JPH09217174A - カーボン膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摺動耐久性のみならず、耐環境性に優れたカ
ーボン膜の成膜方法を提供する。 【解決手段】 ガス反応管内部９に配設された電極１
０に所定の電圧を印加した状態で、ガス供給管１１から
炭素を含む原料ガスを供給して電極１０を通過させ、プ
ラズマ発光部１２で生じた分解生成物をフィルム２上の
金属磁性薄膜表面に被着させる。原料ガスは、下記の式
（３）に示される滞留時間τを０．２秒以上としてガス
反応管９に供給される。 τ＝Ｖ・Ｐ／（Ｑ・Ｃ・１．０１・１０⁵） （ここで、Ｖは、プラズマ発光部の容積（ｃｍ³）を示
し、Ｐは、原料ガスの分圧（Ｐａ）を示し、Ｑは、原料
ガスの流量（ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃ）を示し、Ｃは、原
料ガス分子中に含まれる炭素原子の数を示す。） ・
・・（３）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的気相成長
（以下、ＣＶＤと称す。）法によりカーボン膜を成膜す
る成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度記録への要求の高まりとともに、
注目を集めている磁気記録媒体に、Ｃｏ−Ｎｉ合金，Ｃ
ｏ−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，スパッタリング法，イ
オンプレーティング法等）によって非磁性支持体上に直
接被着した、いわゆる金属磁性薄膜型の磁気記録媒体が
ある。

【０００３】この金属磁性薄膜型の磁気記録媒体は抗磁
力や角形比等に優れ、短波長での電磁変換特性に優れる
ばかりでなく、金属磁性薄膜の厚みをきわめて薄くでき
る為、記録減磁や再生時の厚み損失が著しく小さいこ
と、金属磁性薄膜中に非磁性材であるその結合剤を混入
する必要が無いため磁性材料の充填密度を高めることが
出来ることなど、数々の利点を有している。即ち、金属
磁性薄膜は、磁気特性的に優位であり、高密度記録に適
する。

【０００４】ところで、これら磁気記録媒体は、高密度
化に対応してスペーシングロスを抑えるために、表面が
一層平滑化される方向にある。しかし、金属磁性薄膜表
面が平滑になると、ヘッドに対する接触面積が大きくな
るために、摩擦力が増大し、金属磁性薄膜に生ずるせん
断応力が大きくなる。

【０００５】一般に、上述したような非磁性支持体上に
金属磁性薄膜が形成されてなる磁気記録媒体において
は、金属磁性薄膜を磁気ヘッドとの摺動から保護するた
めに、金属磁性薄膜表面に保護膜が成膜されるが、この
ような厳しい摺動条件から金属磁性薄膜を保護するため
に、さらなる保護膜の摺動耐久性の向上が要求されてい
る。

【０００６】このような保護膜としては、カーボン膜、
石英（ＳｉＯ₂）膜、ジルコニア（ＺｒＯ₂）膜等が検討
されている。ハードディスクにおいては、実用化され生
産されているものもある。特に最近では、カーボン膜に
おいてもより硬度な硬質カーボン（ＤＬＣ）膜等の膜形
成の検討が行われている。これらカーボン膜等の成膜方
法としては、スパッタリング法やＣＶＤ法が挙げられ
る。

【０００７】スパッタリング法は、まず、電場や磁場を
利用してＡｒガス等の不活性ガスが電離（プラズマ化）
させ、電離された不活性ガスのイオンを加速して、その
運動エネルギーによってターゲットの原子をはじき出
す。そして、そのはじき出された原子が対向する基板上
に堆積し、目的とする膜を形成する物理的プロセスであ
る。このプロセスによる膜形成速度は一般に遅く、工業
的見地から生産性に劣る。

【０００８】一方、ＣＶＤ法においては、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、合成などの化学反応を起こして、基
板上に沈着させて目的となる膜を形成する化学的プロセ
スである。ＣＶＤ法による成膜速度はスパッタリング法
に比べ成膜速度が速いため、最近では、ＣＶＤ法によっ
て成膜することが検討されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のスパッタリング法やＣＶＤ法により成膜されたカーボ
ン膜は、摺動耐久性を著しく向上させたが、耐環境性、
特に防食性の点で問題が残されていた。カーボン膜が磁
気記録媒体の保護膜として充分な機能を果たさない場合
には、高温多湿環境下やＳＯ₂ガスなどの腐食性雰囲気
環境下で、金属磁性薄膜の酸化や硫化等が進み、その磁
気特性が減少し、磁気記録媒体自体の機能が失われてし
まう。

