JP2931606B2 - 高周波スパッタ法および磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、高周波スパッタ法およびこれを用いて磁性
層を形成する磁気記録媒体の製造方法に関する。

＜従来の技術＞ 計算機等に用いられる磁気ディスク駆動装置には、剛
性基板上に磁性層を設層したハードタイプの磁気ディス
クと浮上型磁気ヘッドとが用いられている。

このような磁気ディスク駆動装置においては従来、塗
布型の磁気ディスクが用いられていたが、磁気ディスク
の大容量化に伴い、磁気特性、記録密度等の点で有利な
ことから、スパッタ法等の気相成膜法等により設層され
る連続薄膜型の磁性層を有する薄膜型磁気ディスクが用
いられるようになっている。

薄膜型磁気ディスクとしては、Al系のディスク状金属
板にNi−Ｐ下地層をめっきにより設層するか、あるいは
この金属板表面を酸化してアルマイトを形成したものを
基板とし、この基板上にCr層、Co−Ni等の金属磁性層、
さらにＣ等の保護潤滑膜をスパッタ法により順次設層し
て構成されるものが一般的である。

また、Co−Ni等の金属磁性層の耐食性や硬度を向上さ
せて信頼性を高めるために、特開昭62−43819号公報、
同63−175219号公報に記載されているような酸化鉄を主
成分とする連続薄膜型の磁性層も提案されている。この
磁性層もスパッタ法により形成される。

磁気ディスクとしては、磁性層を基板の両主面に設け
た両面記録型のものが主に用いられている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 両面記録型の磁気ディスクにおいて、磁性層をスパッ
タ法により形成する場合、例えば第３図および第４図に
示されるような基板ホルダが用いられる。

第３図は基板ホルダ３に基板２が保持された状態を示
す正面図である。また、第４図は、第３図のIV−IV線断
面図である。

これらの図において、板状の基板ホルダ３には装填孔
４が設けられている。なお、装填孔４は、通常、複数設
けられる。

装填孔４の基板ホルダ３表面における開口部の直径
は、基板２の直径とほぼ同程度とされる。また、装填孔
４の外周側面の中央部には溝41が設けられている。

磁気ディスク基板２は、装填孔４の開口部から挿入さ
れ、装填孔４の溝41の遊嵌状態にて保持される。

基板２が装填された基板ホルダ３は不活性ガスを含む
真空槽中に搬送され、基板２はその径方向に進行しなが
ら両主面にスパッタ膜が形成される。このとき形成され
るスパッタ膜は、目的とする磁性層そのものの場合もあ
るが、例えばγ−Fe₂O₃磁性層を形成する場合は、Fe₃O₄
膜やα−Fe₂O₃膜など、前駆化合物膜の場合もある。

スパッタターゲットは、基板の両主面にそれぞれ対向
して配置され、それぞれのターゲットには独立して高周
波電界が印加される。

このとき、基板の両側にはそれぞれの高周波電界に対
応するプラズマが発生する。しかし、基板２を貫通する
中心孔21が存在するため、基板近傍でこれらの電界が相
互干渉を起こし、プラズマ放電が不安定となる。このた
め、スパッタ速度が不安定となってしまう。

一方、基板ホルダ３は、スパッタ中、基板２の径方向
に進行しているため、スパッタ速度が不安定となること
により厚さの不均一なスパッタ膜が形成されてしまうこ
とになる。

また、Fe₃O₄膜を形成する場合のように酸化雰囲気中
で反応性スパッタを行なう際には、スパッタ速度が変動
するとスパッタ膜の酸化度が部分的に異なることによ
り、磁気特性が不均一となる。

