JPH02197558A - マグネタイト膜の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマグネタイト膜の製造方法および製造装置に関
する。

（従来技術） 金属、ガラスなどの非磁性基板の表面にマグネタイトの
膜を形成し、次いで酸化するとか、あるいはα酸化鉄等
の非磁性膜を形成し、次いで還元してマグネタイト膜と
し、さらに酸化するとかの方法により、酸化鉄記録媒体
を製造するには種々の方法が提案されているが、とりわ
け成膜速度の速いＲＦマグネトロンスパッタ法が注目さ
れている１代表的な方法は、真空中に低圧のアルゴン等
のイオン形成ガスと酸素を導入し、アルゴンをイオン化
してそのイオンを鉄又は鉄合金より成るターゲットに衝
撃させ、スパッタされた鉄又は鉄合金粒子を基板の面に
おいて酸素と反応させて基板の表面に金属酸化物の膜を
析出させる（特開昭６２−９４３８１９号、米国特許第
４５４４６１２号等多数）。

しかしこれらの方法では反応性ガスを基板の前面に亘り
均一に供給するのがむずかしく、形成される酸化物膜の
厚さや組成が場所により異なり、ひいては磁気特性等の
必要な特性が場所により変動する問題がある。

この原因には種々のものがあるが重要な原因の一つは基
板面の近傍における酸化条件が基板の送り方向に対して
横断する方向で変動することである。従来この問題を解
決するために種々のガス供給装置が使用されている。

ＲＦマグネトロンスパッタ装置の典型例は第１図に示す
通りであり、トンネル状の真空室１に磁石５を配置し、
バッキングプレート７に支持させた鉄又は鉄合金から成
るターゲット２を配置し、それに対向させて定速で矢印
の方向に送られる金属又はガラス基板３を位置づけ、ガ
ス導入口４から低圧のアルゴンおよび酸素ガスを導入し
、アースシールド電極６とターゲット２との間に加わる
ＲＦ電界と磁石５の磁界により発生拘束された電子によ
りアルゴンガスなイオン化し、ＲＦ電界によって負の強
電位にされているターゲット２を衝撃させ、叩き出され
た鉄又は鉄合金粒子を基板に差し向けその表面で酸素と
反応させてマグネタイトの膜を生成させる。なお、８は
補正用の開口を有する補正板であり基本的には重要でな
い、補正板８は支柱９により支持され、基板が矢印の方
向に送られながらスパッタを受ける場合にその移動方向
に対して横断方向に延び、中央で狭く外延に向けて広く
なっている細長い開口を有する。これは一般には、ター
ゲット軸方向の中央部で叩き出される鉄原子が多いため
、その量を均一化させるために必要となる。

上記装置においてガス導入口４としては種々のものが提
案されている。第６図は従来の分配型のガス導入口を示
す、すなわちガス供給管４２は多数の孔４１を定間隔で
穿孔した分配部材４０に結合されており、孔４１の径は
供給管４２の接続点から離れるにしたがって大きくなり
ている。しかしこの方式ではガスの吐き出し速度が場所
により異なるし、基板位置をかなり離しても基板には流
れ模様が形成されてしまう。

他の従来例は第７図に示されている。この例では供給管
５０は多数の孔５２を穿孔した分配管５３に結合され更
に管５３を取り囲む第２分配管５１のスリット５４を通
してガスが吐き出される。この例は第６図の例よりも改
良されているか流れ模様は充分に解消されない、以下に
示す本発明から分かる様にこの原因は内外の分配管が接
近しすぎているためである。

（発明の目的） 本発明はマグネタイト膜を均一に製造できる方法及び装
置、特に反応性スパッタ方法及び装置を提供することに
ある。

なお本明細書でマグネタイトとはマグネタイト（ＦｅＳ
Ｏ４）のみならず、ウスタイト（ＦｅＯ）とマグネタイ
ト（ＦｅＳＯ４）の中間形態、並びにマグネタイト（Ｆ
ｅ３０４）とγマグネタイト（γ−Ｆｅａｒｓ）の中間
形態、いわゆるベルトライド形態を含むものとする。

（発明の概要） 本発明は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により鉄又は鉄
を主体とする鉄合金より成るターゲットをアルゴン等の
イオン形成ガスのイオンにより衝撃して鉄又は鉄合金の
粒子を基板に差し向けて酸素と反応させることによりマ
グネタイト膜を基板面に形成する方法において、前記酸
素又は酸素とイオン形成ガスを導入するための上流端が
閉鎖し下流端が開放した扁平且つ幅広の長い供給部材を
前記基板に近接して設け、前記供給部材を出口全体にお
いてほぼ一定の拡散流が得られるに充分な形状および長
さに定め、前記供給部材の上流端に少なくとも１つの前
記ガス供給管を接続したことを特徴とするマグネタイト
膜の製造方法を提供する。