【００１０】そこで、本発明は、ＣＶＤ法を適用し、摺
動耐久性のみならず、耐環境性にも優れたカーボン膜の
成膜方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るカーボン膜
の成膜方法は、上述の目的を達成するために提案された
ものであり、真空室内で、被成膜体を円筒キャンの周面
に周回させ、ガス反応管内部に配設された電極に所定の
電圧を印加した状態で、該ガス反応管内部に前記電極よ
りも後方から前記被成膜体に向かって炭素を含む原料ガ
スを供給することにより、前記被成膜体上にカーボン膜
の成膜を行うに際し、下記の式（２）に示される原料ガ
スの反応管内部における滞留時間τを０．２秒以上とす
ることを特徴とする。

【００１２】 τ＝Ｖ×Ｐ／（Ｑ×Ｃ×１．０１×１０⁵） （ここで、Ｖは、ガス反応管内部の容積のうち電極より
も前方の容積（ｃｍ³）を示し、Ｐは、原料ガスの分圧
（Ｐａ）を示し、Ｑは、原料ガスの流量（ｃｍ³・Ｐａ
／ｓｅｃ）を示し、Ｃは、原料ガス分子中に含まれる炭
素原子の数を示す。）
・・・（２） 本発明を適用して滞留時間τを０．２秒以上とすると、
反応管内で原料ガスが十分な化学反応を起こしてから被
成膜体に到達することができるため、摩擦などに対する
摺動耐久性のみならず、耐環境性に優れたカーボン膜を
成膜することができる。

【００１３】また、本発明に係るカーボン膜の成膜方法
は、非磁性支持体上に金属磁性薄膜が形成された磁気記
録媒体にカーボン膜よりなる保護膜を成膜するに際して
適用されても好適である。摺動耐久性のみならず、耐環
境性に優れたカーボン膜を保護膜として成膜された磁気
記録媒体は、金属磁性薄膜の保存特性が高められるた
め、長期信頼性が向上する。

【００１４】なお、滞留時間τが０．２秒未満になる
と、プラズマ発光部１２内での原料ガスの化学反応が十
分に行われないため、カーボン膜の耐環境性は十分でな
く、磁気記録媒体自体の長期信頼性も悪くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を適用した実施の形態につ
いて説明する。

【００１６】先ず、この実施の形態において、非磁性支
持体上に金属磁性薄膜が形成されたフィルムにカーボン
膜を成膜する方法と、それに使用したプラズマＣＶＤ装
置とを合わせて説明する。

【００１７】このプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すよ
うに、真空排気系８によって排気されて内部が真空状態
となされた真空室１内に、送りロール３，巻き取りロー
ル４とが配設されており、これら送りロール３から巻き
取りロール４に向かって、上述したように非磁性支持体
上に金属磁性薄膜が成膜されてなるフィルム２が順次走
行されるようになされている。

【００１８】これら送りロール３から巻き取りロール４
側に上記フィルム２が走行する中途部には、上記各ロー
ル３，４よりも大径となされた円筒キャン５が配設され
ている。

【００１９】したがって、上記フィルム２は、上記送り
ロール３から順次送り出され、上記円筒キャン５の周面
に沿って移動走行され、更に上記巻き取りロール４に順
次巻き取られることとなる。

【００２０】また、上記送りロール３と上記円筒キャン
５との間、及び該円筒キャン５と上記巻き取りロール４
との間には、各ロール３，４より小径のガイドロール
６，７がそれぞれ配設され、上記送りロール３から上記
円筒キャン５、該円筒キャン５から上記巻き取りロール
４に亘って走行する上記フィルム２に所定のテンション
をかけ、該フィルム２が円滑に走行するようになされて
いる。

【００２１】上記円筒キャン５の下方には、該円筒キャ
ン５の周面に略平行となるように曲面化された開口を有
するガス反応管９が設けられる。このガス反応管９内部
には、複数の空孔を有し、メッシュ状に形成された電極
１０が配されている。この電極１０には、直流電源によ
り、５００Ｖ〜２０００Ｖの電位が加えられる。また、
ガス反応管９には、この内部に炭化水素系の化合物を主
成分とした原料ガスを供給するガス供給管１１が接続さ
れている。

