JPH11158637A

JPH11158637A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH11158637A
Application number: JP32984897A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Endo; 克巳遠藤; Satoshi Nagai; 智永井; Takeshi Miyamura; 猛史宮村; Toshio Yamazaki; 登志夫山崎
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜に寄与しない余剰のガスやイオンを反応
管内から効果的に排気することにより、ベースフィルム
長手方向で均質な膜を形成することができるプラズマＣ
ＶＤ装置を提供すること。【解決手段】プラズマが放射される開口を有する反応
管と前記開口に対向して配置されたキャンロールと排気
するための排気口とを含み、キャンロール上を走行する
ベースフィルムに薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置で
あって、開口とキャンロールとの最短距離Ｌ₁と反応管
の平均太さＬ₂が以下の関係を有することを特徴とする
プラズマＣＶＤ装置である。Ｌ₂／１０＜Ｌ₁＜２Ｌ₂ （但し、10cm≦Ｌ₂≦100
cm）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
に関する。特に本発明は、長手方向に対して均質な膜を
形成することができるプラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法は、
原料気体をプラズマ状態とすることにより、化学的に活
性な原子、イオン、ラジカル（遊離基）等の活性種を作
り出す。したがって熱ＣＶＤでは反応が困難あるいは反
応が遅い場合にも、プラズマＣＶＤ法を適用することが
可能である。またプラズマＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法と比
較して低温で成膜を行うことができる。よってプラズマ
ＣＶＤ法は、例えば成膜に高い活性化エネルギーを必要
とするダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）薄膜など
を、熱に弱い材料上に形成するには有利な方法である。

【０００３】図１は、ベースフィルム表面に薄膜を形成
する際に使用される従来のマイクロ波を用いたプラズマ
ＣＶＤ装置の概略図である。102は真空容器、103はキャ
ンロール、104はベースフィルム、105は反応管、106は
開口、107は導波管、108は石英窓、109は反応ガス供給
管である。真空容器102は図示されない真空排気装置に
接続され、薄膜形成時には所定の圧力が保たれる。マイ
クロ波は図示されないマイクロ波電源により発生され、
導波管107内を矢印方向へと進み、石英窓108を通過して
反応管105へと導入される。反応管105内には反応ガス供
給管109から反応ガスが供給され、石英窓108を通して導
入されたマイクロ波により反応ガスがプラズマ化され
る。一方ベースフィルム104は、真空容器102内でキャン
ロール上103を走行する。プラズマ化された反応ガスは
開口106から放射され、ベースフィルム104表面に付着し
て、薄膜が形成される。

【０００４】このようなプラズマＣＶＤ装置を使用し
て、例えばベースフィルム上に形成された磁性層の上に
ＤＬＣ薄膜を成膜して磁気テープの保護層とすることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ベースフィルム上に薄
膜を形成して製品とする場合には、ベースフィルム幅方
向及び長手方向に対して均質な膜であることが望まし
い。幅方向に均質な膜は、製品間の性能の差を小さくす
る。また長手方向に均質な膜は、同一のテープ内での性
能のムラを小さくする。

【０００６】一方薄膜の形成においては、膜の形成効率
が高いことも必要である。従来の反応管とキャンロール
を含む、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ装置では、
反応管とキャンロールの間の隙間を狭くすることによ
り、薄膜形成効率の向上、即ち成膜速度の高速化が図ら
れている。またより高い薄膜形成効率を得るため、即ち
より速い成膜速度を得るために、開口を細く絞ったプラ
ズマインジェクション法も検討されている。しかし隙間
を狭くし、あるいは開口を絞ることにより、開口から排
気口へと進むプラズマの流れが滑らかでなくなり、また
成膜に関与しないプラズマが反応管内に滞留しやすくな
る。これは反応管内のプラズマ密度を必要以上に高くす
ることにつながり、反応管内でイオン同士あるいはイオ
ンとガスとの作用する機会を増加させ、イオンの持つエ
ネルギーを減少させる。このような現象は、イオンエネ
ルギーが減少することにより膜の付着力が弱められるこ
と、あるいは重合物が発生して不純物となり膜内に取り
込まれること、さらに反応管内が汚染され長手方向の安
定成膜を悪化させること等の原因となる。

【０００７】ところで本願出願人により出願された特願
平8-254417号には、支持体の長手方向及び幅方向に均一
に成膜することを目的として、反応管の長さＬＲ、キャ
ンロールと反応ガス供給口との距離ＬＧとすると、これ
らが特定の関係を示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が提案
されている。しかしながらこの発明では、プラズマを流
れやすくし、反応管内に滞留するプラズマを効果的に排
気する効果は弱い。

