JP4193268B2 - 薄膜形成装置および薄膜形成方法ならびに案内ガイドロール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ反応を利用した薄膜形成装置および薄膜形成方法ならびに案内ガイドロールに関し、さらに詳しくは、案内ガイドロールを用いて形成される薄膜の膜特性に特徴を有する薄膜形成装置および薄膜形成方法ならびに案内ガイドロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成装置および薄膜形成方法を応用した分野のうち情報記録の領域では、特に情報記録媒体に用いられる、磁気テープ、磁気ディスク等の磁気記録媒体上に形成される保護層がある。これらの保護層では、保護層を形成する工程の高スループット化とともに、これにより形成された保護層の高耐摩耗性が求められている。以下、薄膜形成装置および薄膜形成方法を磁気テープなどの磁気記録媒体に適用した例について説明する。
【０００３】
従来より、磁気記録媒体としては、非磁性支持体上に酸化物磁性粉末あるいは合金磁性粉末等の粉末磁性材料を塩化ビニール−酢酸ビニール系共重合体、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂等の有機バインダー中に分散せしめた磁性塗料を塗布、乾燥することにより作成される塗布型の磁気記録媒体が広く使用されている。
【０００４】
これに対して、高密度磁気記録への要求の高まりと共に、Ｃｏ−Ｎｉ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｏ等の金属磁性材料を、メッキや、真空薄膜形成手段（真空蒸着法、スパッタ法およびイオンプレーティング法等）によってポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル、ポリアミドおよびポリイミドなどのフイルム状の非磁性体上に直接被着した、いわゆる金属薄膜型の磁気記録層を有する磁気記録媒体が提案され注目を集めている。
【０００５】
ところで、近年金属薄膜型の磁気記録層からなるいわゆる蒸着テープと呼ばれる磁気テープは、デジタルビデオカセットレコーダー等の用途や、ＡＩＴ（ソニー社商品名：Advanced Intelligence Tape）等のデータストリーマー用途等への利用の広がりを見せており、この中で磁気テープの保護層の膜特性の向上が切に望まれている。
【０００６】
以下に、金属薄膜型の磁気記録層を有する磁気記録媒体の一例について、磁気記録媒体の概略断面図である図３を参照して説明する。
磁気テープなどの磁気記録媒体４は、ポリエステルフィルムなどの非磁性支持体５に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの強磁性金属またはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの何れか１種を含む強磁性合金などの金属薄膜型の磁気記録層７が、真空蒸着法、スパッタ法およびイオンプレーティング法などの薄膜形成法で形成される。これらは、単層膜でも、多層膜であってもよい。さらに、必要に応じて、下塗り層６、硬質カーボン系などの保護層８、潤滑剤層９、およびバックコート層１０が形成される。
【０００７】
この金属薄膜型の磁気記録層７を有する磁気記録媒体４は、塗布型の磁気記録媒体と異なり、磁気記録層７中に非磁性材であるバインダーを混入する必要がなく、磁性材料の充填密度を高めることができるので、抗磁力や、角型比等に優れ、記録減磁や、再生時の厚み損失が著しく小さく短波長での電磁変換特性に優れる等多くの利点を有している。即ち、金属薄膜型の磁気記録層７を有する磁気記録媒体４は、磁気特性的な優位さの故に、高密度磁気記録の主流になるものと考えられる。
【０００８】
さらに、この種の磁気記録媒体４の電磁変換特性を向上させ、より大きな出力を得ることができるようにするために、上記の磁気記録媒体４の磁気記録層７を形成する場合、磁気記録層７を斜めに蒸着するいわゆる斜方蒸着法が実用化されている。
