JPH09228054A - 磁気記録媒体およびその製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルム状基材にＣＶＤ法を用いてダイヤモ
ンド状炭素膜を形成する場合の成膜速度の高速化を図
り、フィルム状基材へのプラズマ処理時のダメージを解
消すること。 【解決手段】 プラズマ処理槽を有する真空槽６と、前
記プラズマ処理槽に反応ガス２を供給する手段と、前記
プラズマ処理槽内にフィルム状基材１６を挿入し搬出で
きる機構とを備えたプラズマ処理装置において、前記プ
ラズマ処理槽内の接地電極８上に挿入されたフィルム状
基材に対向して設けた対向電極３に高周波電圧１を印加
してプラズマを保持し、前記対向電極３の面積を前記プ
ラズマ処理槽内の接地電極８の面積より十分に大きくし
て高エネルギーのイオンを被処理表面に流出させ、前記
対向電極を前記真空槽の一部とすることで装置構造上の
電気容量を最小限とし、前記磁性層表面の一部が１００
ｍｍ²以上の接触面積で電気的に接地しているプラズマ
処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルム状の磁気
記録媒体およびこれを形成するための製造方法、および
製造装置についてであり、特に硬質な炭素被膜を高速で
連続的に形成する方法及びプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気記録媒体としての磁気テープ
は非磁性フィルム状基材に磁性塗料を塗布し乾燥した塗
布型が広く採用されている。

【０００３】近年においては、高密度磁気記録膜への要
望に答えて、非磁性フィルム状基材にＣＶＤ（Ｃhemica
l Ｖapor Ｄeposition）法またはスパッタリング法等を
用いることによりＣｏ−Ｃｒ合金等の金属磁性薄膜型の
磁気テープが検討されている。この場合、磁性層が２０
０ｎｍ程度と非常に薄いために、耐久性を持たせるため
磁性層を保護する保護膜層が必要となってくる。

【０００４】このため、保護膜層としてスパッタカーボ
ン膜等について検討が行われているが、より硬度的、耐
摩耗性に優れたＣＶＤ法で形成したダイヤモンド状炭素
膜が現在、注目されている。しかしながら、ダイヤモン
ド状炭素膜をＣＶＤ法で形成する場合、その成膜速度の
高速化、プラズマ処理時におけるプロセス安定性につい
て明快な回答が得られておらず実用化には至っていな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、ＣＶＤ法
を用いて形成するダイヤモンド状炭素膜を保護膜層とし
て実用化する場合に問題となっている成膜速度の高速化
とフィルム基材および磁性層へのプラズマ処理時のダメ
ージを解消したプラズマ処理方法、処理装置およびこれ
らの手法から得られる磁気記録媒体の提供を目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、フィルム状
基材をプラズマ処理槽内の接地電極上に挿入し、その処
理部に対向して設ける電極に高周波電圧を印加すること
によってプラズマを保持すると共に、この対向電極の面
積を接地電極の被処理部の面積より十分に大きくするこ
とにより高エネルギーを得たイオンを、正の値で観測さ
れる自己バイアス電圧で被処理表面に流出させて被膜を
形成させる電極（以下、正バイアス電極構造と称する）
を用いるが、ここで高い自己バイアス電圧値を得るため
に、生成するプラズマの持つ電気容量に対して、電気回
路的に並列に発生する装置構造上の電気容量を最小限と
した電極を実現した。

【０００７】このような装置構造をとることで、高周波
電源を用いてプラズマを生成した場合に発生する自己バ
イアス電圧値を容易に増加させることが可能となり、効
率的にプラズマ中のイオンを加速して高エネルギーイオ
ンを被処理表面に流出させ被膜を形成させることが可能
となり、成膜速度の高速化が可能となる。

【０００８】一方、ＣＶＤ法を用いて磁性膜層上に保護
膜形成を行う場合、前記磁性層へ流入するプラズマ電流
により発生するフィルム基材の熱損傷が考えられる。そ
の対策としては、磁性層表面に流れ込むＲＦ変動電流
が、完全に接地部材に流れ込まぬようにして、かつ、他
部材の電位と干渉しないような装置構造とするか、ある
いは、磁性層表面を完全に接地させた状態でＲＦ変動電
流による電位差を発生させないようにするか何れかの方
法をとる必要がある。

【０００９】ＲＦ電流が比較的小さな小電力でのＣＶＤ
法では、フィルムが接触するロール類を全て電気的に絶
縁することで、前者の方法においても有効である。しか
しながら、ある程度以上の電力を投入する場合、フィル
ム上の磁性膜層を流れる変動電流は大きな電位差を発生
させ、フィルムの熱損傷を発生させことになる。