本発明はまた真空室と、鉄又は鉄を主体とする合金より
成るターゲットと、前記ターゲットに対向して配置され
た基板と、アルゴン等のイオン形成ガスと酸素を導入す
る導入口と、より成る装置において、前記導入口は、前
記基板に近接して設けられており、上流端が閉鎖し下流
端が開放した扁平且つ幅広の長い供給部材であって前記
部材の長さおよび形状が出口全体においてほぼ一定の拡
散流が得られるに充分なように定められたものと、前記
部材の上流端に開口した少なくとも１つのガス供給管と
より成ることを特徴とするマグネタイト膜の製造装置を
提供する。

（効果の概要） 本発明の特徴は、供給部材の長さを供給ガスが供給部材
の出口全体で均一な拡散流となる様に充分に長くしたこ
とにある。これにより酸素ガスまたはアルゴン酸素ガス
は基板面に沿った横断方向（基板の送り方向に直角な方
向）に−様に流すことができるため、スパッタされる鉄
又は鉄合金粒子と一様に反応させ基板面前面に亘り均一
なマグネタイト膜が形成できることができる。

（構成の具体的な説明） 以下、図面を参照して本発明の実施例に関連して本発明
の詳細な説明する。

マ　　　イト 本実施例は精密仕上したガラスの表面を化学的に強化し
た円板を基体として、１列の複数の基体を成膜箇所に送
りこみ、それら基体の両面にマグネタイト膜を形成する
磁気記録媒体の製造方法および製造装置について記載す
るが、本発明は一般に金属基板又はガラス基板の片面又
は両面にマグネタイト膜を形成するとか、或いは同時に
２列以上の複数の基体にマグネタイト膜を形成する等の
変形が可能である。

第２図には本発明の実施例によるＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置の要部を示す平面断面図である。ｍ−ｍより見
た基板を鎖線で示した拡大図である。

図に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ装置は水平
に延びる真空室ｌＯと、金属又はガラス円板等の基板１
１を矢印の方向に移送するためのパレットないしホルダ
１２と、基板１１に対向して配置された表面に鉄又は鉄
合金のターゲット２を支持するマグネトロンカソード１
３と、本発明の特徴に従って構成されたアルゴンと酸素
を導入するための部材１４（この点は後で詳しく記載す
る）と、導入されたアルゴンをイオン化しターゲット２
に衝撃させるためのＲＦ電源（図示せず）とから基本的
に構成される。

マグネトロンカソード１３は磁石２１と、ターゲット２
を支持するバッキングプレート２２と、バッキングプレ
ート２２から離間してターゲットの周部近くに配置され
たアースシールド電極２３とより構成されており、ＲＦ
電力はアースシールド電極２３とターゲット２との間に
印加され、電界によりターゲットの表面近傍に発生する
電子を磁石２１の磁界によりターゲットの表面近傍に閉
じ込め、それによりアルゴンをイオン化する。またＲＦ
電磁界によりターゲットは負の高電位になり、アルゴン
イオンをターゲツト面に加速する。

また、マグネタイト膜の成長を均一化するために好まし
くは中央で狭く側端部で広い上下方向に延びる同形の２
つの開口１６を備えた補正板１５を設ける。この補正板
による補正効果は従来と同様であるが２つの開口を設け
た点で違う。

更に、好ましくは補正板の中央部には支柱１９により電
極２０を設ける。この電極は磁石２１の中央部に対向し
てターゲット２に近接して設ける。電極２０とターゲッ
ト２の間隔は５ｍｍ以下とする。この間隔は最適化実験
により容易に決定できる。この間隔が広すぎると放電を
起こし、ターゲツト面に付着した酸化物がアルゴンイオ
ンに叩かれて基板面に飛散し粒状の酸化鉄をマグネタイ
ト膜に点々と付着させ膜質な低下する。また電極２０の
面積はこれがなければ酸化鉄の粒子が付着するはずの領
域部分のほぼ全部を覆うようにする。この点も最適化実
験により容易に決定することができる。電極２０は接地
するかターゲットに対して正電位にする１例えば補正板
１５と支柱を導体で製作する。なお、電極２０は無くて
もマグネタイト膜は成膜出来るが、酸化物粒子の付着に
より膜質が悪くなり、このため幾枚かの基板に成膜する
毎にターゲツト面を清浄化する作業が必要になる。