【０００９】
一方、今後更なる高密度化の流れからスペーシング損失を少なくする為に、磁気記録媒体４表面は平滑化される傾向にある。しかしながら、これは不図示の磁気ヘッドと磁気記録媒体４間の摩擦力の増大を招くとともに、磁気記録媒体４に生ずるせん断応力を大とする。
【００１０】
このような背景から、磁気ヘッドと磁気記録媒体４間の摩擦係数を小さくするとともに耐摩耗特性を大きくする目的で、磁気記録媒体４の磁気記録層７の表面に保護層８が形成されている。
【００１１】
このような保護層８としては、カーボン膜、石英（ＳｉＯ₂ ）膜およびジルコニア（ＺｒＯ₂ ）膜などが検討され、磁気ディスクにおいては、すでに実用化され生産されているものもある。特に、近年では保護層８を形成する材料としてさらに硬度の大きいダイアモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon)膜（以下、ＤＬＣ膜と略記する。）等の膜形成も行われており、今後主流になると思われる。そして、特に、摺動特性および耐環境特性が要求される蒸着テープなどの磁気テープについての適用が検討されている。
【００１２】
このような、保護層８等の薄膜形成装置としては、スパッタ装置またはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置が多く用いられているが、特に成膜速度が大きくスループットを向上させたプラズマＣＶＤ装置を例として、以下、その薄膜形成装置および薄膜形成方法について説明する。
【００１３】
プラズマＣＶＤ装置では、電場や、磁場を用いて発生させたプラズマのエネルギーを利用して、原料となる気体の分解、および結合等の化学反応を起こさせ、薄膜を形成する工程を有する。また、このプラズマＣＶＤ装置におけるプラズマ発生源として、ＤＣ放電やＲＦ放電が一般的であるが、ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance) などを利用した方式の検討もなされている。
【００１４】
上記のプラズマＣＶＤ装置の一例として、ＤＣ放電方式のプラズマＣＶＤ装置を用いて磁気テープ状の磁気記録媒体４の保護層８を形成する場合について、プラズマＣＶＤ装置の概略構成断面図である図４を参照して説明する。
【００１５】
図４のプラズマＣＶＤ装置１１において、磁気テープなどの磁気記録媒体の被処理体１２に保護層として、例えばＤＬＣ膜を形成する。この被処理体１２は、真空槽１３中で、例えば一対の案内ガイドロール１に支持されながら、巻き出しロール１４から巻き出され、対向電極であるとともに、定速で回転可能な、冷却機構を具備したキャンロール１５により巻回支持され、回転駆動されつつ、走行しながら巻き取りロール１６に収納される。真空槽１３は、真空排気装置１７により、所定の減圧雰囲気に排気される。
【００１６】
一方、反応管１８にガス導入口１９から導入された炭化水素系の原料ガスは、反応管１８内に設置された電極２０を介して、例えば５００Ｖ〜２０００ＶのＤＣ電界によりプラズマ化し、分解、結合などの反応をして、キャンロール１５上の被処理体１２にカーボン膜などが成膜される。電極２０には、ＤＣ電源２１より電力が供給される。そして、上記のプラズマＣＶＤ装置１１を用いてカーボン膜などの保護層を形成することにより、被処理体１２の磁気記録媒体の耐久性は著しく向上する。
【００１７】
しかしながら、上記のプラズマＣＶＤ装置では、その要部概略断面図である図５に示すように、装置の構成からわかるように、高電圧印加でプラズマ分解された成膜物質を被処理体１２上に成膜する場合は、被処理体１２に高電流が流れる構造となっている。
