JP3490381B2 - 被膜形成方法 - Google Patents
被膜形成方法Info
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Description
成膜やエッチング等の各種プラズマ処理を行うプラズマ
処理装置およびプラズマ処理方法に関する。特に本発明
は、テープ状やフィルム状の基体(例えば磁気テープ)
に対して成膜や表面処理等のプラズマ処理を行う装置の
構成に関する。
いはフィルム状の基体の表面に保護膜として炭素膜等を
成膜する技術が知られている。このような技術の一例を
図3に示す。図3には、円筒状の電極であるキャンロー
ル103、該キャンロール103が回転することによ
り、移送されるテープ状あるいはフィルム状の基体11
5、一方の電極である平板電極300、平板電極300
にマッチングボックス107とブロッキングコンデンサ
ー106を介して高周波電力を供給する高周波電源10
8が示されている。基体115は、送り出しローラー1
13から送り出され、ガイドローラー104を介してキ
ャンロール103に移送される。そしてキャンロール1
03と電極300との間で行われる高周波放電によって
基体115の表面には炭素被膜が成膜される。原料ガス
は、ガス供給系102から供給される。炭素被膜を成膜
する場合には、エチレン等の炭化水素気体の原料ガスが
用いられる。
ラー104を経て、巻取りローラー114に巻き取られ
る。基体115の表面に行われる炭素被膜の成膜は、基
体を移送しながら連続的に行われる。図3に示す装置
は、送り出しローラー113が配置された送り出し室1
11と巻取りローラー114が配置された巻取り室11
2とを大気圧状態とし、成膜が行われる室101を減圧
状態とするため、バッファ室110を設け、差動排気シ
ステムとした例である。チャンバー100を構成する材
料は、普通ステンレスやアルミニウムが用いられる。1
09は成膜室101の排気を行うための排気ポンプであ
る。116は、バッファ室の排気を行うための排気ポン
プである。
は、図面の奥行き方向または手前方向が長手方向となる
円筒状であり、接地されている。即ち、平板電極300
がカソード電極、キャンロール103がアノード電極と
なる。
5として磁気テープ等の長尺ものを用いた場合、その生
産性を高めるためにできるだけ基体の移送速度を大きく
する必要がある。しかし基体115の移送速度を大きく
した場合、基体115の表面に成膜される膜厚が薄くな
るという問題が生じる。また、表面保護膜として炭素被
膜またはその他被膜を用いようとする場合、その密着性
が問題となる。
事項の少なくとも一つの課題を解決し、生産性の高いプ
ラズマ処理システムを得ることを目的とする。 (1)成膜速度を大きくする。 (2) 密着性の高い膜質を実現する。
電極と前記1つの一方の電極と対する複数の他方の電極
を反応室に設け、前記1つの一方の電極と前記複数の他
方の電極の間に磁性材料を有する基体を移送し、前記反
応室に原料ガスを導入し、前記複数の他方の電極に高周
波電力を供給し、前記原料ガスをプラズマ化し、前記基
体に炭素膜を形成する被膜形成方法であって、前記1つ
の一方の電極と前記複数の他方の電極との間の距離を前
記基体を移送する方向に沿って減少させることを特徴と
する。
前記1つの一方の電極と対する複数の他方の電極を反応
室に設け、前記1つの一方の電極と前記複数の他方の電
極の間に磁性材料を有する基体を移送し、前記反応室に
原料ガスを導入し、前記複数の他方の電極に高周波電力
を供給し、前記原料ガスをプラズマ化し、前記基体に炭
素膜を形成する被膜形成方法であって、前記複数の他方
の電極の面積を前記基体を移送する方向に沿って減少さ
せることを特徴とする。
形の回転体と前記1つの円筒形の回転体に対する複数の
電極とを設け、前記1つの円筒形の回転体と前記複数の
電極の間に磁性材料を有する基体を移送し、前記反応室
に原料ガスを導入し、前記複数の電極に高周波電力を供
給し、前記原料ガスをプラズマ化し、前記処理された基
体に炭素膜を形成する被膜形成方法であって、前記1つ
の円筒形の回転体と前記複数の電極との距離を前記基体
を移送する方向に沿って減少させることを特徴とする。
形の回転体と前記1つの円筒形の回転体に対する複数の
電極とを設け、前記1つの円筒形の回転体と前記複数の
電極の間に磁性材料を有する基体を移送し、前記反応室