【００２２】したがって、電極１０に所定の直流電圧を
印加し、電極１０と円筒キャンの間にプラズマを発生さ
せた状態にて、原料ガスをガス供給管１１に供給し、電
極１０を通過させると、原料ガスがプラズマ状態下にあ
るプラズマ発光部１２内で所定の反応を起こし、この分
解生成物が円筒キャン５の周面を走行するフィルム２の
表面に連続的に被着するようになる。これにより、フィ
ルム２の金属磁性薄膜上にカーボン膜が所定の厚みまで
成膜される。なお、ここでは、ガス反応管９のうち電極
よりも前方の空間をプラズマ発光部１２と称し、図１中
ではドットで示した。

【００２３】ここで、プラズマ発光部１２内の原料ガス
は、下記に示す式（３）に示される滞留時間τを０．２
秒以上となるようにフィルム２に供給される。

【００２４】 τ＝Ｖ×Ｐ／（Ｑ×Ｃ×１．０１×１０⁵） （ここで、Ｖは、プラズマ発光部１２の容積（ｃｍ³）
を示し、Ｐは、原料ガスの分圧（Ｐａ）を示し、Ｑは、
原料ガスの流量（ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃ）を示し、Ｃ
は、原料ガス分子中に含まれる炭素原子の数を示す。）
・・・（３） 滞留時間τの調整は、電極１０の位置を上下することに
よってプラズマ発光部１２の容積を調節したり、原料ガ
スの流量を変えることで調節することができる。

【００２５】以上のようにして、原料ガスがプラズマ発
光部内に滞留する時間τを０．２秒以上にすることで、
摩擦などに対する摺動耐久性のみならず、耐環境性に優
れたカーボン膜を被成膜体に成膜することができる。

【００２６】また、以上のようにして成膜されるカーボ
ン膜は、保護膜として非磁性支持体上に形成された金属
磁性薄膜の表面に形成されても好適である。摺動耐久性
のみならず、耐環境性に優れたカーボン膜を保護膜とし
て成膜された磁気記録媒体は、金属磁性薄膜の保存特性
が高められるため、長期信頼性が向上する。

【００２７】なお、本発明に適用されるプラズマＣＶＤ
装置の構成は、上述したものに限定されるものではな
く、例えば、円筒キャン５には、ＤＣ電源によりバイア
ス電圧が印加できるようになっていてもよい。

【００２８】また、プラズマを発生させる手段として
は、本発明では直流電源を利用したが、さらに、ガス反
応管９の外周面に誘導コイルを巻いて誘導結合プラズマ
を発生させてもよい。

【００２９】本発明は、上述のようにしてカーボン膜が
成膜される磁気記録媒体の構成には特に限定はないが、
いわゆる金属磁性薄膜型の磁気記録媒体に適用されて好
適である。また、特にディスクとは異なり、耐環境性が
厳しく要求されるテープ媒体においてその効果が大き
い。この磁気記録媒体を構成する非磁性支持体や磁性層
の材料等は特に限定されない。

【００３０】非磁性支持体としては、ポリエステル類、
ポリオレフィン類、セルロース類、ビニル類、ポリイミ
ド類、ポリカーボネート類に代表されるような高分子材
料によって形成される高分子基板や、アルミニウム合
金、チタン合金からなる金属基板、アルミガラス等のセ
ラミックス基板、ガラス基板等が挙げられ、その形状も
何等限定されないが、円筒キャンの周面を走行させて保
護膜の成膜を行うことからテープ状であることが好まし
い。この場合には、ポリエチレンテレフタレートフィル
ム、ポリエチレンナフタレートフィルム、アラミドフィ
ルム等であって好適である。また、これらのフィルムに
は、表面粗度を制御するためにフィラーが内添されてい
てもよいし、表面に表面粗度を制御するための層が形成
されていてもよい。

【００３１】磁性層としては、通常、金属磁性薄膜型の
磁気記録媒体に用いられる金属磁性材料がいずれも使用
可能である。例示するならば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの
強磁性金属、Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｃｏ−Ｎｉ，Ｆ
ｅ−Ｃｏ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ，Ｆ
ｅ−Ｃｕ，Ｃｏ−Ｃｕ，Ｃｏ−Ａｕ，Ｃｏ−Ｐｔ，Ｍｎ
−Ｂｉ，Ｍｎ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｎｉ−
Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｎ
ｉ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ
−Ｂ等の強磁性合金からなる面内磁化記録用の金属磁性
薄膜や、Ｃｏ−Ｃｒ系合金薄膜、Ｃｏ−Ｏ系薄膜等の垂
直磁化記録用の金属磁性薄膜が挙げられる。