また、好ましくはターゲット２の周辺部は補正板１５の
開口以外のすべての部分を囲壁２４で完全に又はほぼ完
全に包囲する。補正板１５は囲壁２４の頂部に密着させ
て固定する。こうすることによりターゲットの表面の酸
化が抑制されるため、アルゴンイオンによりＦｅが叩き
出され易くなり、マグネタイト膜の生産性が向上する。

アルゴンと酸素の混合ガスの導入口又は供給部材１４は
ターゲットから見て補正板の外側におき、基板に近接し
て且つ基板に平行な流れが生じる様に設けられる。これ
によりアルゴンが上記の様にターゲットの近傍で濃密な
アルゴンイオンを形成し易くなる一方、酸素は基板面で
優先的に鉄原子と反応してマグネタイトを生成し易くな
る。

なお、アルゴンは補正板１５とターゲット２との間の空
間に導入し、酸素又は酸素アルゴン混合ガスは図示の部
材１４から導入する様にしても良い。

本発明に従って、ガス導入口は第５図の様に構成される
。導入口１４は平行な幅広の上下板３０．３１、平行な
低い側板３４．３５及び上流側の低い側板３３より構成
され下流側に開口３２を形成した供給部材と、側板３３
に結合された一個以上のガス導管３６とより成る。開口
の幅ｗ１高さｈ部材の長さ℃は均一な拡散流が得られる
様に設計する。ガス供給部材の幅Ｗを充分に大きく取り
たいときにはガス導管３６の分岐数又は導入口数を増や
す。

上記の供給部材には第８図のようなガス溜めを付設する
と更に均一性を高めることができる。同図は第５図に示
した供給部材の下板３１に更にガス溜め３７を追加した
ものである。この実施例によるとガス導入口１４から流
入したガスは溜め３７に入って幅方向に拡がりそこから
一定の流量で下流に流れていく、この場合には拡散に要
する長さｌは比較的短くて良い。

マグ　　イト　の　　　゛ 上記の構成のマグネタイト成膜装置を用いて本発明の成
膜方法を説明する。鉄又は鉄合金のターゲット２を所定
の位置に取り付け、真空室１０を連続的に排気し、例え
ばアルゴン９０％、酸素１０％程度の混合ガスを部材１
４から導入する。

マグネトロンカソード１３を作動させアルゴンイオンを
形成する。アルゴンイオンはターゲット１３の表面を衝
撃して鉄原子を放出させる。鉄原子は補正板１５の開口
１６を通って基体１１の表面近くで酸素と反応してマグ
ネタイトとして基体１１の表面に付着しマグネタイト膜
を成長させる。

この成膜過程においては、電極２０をターゲット２の表
面に近接して設けたことにより、ターゲツト面への酸化
物の付着が阻止され、そのためこの酸化物がアルゴンイ
オンに衝撃されて基板に差し向けられる可能性がなくな
る。

以下の実施例に示すように本発明によると基板１１の面
に形成されるマグネタイト膜は厚さ、膜質とも均質であ
り、ターゲットに堆積する酸化鉄に由来するマグネタイ
ト膜上への酸化鉄粒子の付着がほとんど無くなる。更に
このためターゲツト面の清浄化工程が不要となる。均一
なマグネタイト膜が形成される理由は、第５図に示す様
に供給部材に導入されたガスは当初粘性のために層流を
なし一定の流れパターンを有しているが、流下する内に
幅方向に拡散して行き遂には流路に垂直な断面内の方向
に均一化するためである。従って供給部材の長さβを充
分に長くすることにより部材開口３２においてほぼ完全
に均一な反応性ガス密度が得られる。こうして形成され
た均一流は上下板３０．３１に平行に且つ近接位置を移
動しつつある基板の表面に流れて均一な酸化反応を行な
う。

なお、この例によるとマグネタイト膜の成膜効率は電極
２０を用いない場合とほとんど変わらない、これはマグ
ネトロン磁界の強度分布が一般に第４図の様に双子型を
しているため、電極２０が中央の弱い磁界の部分に位置
することになるからである。なおこの図は第３図のＡＢ
Ｃの点に沿った磁束密度分布を示す。

マグネタイト膜は成膜条件を制御することによリマグネ
タイト（Ｆｅｗ　Ｏａ　）そのもの又はそれから外れる
ベルトライド形態にすることができることが分かった。

得られるマグネタイト膜は酸化性雰囲気中で熱処理する
ことにより磁気記録媒体に適したγ酸化鉄に転化させる
ことができる。

以下に実施例を述べる。

夫立ｌ 第５図に示した装置及び方法を使用してマグネタイトの
成膜を実施した。純鉄ターゲットを基板の送り方向の長
さ約１２７ｍｍ、横断方向の長さ約３８１ｍｍに製作し
、これをバッキングプレートの中心位置に支持させた。