に原料ガスを導入し、前記複数の電極に高周波電力を供
給し、前記原料ガスをプラズマ化し、前記処理された基
体に炭素膜を形成する被膜形成方法であって、前記複数
の電極の面積を前記基体を移送する方向に沿って減少さ
せることを特徴とする。
て、複数の他方の電極を設けることで、両電極間で行わ
れるプラズマ反応の効率を実質的に高めることができ
る。特に円筒状を有した1つの一方の電極に沿ってテー
プ状あるいはフィルム状の基体を移送させ、該基体上に
連続して成膜を行っていく構成において、実質的な成膜
速度を他方の電極の数に比例して高めることができる。
極を複数設け、1つの一方の電極と前記複数の他方の電
極との距離を基体を移送する方向に沿って減少させる構
成をとり、炭素被膜を成膜した場合、基体表面に近い部
分から膜の表面に向かって徐々にその硬度が高い膜質と
することができる。このような膜は、基体との密着性が
高く、しかもその表面が硬い炭素被膜となる。
極を複数設け、他方の電極の面積を基体を移送する方向
に沿って減少させる構成をとり、炭素被膜を成膜した場
合、基体表面に近い部分から膜の表面に向かって徐々に
その硬度が高い膜質とすることができる。このような膜
は、基体側に行くほど柔らかく、基体との密着性に優
れ、同時に表面にいくほど硬質で耐磨耗性に優れた炭素
被膜となる。
は、テープ状またはフィルム状の基体に炭素被膜を成膜
する例を示す。しかし基体としては他の材料を用いても
よいことはいうまでもない。また以下に示す実施例にお
いては、一方の電極を円筒状のものとしたが、円筒状で
はなく平板型電極としてもよい。
5それぞれにおいて、キャンロール103との間隔を異
ならせて設けた例である。図6に本実施例の電極部分を
拡大した概略図を示す。図6には、チャンバーや排気装
置が示されていないが、図6に示されていない構成、あ
るいは特に説明しない構成は、図1に示されている物と
同様である。
404にかけて、キャンロール103との距離X1〜X
5を順次小さくしていく構成としている。
のそれぞれとは、それぞれ一対の電極を形成している。
即ち、共通の一方の電極であるキャンロール103と、
複数の他方の電極400〜404とは、それぞれ一対の
電極を構成している。
間隔を広くすれば、その膜の硬度を低くすることがで
き、一対の電極間の間隔を狭くすれば、その膜の硬度を
高くすることができることが、本発明者らの知見として
得られている。
はフィルム状の基体を矢印で示す方向に移送し、一方の
電極であるキャンロール103と他方の電極である平板
電極400〜404との間で炭素被膜を成膜した場合、
キャンロール103と平板電極400との間で比較的硬
度の低い炭素被膜を成膜し、基体115が移送されるに
従って順次硬度の高い炭素被膜を成膜する構成とするこ
とができる。
その表面が硬い炭素被膜をテープ状あるいはフィルム状
の基体表面に連続して成膜することができる。
法は図1に示す参考例1の場合と同様である。 成膜圧力 1Torr 原料ガス C2H4/H2 =3000/1000SCCM 電源出力(13.56MHz) 5kW X1=18mm X2=15mm X3=12mm X4=9mm X5=6mm 移送速度80m/分 上記の条件で成膜を行うことによって、およそ150Å
の膜厚に密着性がよく、同時に耐磨耗性に優れた炭素被
膜を形成することができる。
た電極400〜404を平板電極としたが、これら電極
400〜404を図2に示すような所定の曲率を有する
構成としてもよい。即ち、キャンロール103と各電極
との距離が場所に寄らず概略一定の値となるように、電
極400〜404に曲率を与えてもよい。
404に接続される電源を共通なものとし、供給される
高周波電力とその周波数を同一なものとした。しかし、
図4や図5に示すように電極400〜404に独立に電
源を接続する構成としてもよい。
おいて、複数配置された電極105の面積をそれぞれ異
ならせた構成を特徴とする。図1に示すように、複数の
電極に対して共通の電源108を設けた場合、各電極に
は概略同じ電力が配分される。放電の強さに関係するパ
ラメータは、電力密度(電極に供給されるパワーを電極
面積で割った値)であるので、図1に示すような場合に
各電極の面積を変化させることで、放電の強さは各電極
において異なることになる。
体115が移送される方向に向かって、5つ配置されて
いる電極105の面積を徐々に小さくしていった場合、