このように発生した高電流をたとえば、アース接地のように、どこかにリークしなければ、被処理体１２の正常な走行が不可能になったり、あるいはカミナリ放電現象であるアークが発生し、被処理体１２自体と他の隣接する金属製の案内ガイドロール１と摺接する場合、微小なカミナリ放電現象であるアークが発生し、被処理体１２自体への損傷（この場合、被処理体１２が磁気記録媒体の場合は、多くはピンホール型の熱負けと称する磁性層および非磁性支持体の微小変形を指す。）が起きるという技術的問題点があった。さらに、上記の問題点は、高電圧印加（成膜速度に比例）になるほど顕著になるという問題も有していた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような技術的な背景のもとに提案するものであり、耐アーク特性を有し、形成する薄膜の損傷を防止しつつ、安定に成膜する薄膜形成装置および薄膜形成方法ならびに案内ガイドロールを提供することをその課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜形成装置は、真空槽と、前記真空槽中で、プラズマを発生させる手段と、
前記真空槽へのガス導入手段と、前記真空槽中で、磁気記録層を形成したＰＥＴフィルムの非磁性支持体である被処理体を巻回支持して走行させる案内ガイドロ−ルとを具備する。前記案内ガイドロールの前記被処理体に摺接する外周面は、前記案内ガイドロールの幅方向の両端部に導電体と、中央部に絶縁体とを有する。前記磁気記録層上に保護層を形成する際、前記導電体と前記被処理体の成膜面との摺接部分にアークを集中させる。
【００２０】
本発明の薄膜形成方法は、減圧雰囲気中で、プラズマを発生させる工程と、前記減圧雰囲気へのガス導入工程と、案内ガイドロールを用いて、磁気記録層を形成したＰＥＴフィルムの非磁性支持体である被処理体を巻回支持して走行させる工程と、前記磁気記録層上に保護層を形成する工程を具備する。前記案内ガイドロールに前記被処理体が摺接する外周面が、前記案内ガイドロールの幅方向の両端部に導電体と、中央部に絶縁体とを有する。前記保護層を形成する工程において、前記導電体と前記被処理体の成膜面との摺接部分にアークを集中させる。
【００２２】
保護層はカーボンおよびダイアモンドライクカーボンのうちのいずれか１種を含むことが望ましい。
【００２３】
本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法において、案内ガイドロールの導電体と被処理体の摺接部の電流密度は、２０．５×１０^-3Ａ／ｍｍ² 以下であることが望ましい。
【００２４】
絶縁体の電気抵抗は１００００Ω以上であることが望ましい。
絶縁体はセラミックスであり、導電体はステンレスであることが望ましい。
【００２５】
薄膜形成装置／薄膜形成方法はプラズマＣＶＤ装置／プラズマＣＶＤ法を用いることが望ましい。
【００２６】
本発明の案内ガイドロールは請求項１に記載の薄膜形成装置に用いられることを特徴とする。
【００２７】
絶縁体の電気抵抗は１００００Ω以上であることが望ましい。絶縁体はセラミックスであり、導電体はステンレスであることが望ましい。
【００２８】
上述した手段による作用を以下に説明する。本発明の外周面に導電体にはさまれた絶縁体を形成した案内ガイドロールを具備した、プラズマＣＶＤ装置などの薄膜形成装置および薄膜形成方法によれば、案内ガイドロールの導電体と磁気記録媒体の被処理体の成膜面との摺接部分にアークを集中させ、逆に案内ガイドロールの絶縁体と被処理体との摺接部分をアークによる損傷を抑制するとともに、欠陥の少ない均一で膜特性に優れた磁気記録媒体の保護層を安定して形成できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態例につき詳細な説明を加える。
本発明の実施の形態に関わる薄膜形成装置について、薄膜形成装置に設けられた案内ガイドロールの概略斜視図である図１、および案内ガイドロールと被処理体との関係を示す概略斜視図である図２、ならびに従来例の磁気記録媒体の概略断面図である図３およびプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である図４を参照しながら説明する。
【００３０】