ターゲットの中央でその表面から５ｍｍの位置に基板の
送り方向の長さ約３５ｍｍ、横断方向の長さ約２７０ｍ
ｍの電極を配置し設置した。ＲＦ電源は１３．５６ＭＨ
ｚ、７００〜１５００Ｗとした。アルゴン９０％、酸素
ｌＯ％の混合ガスを本発明の供給部材（基板の面の軌跡
から約５ｍｍ離れて、Ｗ２Ｂ。

０ｃｍ％　ｈｏ、４ｃｍ、１２４０．０ｃｍとしたもの
）により３０〜８０ＳＣＣＭの流量で導入し、動作圧５
Ｘ１０−’Ｐａ以下にした。直径的１３゜０　ｃ　ｍ　
％厚さ１．９ｍｍの超精密研摩した（　Ｒ、、、約１０
０μ）表面強化ガラス板をターゲツト面から約７５ｍｍ
の距離のところを定速で送り約０．２μに成膜した。成
膜中基板の温度は１００〜２００℃であった。得られた
膜は分析により実質的にマグネタイト膜であることが確
認された。

比較のため従来の第７図に示された部材（幅は実施例と
同一、スリット５４の幅は０．２ｃｍ）を用い、他の条
件は実施例と同一にして実験した。

（具体的な作用効果） 実施例及び比較例で得られた膜を分析したところマグネ
タイト膜であった。厚さを測定したところ基板の移送方
向に直交する横断方向において本発明は一定の約０．２
μであったが、比較例のものは中央で約０．２５μ両端
で０．２μであった。また比抵抗を測定したところ実施
例ではどの部分も約０．０１０ｃｍであったが、比較例
では中央で約０．０１Ωｃｍ両端で０．０３〜０．０７
Ωｃｍであった。第９図は実施例および比較例により円
盤状基板上に成膜したマグネタイト膜の比抵抗の分布を
示す８図中角度θは円盤の送り方向中心線を０．１８０
度とした円盤の回転方向の角度、ｒは円盤中心からの半
径である１本発明の供給部材の効果は著しいことが分か
る。

４、　　　　　　ｔ１日 第１図はＲＦマグネトロンスパッタ法によるマグネタイ
ト成膜装置を示す断面図、第２図は本発明の実施例によ
るマグネタイト成膜装置の平面断面図、第３図は第２図
の■−■より見た図、第４図はマグネトロンの磁束密度
分布を示すグラフ、第５図は本発明の反応ガス供給装置
の構造を示す斜視図、第６図は従来の反応ガス供給装置
を示す斜視図、第７図は従来の他の反応ガス供給装置を
示す斜視図、第８図は本発明の反応ガス供給装置他の実
施例による構造を示す斜視図、および第９図は本発明の
実施例と比較例の効果を示すグラフである。

＝→Ａ「十０２ 第１囚 第３図 第５図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）反応性スパッタ法により鉄又は鉄を主体とする鉄合
   金より成るターゲットをアルゴン等のイオン形成ガスの
   イオンにより衝撃して鉄又は鉄合金の粒子を基板に差し
   向けて酸素と反応させることによりマグネタイト膜を基
   板面に形成する方法において、前記酸素又は酸素とイオ
   ン形成ガスを導入するための上流端が閉鎖し下流端が開
   放した扁平且つ幅広の長い供給部材を前記基板に近接し
   て設け、前記供給部材を出口全体においてほぼ一定の拡
   散流が得られるに充分な形状および長さに定め、前記供
   給部材の上流端に少なくとも１つの前記ガス供給管を接
   続したことを特徴とするマグネタイト膜の製造方法。 ２）真空室と、鉄又は鉄を主体とする合金より成るター
   ゲットと、前記ターゲットに対向して配置された基板と
   、アルゴン等のイオン形成ガスと酸素を導入する導入口
   と、より成る装置において、前記導入口は、前記基板に
   近接して設けられており、上流端が閉鎖し下流端が開放
   した扁平且つ幅広の長い供給部材であって前記部材の長
   さおよび形状が出口全体においてほぼ一定の拡散流が得
   られるに充分なように定められたものと、前記部材の上
   流端に開口した少なくとも１つのガス供給管とより成る
   ことを特徴とするマグネタイト膜の製造装置。 ３）供給部材の扁平面は基板の面に平行に設けられてい
   る前記第３項記載のマグネタイト膜の製造装置。