放電に際する電力密度を基体115が移送される方向に
向かって5段階に渡り徐々に大きくしていく構成を実現
できる。
被膜の成膜を行うことで、基体側から徐々にその硬度を
高くした炭素被膜を成膜することができる。換言すれ
ば、基体側に行くほど柔らかく、基体との密着性に優
れ、同時に表面にいくほど硬質で耐磨耗性に優れた炭素
被膜を得ることができる。
のものである。図1に本参考例の概要を示す。図1にお
いて、100はステンレスで構成された真空チャンバー
であり内部の反応室101を減圧状態にすることができ
る。反応室101を減圧状態とするには、排気ポンプ1
09を動作させることによって行われる。反応室101
には、原料ガスとしてメタンガスと水素ガスとが供給系
102から供給される。炭素膜の成膜は、磁気テープ1
15の表面に行われる。磁気テープ115の表面には、
予め磁性材料が蒸着やスパッタ法によって層状に形成さ
れているポリイミド等の樹脂材料を用いる。
113から送り出され、ガイドローラー104を介して
キャンロール103に導かれる。キャンロール103が
回転することによって、磁気テープ115は移送される
ことになる。そしてキャンロール103と複数設けられ
た電極105との間に形成される気相反応空間におい
て、磁性材料が予め形成された磁気テープ115の表面
に炭素膜が形成される。
ラー104を経て、巻取りロール114に巻き取られ
る。送り出しロール113が配置されている送り出し室
111、及び巻取りロール114が配置されている巻取
り室112とは、常圧に保持されている。これらの室と
減圧状態に保たれる反応室101とは、バッファ室11
0を介して連結されている。バッファ室110は、排気
ポンプ116によって、反応室101と常圧である室1
11、112との中間の圧力に保たれる。このバッファ
室は、反応室101と室111、112との間の圧力差
を緩和させるためのものである。図1においては、各1
つのバッファ室を設けた例が示されているが、バッファ
室の数をさらに多くしてもよい。
または手前方向が長手方向となる円筒形状であり、その
長さは磁気テープ115の幅より大きいことが必要とさ
れる。電極105は平板電極であり、図面の奥行き方向
または図面手前方向に長手方向を有する長方形を有して
いる。その長さは、キャンロール103の長さと同じで
ある。
より13.56MHzの高周波電力が、マッチングボッ
クス107とブロッキングコンデンサー106を介して
供給される。
103の直径は650mmであり、その長さは900m
mである。また平板電極105は幅は90mm、長さは
900mmの長方形を有している。そしてこの平板電極
105は5つ設けられている。またキャンロール103
と平板電極の中心部との距離は8mmである。このキャ
ンロール103と平板電極の中心部との距離は、10m
m以下とすることが望ましい。このことは高い成膜速度
や高い硬度を有する炭素被膜を得るために極めて重要な
事項である。
例は、磁気テープ115として、その表面に磁性材料が
0.2mmの厚さに蒸着された幅700mm、長さ5k
mのポリイミドフィルムを用いる場合の例である。 原料ガス エチレン/水素=3000/1000sccm 高周波電力 5kW(13.56MHz) 成膜圧力 1Torr なお磁気テープ113の移送速度は100m/分であ
る。
する構成を示した。これは、キャンロール103に高周
波電源を接続させた場合、導電体である磁性材料がその
表面に形成されたテープ状あるいはフィルム状の基体に
高周波が乗ることになり、成膜の安定性や安全性に問題
が生じるからである。しかし、基体に絶縁体を用いるの
であれば、キャンロール103に高周波電源を接続し、
複数設けられた平板電極105を接地する構成としても
よい。即ち、キャンロール103をカソード電極とし、
複数設けられた平板電極105をアノード電極としても
よい。
を平板ではなく、R(曲率)をもたせた構成としたこと
を特徴とする。図2に本参考例の構成を示す。図2にお
いて、図1と同じ符号は図1と同じ部分を示す。図2に
示す構成において図1と異なるのは、200で示される
電極部分である。この電極200は、キャンロール10
3の曲面に対応させた曲率を有している。本参考例にお
いても参考例1と同様に電極200は5つ配置されてい
る。
03の表面に対して概略同心円の関係になるように配置
されている。即ち、キャンロール103の中心と所定の