薄膜形成装置の一例であるプラズマＣＶＤ装置の構成は、本発明の案内ガイドロール１をのぞき、図４のような従来例のプラズマＣＶＤ装置１１と同様な構成であるので説明を省略する。そして、薄膜形成装置は、ＤＣ放電式のプラズマＣＶＤ装置１１を磁気テープなどの磁気記録媒体の薄膜形成に適用した例であり、被処理体１２として、図３のような磁気テープなどの磁気記録媒体４を採用し、保護層８として、例えばＤＬＣ膜を形成するために用いた例である。尚、従来例と同じ構成要素は、同じ符号を付すものとする。
【００３１】
図１において、案内ガイドロール１は、例えばガイド径Фとガイド幅ａとを有し、外周面がクローム処理されたステンレス鋼製の円柱形状の軸であり、円柱形の外周面の両端部が幅ｂを有する導電体２であり、中央部に、幅ｃの絶縁体３として例えばアルマイトなどが溶射法により、あるいはアルミナなどのセラミックスがスパッタ法または電子ビーム蒸着法などの真空成膜法により、例えば２０μｍ以上形成されている。したがって、案内ガイドロール１の外周面が、ガイド幅ａ方向に、両端部が幅ｂの導電体２を有し、中央部が幅ｃの絶縁体３を有する構造となっている。
【００３２】
図４のようなプラズマＣＶＤ装置１１において、案内ガイドロール１は、例えば被処理体１２である磁気記録媒体と以下のような関係で摺接して駆動される。ここで、図２のように、案内ガイドロール１の外周面は、被処理体である例えば磁気記録媒体４に、両端部の導電体２が非磁性支持体５と成膜された磁気記録層７あるいはこの装置で成膜された保護層８に摺接し、中央部の絶縁体３が磁気記録層７あるいはこの装置で成膜された保護層８に摺接しながら、磁気記録媒体４の走行を支持するように構成される。
したがって、上記のプラズマＣＶＤ装置１１において、磁気記録媒体などの被処理体１２は、このような案内ガイドロール１を介して、キャンロール１５に巻回支持されながら走行しつつ、被処理体１２の薄膜形成側には、例えばＤＬＣ膜などの保護層が形成される。
【００３３】
次に、上記のプラズマＣＶＤ装置を用いて、本発明を適用した具体的な実施例およびこれに対比する比較例について、図３のような磁気記録媒体４として磁気テープを例にとり、この磁気テープの磁気記録層７上に例えばＤＬＣ膜の保護層８を形成する場合について以下に説明する。この磁気テープの構造は、一般的な金属薄膜型の磁気記録媒体４の構成に準じる。
【００３４】
磁気記録媒体４の一例として、厚さ６μｍ、幅１２７ｍｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなる非磁性支持体５の一方の主面に、アクリル酸エステルを主成分とする水溶性ラテックスを分散させたエマルジョン溶液を塗布し、粒子密度１０００個／ｍｍ² の表面突起を形成した側の表面に、リールツーリール方式の連続巻き取り蒸着装置を用いて、磁気記録層７を形成した。
【００３５】
磁気記録層７の成膜は、例えば、電子ビームによるＣｏ合金の斜方蒸着法により、酸素ガスを導入しながらＰＥＴフィルムの非磁性支持体上に成膜し、部分酸化強磁性金属薄膜を形成する。その成膜条件は以下のとおりである。
磁気記録層組成 Ｃｏ１００単層
磁気記録層厚 ２００ｎｍ
磁気記録層蒸着幅 １００ｍｍ
入射角 ３５〜６０度
導入ガス 酸素ガス
蒸着時真空度 ２×１０^-2Ｐａ
【００３６】
上記の磁気記録層７上にＤＬＣ膜の保護膜８を形成したときのプラズマＣＶＤ条件は、例えば以下に示した条件を採用した。
導入ガス エチレン＋アルゴン
ガス比 Ｃ₂Ｈ₄／Ａｒ＝４／１
トータル流量 １５０ ｓｃｃｍ
反応圧力 ３０ Ｐａ
印加電圧 ＤＣ１．２ｋＶ
ＤＬＣ膜厚 ９ｎｍ
【００３７】
上記の作製条件で、磁気記録層７と摺接する案内ガイドロール１の構造、本数、ガイド径Ф、絶縁体３の幅および磁気記録媒体４と案内ガイドロール１との抱角などの構成条件を変化させて、１０種類の磁気テープの原反サンプルを作製した。
実施例１〜８および比較例１〜２の作製条件を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