【０００８】そこで本発明では、プラズマを滑らかに流
し、かつ成膜に寄与しないプラズマを効果的に排気する
ことにより、テープ長手方向で均質な膜を形成すること
ができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、プラズマが放射さ
れる開口とキャンロール間の距離と反応管の太さが、プ
ラズマの流れに関係することを見出した。さらに本発明
者らは検討を続け、開口とキャンロールとの最短距離と
反応管の平均太さとが特定の関係を示す場合に、プラズ
マが滑らかに流れ、かつ成膜に関与しないプラズマを効
率よく排気することができることを見出し、本発明を完
成するに至った。

【００１０】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ
が放射される開口を有する反応管と、開口に対向して配
置されたキャンロールと、排気するための排気口とを含
み、キャンロール上を走行するベースフィルムに薄膜を
形成するプラズマＣＶＤ装置であって、開口とキャンロ
ールとの最短距離Ｌ₁と反応管の平均太さＬ₂が以下の関
係を有することを特徴とする。

【００１１】Ｌ₂／１０＜Ｌ₁＜２Ｌ₂ （但し、10cm≦Ｌ₂≦100cm）この関係を満足することにより、成膜に悪影響を与える
余剰のプラズマを反応管内から効率よく排気することが
可能となり、テープ長手方向に均質な膜を形成すること
ができる。またＬ₁が反応管平均太さＬ₂の２倍よりも長
いと、成膜に寄与する活性なイオンまで排気され、成膜
速度が著しく低下するとともに膜の結着性も悪くなり、
耐久性を悪化させてしまう。なお本発明における反応管
の平均太さＬ₂とは、反応管を開口部に向かって単位長
さ（１cm）ごとにｎ分割し、それぞれの管のテープ搬送
方向太さＬ_jを次式により平均することにより定義され
る。

【００１２】

【数１】

【００１３】また反応管の形状は特に限定されないが、
円筒形あるいはキャンロールに向かって径の太くなるラ
ッパ型、断面が多角形の筒状体等を好ましい形状として
挙げることができる。

【００１４】本発明のプラズマＣＶＤ装置では、開口が
キャンロールに対し、薄膜形成反応に関与しないプラズ
マが排気口へと流れるのを促進する位置関係をもって対
向配置されることが好ましい。このような開口とキャン
ロールの位置関係は、反応管開口から放射されるプラズ
マをキャンロールに沿って滑らかに流すことができ、か
つ成膜に関与しないプラズマを効率よく排気することが
できる。例えば開口の端縁とキャンロールとの最短距離
を示す個所が、反応管の中心線に対して、キャンロール
にベースフィルムが供給されかつ巻き取られる側と同じ
側にあることが好ましい。また反応管中心線がキャンロ
ール回転軸と同じ高さにあり、開口とキャンロールとの
間の距離が開口上端部から下端部に向けて増大するもの
も好ましいものとして挙げることができる。

【００１５】開口がキャンロールに対し、薄膜形成反応
に関与しないプラズマが排気口へと流れるのを促進する
位置関係をもって対向配置するには、次の３通りの方法
を代表的な例として挙げることができる。１）キャンロ
ールに対して反応管を平行移動する方法、２）開口の形
状を変更する方法、３）キャンロールに対して反応管を
回転させる方法。以下にそれぞれの例について図を用い
て具体的に説明を加える。

【００１６】１）図２ａ、ｂには、キャンロールと反応
管、供給・巻き取られるベースフィルムが模式的に示さ
れている。どちらの場合もキャンロール上方からベース
フィルムは供給され、上方へ巻き取られる。図２ａで
は、反応管の中心線がキャンロール回転軸よりも下方に
位置するように平行移動されている。開口の端縁とキャ
ンロールとの最短距離を示す個所が、反応管の中心線に
対して、キャンロールにベースフィルムが供給されかつ
巻き取られる側と同じ側にある。このため薄膜形成反応
に関与しないプラズマは、開口から排気口へと滑らかに
流れる。図２ｂでは、反応管の中心線がキャンロール回
転軸よりも上方に位置するように平行移動されている。
開口の端縁とキャンロールとの最短距離を示す個所が、
反応管の中心線に対して、キャンロールにベースフィル
ムが供給されかつ巻き取られる側と反対側にあり、薄膜
形成反応に関与しないプラズマは排気口へと滑らかに流
れることができない。

【００１７】２）図３ａ、ｂには、水平方向から見たキ
ャンロールと反応管、供給・巻き取られるベースフィル
ムが模式的に示されている。どちらの場合もキャンロー
ル上方からベースフィルムは供給され、上方へ巻き取ら
れる。図３ａでは、反応管の開口が下方に向いて開いて
おり、開口の端縁とキャンロールとの最短距離を示す個
所が反応管中心線に対してベースフィルムが供給される
側にある。これにより開口より放射されるプラズマは、
キャンロールに沿って排気口に向かって滑らかに流れ
る。一方図３ｂでは、反応管開口が上方に向かって開い
ており、開口より放射されるプラズマはキャンロール及
びベースフィルムに遮られ、排気口に向かって滑らかに
流れることができない。