このような問題を軽減するために、基板中心孔21には
栓５が嵌入され、基板２両側の電界の相互干渉を防いで
いる。

しかし、第３図に示すような基板ホルダでは、基板２
と基板ホルダ３との間に基板−基板ホルダ間隙42が必然
的に生じる。

基板両側の高周波電界は、この間隙を介してやはり相
互干渉するため、上記した問題を避けることは困難であ
る。

また、基板ホルダ３は真空槽を完全に分断しているわ
けではないので、基板ホルダ３の上部や下部などにおい
て電界の相互干渉が生じてしまう。

本発明は、このような事情からなされたものであり、
高周波スパッタ法により基板両主面にスパッタ膜を同時
形成する際に、スパッタ膜の膜厚および特性を均一にす
ることができる高周波スパッタ法と、この高周波スパッ
タ法を用いて連続薄膜型の磁性層を形成することによ
り、磁性層の厚さおよび磁気特性が均一である磁気記録
媒体を得る方法を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明によ
り達成される。

（１）基板のそれぞれの主面に対向してターゲットを設
け、高周波スパッタ法により前記基板の両主面に同時に
スパッタ膜を形成するに際し、 前記基板の一方の主面側において行なわれる高周波ス
パッタの周波数をf_AMHzとし、前記基板の他方の主面側
において行なわれる高周波スパッタの周波数をf_BMHzと
したとき、 0.003≦|f_A−f_B|≦0.013 f_A＝13.56000±0.00678 f_B＝13.56000±0.00678 とすることを特徴とする高周波スパッタ法。

（２）前記基板をターゲットに対して移動させながらス
パッタ膜を形成する上記（１）に記載の高周波スパッタ
法。

（３）反応性スパッタ法である上記（１）または（２）
に記載の高周波スパッタ法。

（４）γ−Fe₂O₃を主成分とする磁性層を剛性基板上に
形成する工程において、上記（１）ないし（３）のいず
れかに記載の高周波スパッタ法を用いることを特徴とす
る磁気記録媒体の製造方法。

＜作用＞ 本発明では、基板の両主面上に同時にスパッタ膜を形
成するに際し、基板の一方の側のスパッタ周波数と他方
の側のスパッタ周波数とを所定の周波数ずらして高周波
スパッタを行なう。

このため、第３図および第４図に示すようにスパッタ
時に基板−基板ホルダ間隙が存在していても、基板両側
の電界同士が有害な相互干渉を起こすことがない。

従って、基板をターゲットに対して移動しながらスパ
ッタを行なう場合でも、厚さの均一なスパッタ膜が得ら
れる。

また、酸素や窒素等の反応性ガスを用いる反応性スパ
ッタに適用する場合、組成の均一なスパッタ膜が得られ
る。

そして、本発明の高周波スパッタ法を連続薄膜型の磁
性層形成に適用すれば、厚さおよび磁気特性が均一な磁
性層が得られる。

なお、特開昭52−65898号公報には、スパッタ電圧を
制御してFe₃O₄を基板上に直接付着させ、これを大気中
で低温酸化させることにより、γ−Fe₂O₃からなる酸化
物磁性薄膜を製造する方法が記載されている。

また、特開昭53−3977号公報には、反応性スパッタリ
ング法により形成されたα−Fe₂O₃膜を還元したFe₃O
₄膜、あるいは反応性スパッタリング法により直接形成
したFe₃O₄膜を、大気中で酸化処理してγ−Fe₂O₃連続薄
膜を形成するに際し、スパッタリング・ターゲットにTi
およびCoを添加する方法が記載されている。

また、特開昭58−84419号公報には、比抵抗値が限定
された非化学量論比のマグネタイトを反応性スパッタリ
ングにより形成し、これを所定の温度で大気中熱処理す
ることによりγ−Fe₂O₃を形成する方法が記載されてい
る。

また、特開昭59−78518号公報には、FeまたはFe合金
をターゲットとし、ArガスまたはArとO₂との混合ガスに
H₂Oガスを混入させた雰囲気中で、反応性スパッタリン
グによりFe₃O₄膜を形成し、この反応性スパッタリング
時に不純物ガスであるCOガスの濃度を所定値以下に抑制
し、さらに、形成されたFe₃O₄膜を酸化処理してγ−Fe₂
O₃膜を形成する方法が記載されている。