【００１０】そこで、このような現象の対策のために
は、電流経路を十分に確保するために常時、磁性層表面
の一部が所定の接触面積で電気的に接地した構造の成膜
装置としたことで、プラズマ処理時におけるフィルム基
材および磁性層へのダメージを解消した。

【００１１】本発明である、正バイアス電極構造をも
ち、かつ、プラズマのもつ電気容量に対して並列に存す
る装置構造上の電気容量を最小限にした容量結合型電極
を用いることで、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ
Ｃａｒｂｏｎ）膜の成膜速度の高速化を図ることが可能
となり、また、これを複数個用いることで生産性の向上
を行うことができた。

【００１２】また、プラズマ電流の磁性膜層への流入に
よって発生する可能性のあるフィルム基材の熱損傷につ
いても、磁性膜層の一部を所定の面積以上を接触させる
ことによって、電流経路を獲得して防止することが可能
となった。

【００１３】以上の手法を用いることで、耐久性、耐食
性ともに十分な高品質の磁気テープをＣＶＤ法を用いて
効率よく生産することが可能となった。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
説明するが、本発明がこれらの実施形態に限定されるも
のではない。

【００１５】図１は本発明の炭素膜形成用プラズマ処理
装置の一実施形態の構成を示す。

【００１６】本実施形態は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電
源１を用いてメタンガス２をプラズマ処理室兼対向電極
３に反応ガス印加機構４から導入するようになってお
り、これを排気する真空排気機構５が、プラズマ処理室
兼対向電極３および真空槽６にそれぞれ設置されてい
る。フィルム状基材の送り機構は、送り出しロール７、
回転電極８、巻取りロール９、およびフィルム張力安定
化およびプラズマ電流経路確保の為の部材としても用い
ることが可能なガイドロール１０からなる。

【００１７】プラズマ処理室兼対向電極３は、接地され
た回転電極８の被処理部１１と対向し、プラズマを取り
囲む形状をしており、反応ガス印加機構４及び真空排気
機構５から電気的に絶縁材料１２によって絶縁されてい
る。ここで、被処理部１１の有効面積に対するプラズマ
処理室兼対向電極３の面積は３倍以上が好ましい。な
お、プラズマ処理室兼対向電極３は、真空容器内に電極
構造上発生する電気容量を最小限にするために対向電極
そのものを真空容器としている。

【００１８】本プロセスにおいては、メタンガスを３０
ｓｃｃｍ安定して供給しプロセスガス圧を２００ｍＴと
した。ここで、ＲＦ電力として５００Ｗ（Ｖｐｐ＝２０
００ｖ）を投入したところ、Ｖｄｃ＝１０００Ｖの自己
バイアス電圧値を確認した。この条件下において、我々
は成膜速度４ｎｍ／ｓにおいてダイヤモンド状炭素膜の
形成を確認した。

【００１９】ＤＬＣ膜は、図２に示すようにラマン解析
結果からもダイヤモンド状炭素膜と確認でき、ビッカス
硬度２０００以上の硬質かつ摩耗しにくい膜であること
を確認した。

【００２０】次に本実施形態の装置を用いて、プロセス
ガスとしてプロパンを用いて同様な実験を行った。ガス
流量は２０ｓｃｃｍ、プロセスガス圧は２００ｍＴとし
た状態において、ＲＦ電力として２０００Ｗ（Ｖｐｐ＝
４０００Ｖ）を投入したところ、Ｖｄｃc＝２０００Ｖ
の自己バイアス電圧値を確認し、成膜速度15ｎｍ／ｓに
おいてＤＬＣ膜の形成を確認した。また、プラズマ処理
のための反応性ガスとして炭化水素ガスだけではなく
て、炭化水素ガスと水素ガスの混合ガスを用いても同様
の効果を期待できる。

【００２１】いずれの実施形態においても、プラズマ処
理室兼対向電極３を支持する接地されている真空槽６と
回転接地電極８との隙間部分１３は非常に重要な部分で
ある。即ち、図３に示すようにフィルム挿入、送出のた
めの開口部分の寸法を（フィルム厚＋３ｍｍ）以下、
（フィルム幅＋３ｍｍ）以下としなければならない。

【００２２】なぜなら、成膜速度の高速化のためには、
プラズマ中の気相反応頻度を決定する要因の一つである
プロセスガス圧を増加させる必要があるが、ガス圧を増
加させることでガス種の平均自由行程が短くなり、プラ
ズマは小さい隙間においても容易に局部的な放電を起こ
しやすくなる。従って、この隙間部１３はできるだけ小
さくする必要がある。また、このような局部的な放電を
発生させないためには、プラズマ処理槽空間１４の気圧
値に比較して、真空槽空間１５の気圧値を１／２以下と
したほうが有利である。さらに、前記フィルム状基材の
挿入および送出を行う開口部分でプラズマ漏洩およびプ
ラズマ集中を生じないように、前記開口部分を形成する
部分を、絶縁材料を用いた部材または絶縁材料をコーテ
ィングした部材を用いて構成すると有利である。