曲率を有した複数の電極200で構成される円の中心と
は概略同一になるように構成されている。従って、キャ
ンロール103の表面と複数の電極200との間の距離
はどこでも概略一定となっている。
ることによって、接地された電極であるキャンロール1
03と高周波電源108に接続された複数の電極200
との間の距離を一定または概略一定とすることができ、
安定した放電を起こすことができる。
て、複数設けられている電極105のそれぞれに独立し
た電源を接続した例である。本参考例の構成を図4に示
す。図4に示す符号で図1と同じものは図1に示すもの
と同様である。
は、それぞれ独立した電源415〜419がマッチング
ボックス410〜414、ブロッキングコンデンサー4
05〜409を介して接続されている。
きくなるように構成されている。基体である磁気テープ
115は、電極400から電極404へと順次通過して
いく。従ってこの場合、磁気テープ115の表面には徐
々に強い放電パワーで成膜が行われていく状態が実現さ
れる。
強くすると高い硬度を有する膜質を得ることができ、逆
に放電パワーを小さくすると低い硬度を有する膜質が得
られることが本発明者らの実験により判明している。従
って、この場合、磁気テープ表面には、徐々に硬い膜が
成膜されていくことになる。
い膜質は基体との密着性に優れ、硬度の高い膜質は耐磨
耗性に優れている。しかし、硬度が低い膜質は耐磨耗性
が低く、硬度の高い膜は基体との密着性が悪いので、基
体から剥がれやすいという問題がある。
体と接する部分の膜質を低硬度とし、その表面を高硬度
とした傾斜構造を有した炭素被膜を実現する方法があ
る。こうすることで、基体と接する部分を低硬度とする
ことによって、高い密着性を実現し、同時にその表面を
高硬度とすることによって、高い耐磨耗性を実現するこ
とができる。
る磁気テープ115として、幅700mmでその表面
(炭素膜が成膜される面側)に磁性材料が蒸着されたも
のを用いる。以下の成膜条件を示す。なお電源の周波数
は、全て13.56MHzとする。 成膜圧力 1Torr 移送速度 80m/分 原料ガス C2H4/H2 =3000/1000SCCM 電極間隔 8mm 電源415の出力 700W 電源416の出力 900W 電源417の出力 1100W 電源418の出力 1300W 電源419の出力 1500W 上記のような条件で成膜を行うことにより、およそ15
0Åの厚さに炭素被膜を成膜することができる。上記の
ような条件で成膜を行うことにより、基体側から順次硬
度の高い炭素被膜を連続的に成膜することができる。そ
して、密着性と耐磨耗性に優れた炭素被膜を成膜するこ
とができる。
5は移送される方向、即ち複数の電極400〜404が
配置された方向に向かって、それぞれの電極400〜4
04に供給される電力を大きくした。しかし、電力値の
変化のさせ方は上記例に限定されるものではない。例え
ば、表面層のみを硬い膜質とした場合には、403と4
04あるいは404に供給される電力値を大きなものと
すればよい。
04を所定の曲率を有するものとした例である。図5に
本参考例の構成を示す。図5において図4と同じ符号は
図4に示すものと同様の箇所を示す。
る。これら電極500〜504で構成される曲面は、一
方の電極であるキャンロール103の表面で構成される
曲面(円柱の表面)と概略同心円の関係にある。即ち、
電極500〜504で構成される曲面(円柱)の中心
と、一方の電極であるキャンロール103の表面で構成
される曲面(円柱の表面)の中心とは概略同一である。
従って、キャンロール103と電極500〜504との
間隔は場所に関係無く、概略一定なものとなる。
放電を行うことができる。なお、動作の方法について
は、参考例4に説明したのと同様である。
00〜404に共通の電源600からそれぞれ異なるマ
ッチングボックス410〜414、ブロッキングコンデ
ンサー405〜409を介して高周波電力を供給する例
である。
を同じものとし、マッチングボックス410〜414を
同じマッチング条件とした場合、各電極400〜404
に供給される電力値は、概略同じものとなる。しかし、
各マッチングボックスにおいてマッチング条件を異なら
せた場合、電極400〜404に供給される電力値はマ
ッチング条件に応じて異なることになる。
るマッチング条件を反射波0の状態(完全にインピーダ
ンスマッチングがとれた状態)とし、413〜410に