上記各公報に記載された発明は、γ−Fe₂O₃を主成分
とする連続薄膜型の磁性層を形成する点では本発明と同
様であるが、上記各公報には、本発明で限定している高
周波スパッタの周波数についての記載はない。

＜具体的構成＞ 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明では、基板のそれぞれの主面に対向してターゲ
ットを設け、高周波スパッタ法により基板の両主面に同
時にスパッタ膜を形成する。

スパッタ法は、真空槽中に不活性ガスのプラズマを発
生させ、このプラズマ中の陽イオンを電界で加速してタ
ーゲットに衝突させ、ターゲットから飛散した原子や分
子をターゲットに対向して配置された基板表面に堆積さ
せる方法である。

スパッタ法では、通常、ターゲットを陰極とし、基板
や真空槽の壁面などを陽極とするか、あるいは陽極を独
立して設け、これらの間に電界を形成する。

高周波スパッタ法では、陰極と陽極との間に交番電界
を印加する。

本発明では、このような高周波スパッタ法を用いて基
板の両主面に同時にスパッタ膜を形成するため、基板の
両主面のそれぞれに対向してターゲットを設け、それぞ
れのターゲットごとに交番電界を印加する。

本発明でスパッタの周波数とは、この交番電界の周波
数を意味する。

そして、本発明では、基板の一方の主面側において行
なわれる高周波スパッタの周波数をf_AMHzとし、基板の
他方の主面側において行なわれる高周波スパッタの周波
数をf_BMHzとしたとき、 0.003≦|f_A−f_B|≦0.013 f_A＝13.56000±0.00678 f_B＝13.56000±0.00678 とし、好ましくは 0.005≦|f_A−f_B|≦0.010 とする。

f_Aおよびf_Bは、高周波スパッタ装置において通常用い
られる範囲に設定した。

|f_A−f_B|が上記範囲未満であると、基板両側の電界同
士の相互干渉がスパッタ膜の厚さの均一性に影響するよ
うになる。

また、|f_A−f_B|の上限は、上記したf_Aおよびf_Bの範囲
から求められたものである。

本発明の磁気記録媒体の製造方法では、γ−Fe₂O₃を
主成分とする連続薄膜型の磁性層形成に上記した高周波
スパッタ法を用いる。

高周波スパッタに際しては、第１図に示される基板ホ
ルダ３を用いることが好ましい。

第１図は、基板ホルダ３に基板２が装填された状態を
示す正面図である。また、第２図は、第１図のII−II線
断面図である。

第１図に示す基板ホルダ３が前述した第３図に示す基
板ホルダ３と異なるのは、装填孔４近傍に、基板２に向
かって厚さが減少するテーパ部31を設けてある点であ
る。

このテーパ部31を設けることにより、スパッタ時に基
板２表面が基板ホルダ３の陰になることが防止され、均
一なスパッタ膜を形成することができる。また、基板２
近傍のガス流の乱れが防止され、やはりスパッタ膜の均
一性を向上させることができる。

本発明では、第１図および第３図に示されるような基
板ホルダ３を用い、基板２を径方向に移動させながらス
パッタを行なえばよい。また、基板２の中心孔21を、円
盤状の栓５により塞ぐことが好ましい。第１図に示され
るように、栓５の外周部には基板に向かって厚さが減少
するテーパ部51が設けられることが好ましい。このテー
パ部51の作用は、上記したテーパ部31と同様である。