上記の、実施例および比較例の磁気テープの原反サンプルに保護層８を形成後、ＰＥＴフィルムの他方の主面（裏面）に、塗布型のバックコート層１０を形成した。塗布型のバックコート層１０の塗料は、一例として以下の組成によった。

この組成物をボールミルで混合し、塗布直前に硬化剤（コロネートL) を５重量部添加した。この塗料をグラビアコータにより、乾燥塗布厚が０．５μｍとなるように塗布した。
【００４０】
次に、潤滑剤層９としてフルオロカーボンを主骨格とし、これがジメチルデシルアミン構造となるように変成したもののトルエン溶液を塗布するように形成した。
この後、６．３５ｍｍ幅に裁断してカセットに収納することにより実施例および比較例の磁気テープのサンプルを作製した。
【００４１】
上記の磁気テープのサンプルについて、ドロップアウト（以下ＤＯと略す）の測定を行い、評価を行った。
この評価法は、常温常湿環境下でサンプルテープを、ＶＴＲにかけて、ＤＯを求める試験方法であり、ＤＯサイズは、−６ｄＢ１０μｓのゲートで評価を行った。この不図示のＤＯ測定系としては、磁気テープサンプルをビデオテープレコーダー（ＶＴＲ）により、記録と再生を行い、再生時にオシロスコープの信号によりＤＯカウンターを用いてＤＯ数を測定するように構成されている。
ＤＯ評価に用いたＶＴＲは、DCR-VX1000（SONY製）であり、ＤＯカウンターにはシバソク製のVH06AZを使用した。なお、ＤＯ測定の測定手順は、実施例および比較例の磁気テープに、単一周波数（波長１μｍ）を記録し、この再生出力をオシロスコープおよびＤＯカウンターに入力し、ＤＯ数を計測した。
この評価結果を表２に示す。ＤＯ（−６ｄＢ１０μｓ）の数は、５０個／分以下であれば画質音質的に問題のないレベルである。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２の結果から、比較例１では、案内ガイドロール１の外周面の表面構造をステンレスだけにすると、アークの多発が観測され、ＤＯ数も非常に多い結果となっている。
【００４４】
比較例２では、案内ガイドロール１の外周面の表面構造をセラミックス（電気抵抗が１００００Ω）だけにすると、アークの多発が観測され、この影響でついには被処理体が切断されてしまい、安定した成膜が行えない。
【００４５】
実施例１〜６の結果から、案内ガイドロール１の外周面の表面構造を導電体２／絶縁体３／導電体２としてステンレス／セラミックス／ステンレスの構造にすると、案内ガイドロール１の導電体２と被処理体１２（磁気記録媒体４）との摺接部分は除いて、案内ガイドロール１の絶縁体３と、被処理体１２との摺接部分にはアークによる熱負けが発生せず、ＤＯ値が小さく、良好な値となっている。このことは、図２に示すように、案内ガイドロール１の両端部の導電体２部と被処理体１２の摺接部に集中させ熱負け異常部の幅ｄを偏在させるとともに、中央部の被処理体１２との摺接部に正常部の幅ｅを確保することができるためである。
【００４６】
さらに、導電体２と摺接する被処理体１２にかかる電流密度が大きくなると、実施例８のように、導電体２部でなくてもアークが派生し、ＤＯが増加するが、本検討では、電流密度が２０．５×１０^-3（Ａ／ｍｍ² ）以下であれば安定した成膜が可能であることがわかる。
【００４７】
実施例７から、案内ガイドロール１の絶縁体３の電気抵抗が５０００Ωでは、絶縁体３と被処理体１２との摺接部分でさえアークが発生してＤＯ値が大きくなり、導電体２／絶縁体３／導電体２構造にする効果がないことがわかる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法によれば、外周面の両端部に導電体と、中央部に絶縁体を形成した案内ガイドロールを具備するプラズマＣＶＤ装置などの薄膜形成装置を用いれば、得られる薄膜の熱損傷などを抑制しつつ、膜特性を安定させて成膜を行うことができる。また、この薄膜形成方法により磁気テープなどの磁気記録媒体の保護層として、ダイアモンドライクカーボン膜などを形成した場合、得られる薄膜の膜特性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる案内ガイドロールの概略斜視図である。