いくに従って、徐々にそのマッチング条件をずらしてい
った場合、各電極に供給される高周波電力の実効値は、
電極404から電極400にいくに従って、徐々にその
値が小さなものとなる。即ち、共通の電源を用いて、各
電極に少しづつ異なるパワーの高周波電力を供給するこ
とができる。
り、図4に示した場合と同様の作用効果を得ることがで
きる。
複数設け、1つの一方の電極と複数の他方の電極との距
離を基体を移送する方向に沿って減少させることによっ
て、成膜速度を高めることができるとともに、基体との
密着性を高めることができる。
極を複数設け、他方の電極の面積を基体を移送する方向
に沿って減少させることによって、成膜速度を高めるこ
とができるとともに、基体との密着性を高めることがで
きる。
Claims (11)
- 【請求項1】1つの一方の電極と前記1つの一方の電極
と対する複数の他方の電極を反応室に設け、 前記1つの一方の電極と前記複数の他方の電極の間に磁
性材料を有する基体を移送し、 前記反応室に原料ガスを導入し、 前記複数の他方の電極に高周波電力を供給し、 前記原料ガスをプラズマ化し、 前記基体に炭素膜を形成する被膜形成方法であって、 前記1つの一方の電極と前記複数の他方の電極との間の
距離を前記基体を移送する方向に沿って減少させること
を特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項2】1つの一方の電極と前記1つの一方の電極
と対する複数の他方の電極を反応室に設け、 前記1つの一方の電極と前記複数の他方の電極の間に磁
性材料を有する基体を移送し、 前記反応室に原料ガスを導入し、 前記複数の他方の電極に高周波電力を供給し、 前記原料ガスをプラズマ化し、 前記基体に炭素膜を形成する被膜形成方法であって、 前記複数の他方の電極の面積を前記基体を移送する方向
に沿って減少させることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項3】反応室に1つの円筒形の回転体と前記1つ
の円筒形の回転体に対する複数の電極とを設け、 前記1つの円筒形の回転体と前記複数の電極の間に磁性
材料を有する基体を移送し、 前記反応室に原料ガスを導入し、 前記複数の電極に高周波電力を供給し、 前記原料ガスをプラズマ化し、 前記処理された基体に炭素膜を形成する被膜形成方法で
あって、 前記1つの円筒形の回転体と前記複数の電極との距離を
前記基体を移送する方向に沿って減少させることを特徴
とする被膜形成方法。 - 【請求項4】反応室に1つの円筒形の回転体と前記1つ
の円筒形の回転体に対する複数の電極とを設け、 前記1つの円筒形の回転体と前記複数の電極の間に磁性
材料を有する基体を移送し、 前記反応室に原料ガスを導入し、 前記複数の電極に高周波電力を供給し、 前記原料ガスをプラズマ化し、 前記処理された基体に炭素膜を形成する被膜形成方法で
あって、 前記複数の電極の面積を前記基体を移送する方向に沿っ
て減少させることを特徴とする被膜形成方法。 - 【請求項5】前記磁性材料を有する基体は有機樹脂から
なることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記
載の被膜形成方法。 - 【請求項6】前記有機樹脂はポリイミドからなることを
特徴とする請求項5に記載の被膜形成方法。 - 【請求項7】前記原料ガスは水素とエチレンとを有する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の
被膜形成方法。 - 【請求項8】前記原料ガスは水素とメタンとを有するこ
とを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の被
膜形成方法。 - 【請求項9】前記一方の電極と前記複数の他方の電極と
の間の距離は10mm以下であることを特徴とする請求
項1または2に記載の被膜形成方法。 - 【請求項10】前記円筒形の回転体と前記複数の電極と
の間の距離は10mm以下であることを特徴とする請求
項3または4に記載の被膜形成方法。 - 【請求項11】前記基体の表面から前記炭素膜の表面に
向かって徐々にその硬度が高い膜を形成することを特徴
とする請求項1乃至10のいずれか一に記載の被膜形成
方法。
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