γ−Fe₂O₃を主成分とする連続薄膜型の磁性層は、直
接法または間接法により形成される。

直接法は、まずスパッタ法によりFe₃O₄膜を形成し、
これを酸化してγ−Fe₂O₃膜を得る方法である。

直接法においてFe₃O₄膜を形成する方法としては、Fe
を主成分とするターゲットを用いてO₂ガスを含有するAr
ガス雰囲気中にて反応性スパッタを行なう直接酸化法、
ターゲットにα−Fe₂O₃を用いて還元性雰囲気にてスパ
ッタを行なう直接還元法、ターゲットにFe₃O₄を用いて
中性雰囲気中にてスパッタをえ行なう直接中性法が挙げ
られる。

これらのうち直接酸化法は、スパッタ制御が容易で成
膜速度が高いことなどから最も好ましい。

また、間接法は、O₂ガスを含有するArガス雰囲気中に
おいて、Feを主成分とするターゲットを用いて反応性ス
パッタを行なってα−Fe₂O₃膜を形成し、これを還元し
てFe₃O₄膜とし、さらに酸化を行なってγ−Fe₂O₃膜を得
る方法である。

本発明を直接法に適用する場合、Fe₃O₄膜を形成する
際のスパッタ法に上記した高周波スパッタ法を適用す
る。

また、本発明を間接法に適用する場合、α−Fe₂O₃膜
を形成する際のスパッタ法に上記した高周波スパッタ法
を適用する。

なお、これらの方法において、高周波スパッタ法とし
ては高周波マグネトロンスパッタ法を用いることが好ま
しい。

本発明はこれらのいずれかの方法に適用した場合でも
効果を発揮する。

なお、直接法によるFe₃O₄薄膜形成の詳細は電子通信
学会論文誌'80/9 Vo1.J63−C No.9p.609〜616に記載さ
れており、これに準じて磁性層の形成を行なうことが好
ましい。

磁性層の層厚は、生産性、磁気特性等を考慮して、50
0〜3000Å程度とすることが好ましい。

このような磁性層が表面に形成される剛性基板として
は、下地層などを設層する必要がなく製造工程が簡素に
なること、また、研磨が容易で表面粗さの制御が簡単で
あること、磁性層の形成時およびその表面粗さ制御のた
めの熱処理に耐えることながら、ガラスを用いることが
好ましい。

ガラスとしては、強化ガラス、特に、化学強化法によ
る表面強化ガラスを用いることが好ましい。

また、磁性層上には、有機化合物を含有する潤滑膜や
無機保護膜などを設けてもよい。

＜実施例＞ 以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに
詳細に説明する。

外径130mm、内径40mm、厚さ1.9mmのアルミノケイ酸ガ
ラス基板を研磨し、さらに化学強化処理を施した。化学
強化処理は、450℃の溶融硝酸カリウムに10時間浸漬す
ることにより行なった。

次いで、このガラス基板表面をメカノケミカルポリッ
シングにより平滑化した。メカノケミカルポリッシング
には、コロイダルシリカを含む研磨液を用いた。

研磨後のガラス基板の表面粗さRmaxは50Åであった。

洗浄後のガラス基板表面に、γ−Fe₂O₃を主成分とす
る磁性層を直接酸化法により形成した。

まず、Arガス雰囲気中にて予備スパッタを行ない、タ
ーゲット表面の酸化膜を除去した。

なお、ターゲットには、1wt％ Co−Fe合金を用いた。

次いで、O₂ガスを導入して反応性スパッタを行ない、
基板の両主面にFe₃O₄膜を同時に成膜した。

この反応性スパッタは、第１図に示すように基板ホル
ダ３中に基板２を保持し、高周波マグネトロンスパッタ
により行なった。

なお、基板ホルダ３の装填孔４の直径は133.0mmと
し、溝41の深さは1.0mmとした。従って、基板−基板ホ
ルダ間隙は4.0mmであった。

また、基板２の中心孔21は、栓５により塞いだ。

そして、基板２を装填した基板ホルダ３を、基板２の
径方向に移動させながらスパッタを行なった。

基板の一方の側のスパッタ周波数をf_AMHzとし、他方
の側のスパッタ周波数をf_BMHzとし、f_Aおよびf_Bを表１
に示すように変化させて複数のFe₃O₄膜を形成した。各
膜形成の際の|f_A−f_B|、f_Aおよびf_Bを表１に示す。

