【請求項４】前記窒素イオンが原子状の窒素イオン
   （N⁺）であることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成
   方法。