【図２】 本発明に係わる案内ガイドロールと被処理体との関係を示す概略斜視図である。
【図３】 従来例の磁気記録媒体の概略断面図である。
【図４】 従来例のプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図５】 従来例のプラズマＣＶＤ装置の要部概略断面図である。
【符号の説明】
１…案内ガイドロール、２…導電体、３…絶縁体、４…磁気記録媒体、５…非磁性支持体、６…下塗り層、７…磁気記録層、８…保護層、９…潤滑剤層、１０…バックコート層、１１…プラズマＣＶＤ装置、１２…被処理体、１３…真空槽、１４…巻き出しロール、１５…キャンロール、１６…巻き取りロール、１７…真空排気装置、１８…反応管、１９…ガス導入口、２０…電極、２１…ＤＣ電源、Ф…ガイド径、ａ…ガイド幅、ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…幅

Claims (17)

1. 真空槽と、
   前記真空槽中で、プラズマを発生させる手段と、
   前記真空槽へのガス導入手段と、
   前記真空槽中で、磁気記録層を形成したＰＥＴフィルムの非磁性支持体である被処理体を巻回支持して走行させる案内ガイドロ−ルとを具備し、
   前記案内ガイドロールの前記被処理体に摺接する外周面は、前記案内ガイドロールの幅方向の両端部に導電体と、中央部に絶縁体とを有し、
   前記磁気記録層上に保護層を形成する際、前記導電体と前記被処理体の成膜面との摺接部分にアークを集中させる薄膜形成装置。
2. 前記案内ガイドロールの前記導電体と前記被処理体との摺接部の電流密度は、２０．５×１０^-3Ａ／ｍｍ²以下である請求項１に記載の薄膜形成装置。
3. 前記絶縁体の電気抵抗は１００００Ω以上である請求項１に記載の薄膜形成装置。
4. 前記絶縁体はセラミックスである請求項１に記載の薄膜形成装置。
5. 前記導電体はステンレスである請求項１に記載の薄膜形成装置。
6. 前記薄膜形成装置はプラズマＣＶＤ装置である請求項１に記載の薄膜形成装置。
7. 減圧雰囲気中で、プラズマを発生させる工程と、
   前記減圧雰囲気へのガス導入工程と、
   案内ガイドロールを用いて、磁気記録層を形成したＰＥＴフィルムの非磁性支持体である被処理体を巻回支持して走行させる工程と、
   前記磁気記録層上に保護層を形成する工程を具備し、
   前記案内ガイドロールに前記被処理体が摺接する外周面が、前記案内ガイドロールの幅方向の両端部に導電体と、中央部に絶縁体とを有し、
   前記保護層を形成する工程において、前記導電体と前記被処理体の成膜面との摺接部分にアークを集中させる薄膜形成方法。
8. 前記案内ガイドロールの前記導電体と前記被処理体との摺接部の電流密度は、２０．５×１０^-3Ａ／ｍｍ²以下である請求項７に記載の薄膜形成方法。
9. 前記絶縁体の電気抵抗は１００００Ω以上である請求項７に記載の薄膜形成方法。
10. 前記絶縁体はセラミックスである請求項７に記載の薄膜形成方法。
11. 前記導電体はステンレスである請求項７に記載の薄膜形成方法。
12. 前記薄膜を形成する工程はプラズマＣＶＤ法を用いる請求項７に記載の薄膜形成方法。
13. 前記保護層はカーボンおよびダイアモンドライクカーボンのうちのいずれか１種を含む請求項７に記載の薄膜形成方法。
14. 請求項１に記載の薄膜形成装置に用いられる案内ガイドロール。
15. 前記絶縁体の電気抵抗は１００００Ω以上である請求項１４に記載の案内ガイドロール。
16. 前記絶縁体はセラミックスである請求項１４に記載の案内ガイドロール。
17. 前記導電体はステンレスである請求項１４に記載の案内ガイドロール。

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