【００３２】これら金属磁性材料は、真空下で強磁性金
属磁性材料を加熱蒸発させ支持体上に沈着させる真空蒸
着法や、強磁性金属材料の蒸発を放電中で行うイオンプ
レーティング法、アルゴンを主成分とする雰囲気中でグ
ロー放電を越こし生じたアルゴンイオンでターゲット表
面の原子をたたき出すスパッタ法等のいわゆるＰＶＤ技
術によって薄膜とされる。磁性層としてはこれら手法に
よって成膜される金属磁性薄膜の単層膜あるいは多層膜
のいずれでも良い。なお、非磁性支持体と金属磁性薄膜
の間，さらには金属磁性薄膜が多層膜である場合には金
属磁性薄膜同士の間に、各層間の付着力向上、抗磁力の
制御等を図るために下地層や中間層を設けるようにして
も良い。また、これら金属磁性薄膜の表面近傍は、耐蝕
性改善等を目的として酸化物層となっていてもよい。

【００３３】特に面内磁化記録用の磁性層の場合、予め
非磁性支持体上にＢｉ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｔｉ等の低融点非磁性材料の下地膜を
形成しておき、金属磁性材料を垂直方向から蒸着あるい
はスパッタし、金属磁性薄膜中にこれら低融点非磁性材
料を拡散せしめ、配向性を解消して面内等方性を確保す
るとともに抗磁力を向上するようにしてもよい。

【００３４】また、非磁性支持体の磁性層が形成されて
いる側とは反対側の面にバックコート層が形成された
り、保護膜上にさらに潤滑剤や極圧剤等よりなるトップ
コート層が塗布されたものであっても良い。これらの層
に用いられる材料には、従来公知のものがいずれも使用
可能である。例えば、バックコート層は、通常の磁気記
録媒体において形成されているようなカーボンブラック
等の帯電防止効果や摩擦低減効果を有する非磁性粉末が
結合剤中に分散されてなる非磁性層であればよい。

【００３５】

【実施例】以下、実際に上述した実施の形態を適用し
て、式（３）で示される滞留時間τを変化させて磁気テ
ープを作製した例について説明する。

【００３６】実施例１ まず、非磁性支持体として、厚さ１０μｍのポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用意した。そし
て、真空蒸着法により、Ｃｏ８０−Ｎｉ２０（数字は組
成比）からなる磁性材料を蒸着源に、酸素を導入ガスに
用いて、蒸着時の真空度７×１０^-2Ｐａ、蒸着粒子の入
射角４５°〜９０°の条件で膜厚２００ｎｍの金属磁性
薄膜をＰＥＴフィルム上に成膜した。これをフィルム２
とした。

【００３７】上述したＣＶＤ装置において、フィルム２
を円筒キャン５の周面に走行させ、電極１０に２．０ｋ
Ｖの直流電流を印加してグロー放電を行い、ガス供給管
１１からトルエンを供給した。そして、以下の条件によ
りトルエンの分解生成物をプラズマ発光部１２内に発生
させて、プラズマ発光部１２内の滞留時間τが０．２秒
になるように、フィルム２の表面に被着させた。これに
より、フィルム２の金属磁性薄膜の表面に膜厚８ｎｍの
カーボン膜が成膜された。これをサンプルテープ（実施
例１）とする。

【００３８】なお、反応圧力は、円筒キャン５とガス反
応管９との隙間を調整することで一定にしている。

【００３９】カーボン膜の成膜条件 原料ガス ：トルエン 反応圧力 ：１０Ｐａ プラズマ発光部容積 ：２０００ｃｍ³ 導入ガス流量 ：０．１４２ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃ実施例２ 本実施例では、原料ガスであるトルエンの流量を０．０
５３ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃに変えることで、滞留時間を
０．５秒に変化させて、他は実施例１と同様にカーボン
膜の成膜を行った。これをサンプルテープ（実施例２）
とする。

【００４０】実施例３ 本実施例では、原料ガスであるトルエンの流量を０．０
２８ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃに変えることで、滞留時間を
１．０秒に変化させて、他は実施例１と同様にカーボン
膜の成膜を行った。これをサンプルテープ（実施例３）
とする。