【００２３】ところで、本実施形態において、プラズマ
処理中においては、保護膜を形成する際の下地層である
磁性膜に流れ込む電流によるフィルムの熱損傷について
も対策を行なっている。図４に薄膜のジュール熱による
温度上昇分について計算結果を示しているが、その単位
面積あたりの温度上昇は、膜厚が薄いほど、また、接触
面積が小さいほど大きくなることが分かり、このジュー
ル熱は、フィルム基材上の電位差で流れる電流により発
生していると考えられる。

【００２４】そこで、磁性膜層表面（磁性膜膜厚約２０
０ｎｍ）を接地させてプラズマ電流経路を確保する場
合、その磁性膜層表面接触面積とフィルム状基材に損傷
を与えないＲＦ投入電力の関係について、メタンガス流
量１５ｓｃｃｍ、ガス圧２００ｍＴのプロセス条件でＲ
Ｆ電力を５００Ｗまで投入した場合について実験を行っ
た。

【００２５】図５にその結果を示しており、本結果から
磁性層膜厚が２００ｎｍの場合、フィルムの熱損傷が起
きないようにするには、接触面積は少なくとも１００ｎ
ｍ²以上は必要であることが分かった。

【００２６】以上の知見を元に、フィルムの送り出しロ
ール部、巻取ロール部においてあらかじめ、１００ｎｍ
²以上の接触面積でいずれも接地させるようにした。

【００２７】図６は、回転接地電極に対しプラズマ処理
室を複数個配置し、処理速度を向上させた装置の例であ
る。この種の装置においては各処理室の構造や条件、反
応性ガスの種類を変更することによって多層膜を形成し
たり、スパッタ、エッチングなどを真空中において一貫
して処理をすることが出来る。

【００２８】例えば、保護膜層として一層目にスパッタ
カーボンを形成し、表面にダイヤモンド状炭素膜を形成
したフィルムであるとか、一層目に高速成膜を行ったプ
ラズマ重合膜を形成し、表面にダイヤモンド状炭素膜を
形成可能である。

【００２９】このようにして、ダイヤモンド状炭素被膜
を含む二層以上の膜構成からなる保護膜の一層が、スパ
ッタリング法を用いて形成された炭素保護膜、またはア
ルゴンに炭化水素または水素等を混合させたガスを用い
た反応性スパッタリング法を用いて形成された水素含有
の炭素保護膜、またはブタンを含む質量の大きい炭化水
素を用いたＣＶＤ法により形成されたプラズマ重合膜で
あって、表面にダイヤモンド状炭素膜が形成されている
磁気記録媒体を提供することが可能である。

【００３０】

【発明の効果】フィルム状基材にＣＶＤ法を用いてダイ
ヤモンド状炭素膜を形成する場合の成膜速度の高速化を
可能とし、かつ、フィルム状基材へのプラズマ処理時の
ダメージを解消したプラズマ処理方法、処理装置、およ
びこれらの手法から得られる磁気記録媒体を提供した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素膜形成装置実施形態１の概略図で
ある。