各Fe₃O₄膜について、下記測定を行なった。

（Fe₃O₄膜の比抵抗ρ） 四端針法により測定した。測定条件を以下に示す。

探針材質：チタンカーバイド 針間隔 :1mm 針先半径:40μmR 針 圧:100g/本 なお、比抵抗は磁性層の酸化度を示す指標となる。

比抵抗は、半径30、40、50、60mmの各々で、角度０
゜、90゜、180゜、270゜の位置で計16点測定して平均値
と分布幅（最大値−最小値）を算出し、表１に示した。
この分布幅が小さいほど、膜の面内方向の均一性がよ
い。

（Fe₃O₄膜厚さ） 蛍光Ｘ線分析によりディスク上の各点の膜厚を求め
た。

蛍光Ｘ線分析におけるFeのカウント数とFe₃O₄膜の膜
厚はほぼ比例関係にあるので、Feのカウント数から膜厚
を推定できる。

測定箇所は、半径30、40、50、60mmの各々で、角度０
゜、90゜、180゜、270゜の位置で計16箇所であり、平均
値と分布幅（最大値−最小値）を算出し、表１に示し
た。この分布幅が小さいほど、膜厚の面内方向の均一性
がよい。

なお、スパッタ時の基板両側の放電の相互干渉を目視
にて観察し、その有無を表１に併記した。

表１に示す各Fe₃O₄膜を、空気中で310℃にて１時間酸
化してγ−Fe₂O₃磁性層とし、磁気特性および電磁変換
特性を測定したところ、サンプルNo.3〜６では磁性層面
内において均一な特性が得られ、特にサンプルNo.4〜６
では、非常に均一な特性が得られた。

以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかであ
る。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、高周波スパッタ法による両面同時ス
パッタにおいて、厚さおよび特性の均一なスパッタ膜が
得られる。

また、両面記録型磁気記録媒体の磁性層形成にこの高
周波スパッタ法を適用することにより、厚さおよび磁気
特性が均一な磁性層が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は基板ホルダに基板が保持された状
態を示す正面図である。 第２図は、第１図のII−II線断面図である。 第４図は、第３図のIV−IV線断面図である。 符号の説明 ２……基板 21……中心孔 ３……基板ホルダ 31……テーパ部 ４……装填孔 41……溝 42……基板−基板ホルダ間隙 ５……栓 51……テーパ部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ１１Ｂ 5/85 Ｇ１１Ｂ 5/85 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 G11B 5/85 H01L 21/203,21/285

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板のそれぞれの主面に対向してターゲッ
   トを設け、高周波スパッタ法により前記基板の両主面に
   同時にスパッタ膜を形成するに際し、 前記基板の一方の主面側において行なわれる高周波スパ
   ッタの周波数をf_AMHzとし、前記基板の他方の主面側に
   おいて行なわれる高周波スパッタの周波数をf_BMHzとし
   たとき、 0.003≦|f_A−f_B|≦0.013 f_A＝13.56000±0.00678 f_B＝13.56000±0.00678 とすることを特徴とする高周波スパッタ法。
2. 【請求項２】前記基板をターゲットに対して移動させな
   がらスパッタ膜を形成する請求項１に記載の高周波スパ
   ッタ法。
3. 【請求項３】反応性スパッタ法である請求項１または２
   に記載の高周波スパッタ法。
4. 【請求項４】γ−Fe₂O₃を主成分とする磁性層を剛性基
   板上に形成する工程において、請求項１ないし３のいず
   れかに記載の高周波スパッタ法を用いることを特徴とす
   る磁気記録媒体の製造方法。