【００４１】実施例４ 本実施例では、電極１０の位置を後方に下げてプラズマ
発光部の容積を４０００ｃｍ³に変え、原料ガスである
トルエンの流量を０．２８３ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃに変
えることで、滞留時間を０．２秒に変化させて、他は実
施例１と同様にカーボン膜の成膜を行った。これをサン
プルテープ（実施例４）とする。

【００４２】実施例５ 本実施例では、電極１０の位置を後方に下げてプラズマ
発光部の容積を１００００ｃｍ³に変えることで、滞留
時間を０．５秒に変化させて、他は実施例４と同様にカ
ーボン膜の成膜を行った。これをサンプルテープ（実施
例５）とする。

【００４３】実施例６ 本実施例では、原料ガスにエチレンを用いることで、滞
留時間を０．３５秒に変化させて、他は実施例３と同様
にカーボン膜の成膜を行った。これをサンプルテープ
（実施例６）とする。

【００４４】比較例１ 本比較例では、比較のため、以下の条件により滞留時間
τ０．１秒でカーボン膜を成膜し、実施例と同様にサン
プルテープ（比較例１）を作製した。

【００４５】カーボン膜の成膜条件 原料ガス ：トルエン 反応圧力 ：１０Ｐａ プラズマ発光部容積 ：２０００ｃｍ³ 導入ガス流量 ：０．２８３ｃｍ³・Ｐａ／ｓｅｃ 以上のように作製されたサンプルテープについて、飽和
磁化特性の劣化を調べた。各実施例と比較例の成膜条件
とその結果を表１に示す。

【００４６】飽和磁気特性の変化量ΔＭ_S（％）の測定
は、保存前の飽和磁化Ｍ_Sと、温度３０℃、湿度９０
％、ＳＯ₂濃度０．５ｐｐｍで２４時間保存後の飽和磁
化Ｍ_S’を測定し、次式（４）より求めた。

【００４７】 ΔＭ_S＝（Ｍ_S’−Ｍ_S）／Ｍ_S×１００ ・・・（４）

【００４８】

【表１】

【００４９】表１から明らかのように、滞留時間τが
０．２秒未満である比較例において変化量ΔＭ_Sが−３
８％であるのに対し、滞留時間τが０．２秒以上になる
実施例においては、変化量ΔＭ_Sがおおむね−１０％以
下となり、大幅に保存特性が良くなっている。

【００５０】以上のことから、原料ガスの滞留時間τを
０．２秒以上として成膜されたカーボン膜は、耐環境性
に優れ、このカーボン膜を備えた磁気テープは、磁気層
の磁気特性を損なわせることがなく、磁気テープ自体の
信頼性を向上させることがわかる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかのように、本発
明に係るカーボン膜の成膜方法によれば、摺動耐久性の
みならず、耐環境性に優れたカーボン膜を得ることがで
きる。

【００５２】また、被成膜体が非磁性支持体上に金属磁
性薄膜が形成された磁気記録媒体である場合には、磁気
記録媒体が、摺動耐久性のみならず、耐環境性に優れた
カーボン膜を保護膜として有することから、金属磁性薄
膜の保存特性が高められて磁気記録媒体自体の長期信頼
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマＣＶＤ装置の構成例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 真空室 ２ フィルム ５ 円筒キャン ９ ガス反応管 １０ 電極 １２ プラズマ発光部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室内で、被成膜体を円筒キャンの周
   面に周回させ、ガス反応管内部に配設された電極に所定
   の電圧を印加した状態で、該ガス反応管内部に前記電極
   よりも後方から前記被成膜体に向かって炭素を含む原料
   ガスを供給することにより、前記被成膜体上にカーボン
   膜の成膜を行うに際し、 下記の式（１）に示される原料ガスの反応管内部におけ
   る滞留時間τを０．２秒以上とすることを特徴とするカ
   ーボン膜の成膜方法。 τ＝Ｖ×Ｐ／（Ｑ×Ｃ×１．０１×１０⁵） （ここで、Ｖは、ガス反応管内部の容積のうち電極より
   も前方の容積（ｃｍ³）を示し、Ｐは、原料ガスの分圧
   （Ｐａ）を示し、Ｑは、原料ガスの流量（ｃｍ³・Ｐａ
   ／ｓｅｃ）を示し、Ｃは、原料ガス分子中に含まれる炭
   素原子の数を示す。）
   ・・・（１）
2. 【請求項２】 被成膜体が非磁性支持体上に金属磁性薄
   膜が磁性層として形成された磁気記録媒体であることを
   特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。