【図２】本発明より得られたフィルム状基材上保護膜の
ラマンスペクトル特性を示す図である。

【図３】本発明の炭素膜形成装置実施形態１の隙間部分
の概略図である。

【図４】計算より得られた任意点の温度上昇の説明とグ
ラフを示すものである。

【図５】磁性層膜上の接触面積とフィルムの熱損傷が生
じない投入可能電力（〜５００Ｗ）の関係を示すグラフ
である。

【図６】本発明の炭素膜形成装置の実施形態２の概略図
である。

【符号の説明】

１ ＲＦ電源 ２ メタンガス ３ プラズマ処理室兼対向電極 ４ 反応ガス印加機構 ５ 真空排気機構 ６ 真空槽 ７ 送り出しロール ８ 回転電極 ９ 巻取りロール １０ ガイドロール １１ 被処理部 １２ 絶縁材料 １３ 隙間部 １４ プラズマ処理槽空間 １５ 真空槽空間 １６ フィルム状基材 １７ 接地、非接地切り替えスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤巻 成彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 矢野 亮 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル 株式会社内 (72)発明者 水村 哲夫 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル 株式会社内 (72)発明者 草田 英夫 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル 株式会社内 (72)発明者 浅野 巳知男 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル 株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ処理槽を含む有限な空間をもつ
   真空槽と、前記プラズマ処理槽に反応ガスを供給する手
   段と、反応ガスを排気する手段と、プラズマを発生させ
   るための電力を供給する手段と、前記プラズマ処理槽内
   にフィルム状基材を挿入し搬出できる機構と、を備え、
   磁性層が形成された非磁性のフィルム状基材表面にプラ
   ズマ処理をする装置において、 前記プラズマ処理槽内の接地電極上に挿入されたフィル
   ム状基材に対向して設けた対向電極に高周波電圧を印加
   してプラズマを保持し、 前記対向電極の面積を前記プラズマ処理槽内の接地電極
   の面積より十分に大きくして高エネルギーのイオンを被
   処理表面に流出させ、 前記対向電極を前記真空槽の一部として形成することに
   より、装置構造上の電気容量を最小限とし前記磁性層表
   面の一部が１００ｍｍ²以上の接触面積で電気的に接地
   していることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 プラズマ処理槽を含む有限な空間をもつ
   真空槽と、前記プラズマ処理槽に反応ガスを供給する手
   段と、反応ガスを排気する手段と、プラズマを発生させ
   るための電力を供給する手段と、前記プラズマ処理槽内
   にフィルム状基材を挿入し搬出できる機構と、を用い
   て、磁性層が形成された非磁性のフィルム状基材表面に
   プラズマ処理をする方法において、 前記磁性層表面の一部を１００ｍｍ²以上の接触面積で
   電気的に接地させ、 前記プラズマ処理槽内の接地電極上にフィルム状基材を
   挿入させ、 前記挿入されたフィルム状基材に対向し且つ真空槽の一
   部として形成された対向電極に高周波電圧を印加してプ
   ラズマを保持させ、 前記プラズマ処理槽内の接地電極の面積より十分に大き
   い前記対向電極へ高周波電圧を印加して高エネルギーの
   イオンを被処理表面に流出させることを特徴とするプラ
   ズマ処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記真空槽内のフィルム状基材の送出しロールまたは巻
   取りロールを接地し、あるいは前記真空槽内のフィルム
   状基材のガイドロールを接地して、前記ロールにフィル
   ム状基材の磁性層表面を１００ｍｍ²以上の接触面積で
   電気的に接触させることを特徴とするプラズマ処理装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１または３において、 前記プラズマ処理槽にフィルム状基材の挿入および送出
   を行う開口部分の寸法を（フィルム厚＋３ｍｍ）以下お
   よび（フィルム幅＋３ｍｍ）以下としたことを特徴とし
   たプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記フィルム状基材の挿入および送出を行う開口部分を
   形成する部分を、絶縁材料を用いた部材または絶縁材料
   をコーティングした部材を用いることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
6. 【請求項６】 非磁性のフィルム状基材上に一層以上の
   磁性層が形成され、前記磁性層上に保護膜が形成され、
   前記保護膜が少なくとも一種類以上の膜構成からなり、
   そのうちの一層が、プラズマ処理のための反応性ガスと
   して炭化水素ガスまたは炭化水素ガスと水素ガスの混合
   ガスを用いて、保護膜を形成する磁気記録媒体であっ
   て、請求項２のプラズマ処理方法により製造された前記
   保護膜がダイヤモンド状炭素被膜を形成することを特徴
   とする磁気記録媒体。
7. 【請求項７】 非磁性のフィルム状基材上に一層以上の
   磁性層が形成され、前記磁性層上に保護膜が形成され、
   前記保護膜が少なくとも一種類以上の膜構成からなり、
   そのうちの一層が、プラズマ処理のための反応性ガスと
   して炭化水素ガスまたは炭化水素ガスと水素ガスの混合
   ガスを用いて、保護膜を形成する磁気記録媒体であっ
   て、請求項１のプラズマ処理装置により製造された前記
   保護膜がダイヤモンド状炭素被膜を形成することを特徴
   とする磁気記録媒体。
8. 【請求項８】 請求項６または７におけるダイヤモンド
   状炭素被膜を含む二層以上の膜構成からなる保護膜の一
   層が、スパッタリング法を用いて形成された炭素保護
   膜、またはアルゴンに炭化水素または水素等を混合させ
   たガスを用いた反応性スパッタリング法を用いて形成さ
   れた水素含有の炭素保護膜、またはブタンを含む質量の
   大きい炭化水素を用いたＣＶＤ法により形成されたプラ
   ズマ重合膜であって、表面にダイヤモンド状炭素膜が形
   成されていることを特徴とする磁気記録媒体。
9. 【請求項９】 請求項１において、 前記プラズマ処理槽を一つの真空処理槽内に複数個設置
   することを特徴とするプラズマ処理装置。