【００１８】３）図４ａ、ｂにはキャンロールと反応
管、供給・巻き取られるベースフィルムが模式的に示さ
れている。どちらの場合もキャンロール上方からベース
フィルムは供給され、上方へ巻き取られる。図４ａで
は、反応管の開口が下方を向くように反応管が回転され
ている。この場合にも、開口の端縁とキャンロールとの
最短距離を示す個所が反応管中心線に対してベースフィ
ルムが供給される側にある。それにより開口から放射さ
れるプラズマがキャンロールに沿って排気口に向かって
滑らかに流れる。図４ｂでは、反応管の開口が上方を向
くように反応管が回転されている。開口より放射される
プラズマはキャンロール及びベースフィルムに遮られ、
排気口に向かって滑らかに流れることができない。

【００１９】以上代表的な３通りの方法は、単独で適用
されても、複数を組み合わせて適用されても良い。

【００２０】本発明のプラズマＣＶＤ装置では、プラズ
マを加速させる手段を設けることが好ましい。プラズマ
を加速させる方法は、公知の方法を利用することができ
るが、プラズマに直流電圧あるいは交流電圧を印加する
方法を好ましい方法として挙げることができる。これら
の方法を単独で適用することも、効果を損なうことのな
い複数を組み合わせて適用することもできる。プラズマ
を加速することにより、より大きなイオンエネルギーを
得ることができ、一層付着力の強い膜を形成することが
できる。

【００２１】本発明のプラズマＣＶＤ装置では、プラズ
マを得る方法は特に限定せず、直流又は高周波のグロー
放電を利用する方法、2.45GHzのマイクロ波を利用する
方法、マイクロ波と磁場を併用した電子サイクロトロン
共鳴法（ＥＣＲ法）等を利用することができる。しかし
ながらグロー放電による方法では電離度が10^-4程度であ
るのに対して、マイクロ波による方法では電離度を100
％に近づけることができることから、本発明のプラズマ
ＣＶＤ装置では、マイクロ波を用いてプラズマを発生さ
せることが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】図を用いて本発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置をより詳しく説明する。図５は本発明のプラズマ
ＣＶＤ装置の一例を示す概略図である。301はマイクロ
波を用いたプラズマＣＶＤ装置である。302は真空容
器、303はキャンロール、304はベースフィルム、305は
反応管、306は開口、307は導波管、308は石英窓、309は
反応ガス供給管、310はガイドロール、311は排気口、31
2はＥＣＲ用電磁石である。真空容器302は排気口311で
図示されない真空排気装置に接続され、成膜時には所定
の圧力を保持される。マイクロ波は図示されないマイク
ロ波電源により発生され、導波管307内を矢印の方向に
進み、石英窓308を通過して反応管305へと導入される。
反応管305内には反応ガス供給管309から反応ガスが供給
され、石英窓308を通過して導入されたマイクロ波によ
りプラズマ化される。ＥＣＲ用電磁石312により反応管3
05の開口306から真空容器302に向かって、発散磁界が形
成される。プラズマに直流電圧を印加するために反応管
305は接地され、ガイドロール310は直流電源に接続され
る。ベースフィルム304は、真空容器302内でキャンロー
ル303上を走行する。ＥＣＲ用電磁石312により生じた発
散磁界と直流電圧を印加されたプラズマ化された反応ガ
スは開口306から放射され、ベースフィルム304表面に付
着する。以上により薄膜が形成される。また反応に関与
しないプラズマは、開口306からキャンロール303下側に
沿って排気口311へと進み、排気される。

【００２３】図５のようなプラズマＣＶＤ装置により、
磁気テープを以下の如く製造することができる。ベース
フィルム304としては通常の非磁性支持体を使用するこ
とができる。例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポ
リエステル、；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリ
オレフィン；セルローストリアセテート、セルロースジ
アセテート等のセルロース誘導体；ポリカーボネート；
ポリ塩化ビニル；ポリイミド；芳香族ポリアミド等のプ
ラスチック等が使用される。これらのベースフィルムの
厚みは３〜50μm程度である。

【００２４】先ずベースフィルム304上に磁性層が形成
される。磁性層は、塗布法や真空蒸着法などの真空成膜
法などの公知の方法によって、通常の磁気記録媒体の製
造に用いられる強磁性金属材料を使用して形成すること
ができる。磁性層を構成する磁性薄膜の数は、高周波記
録に対応するためには多い方が良いが、実用的な範囲と
しては１〜５が適当と考えられる。磁性層の厚みは、二
層の場合は下層の磁性薄膜の厚み50〜3000nm、上層の磁
性薄膜の厚み50〜500nmが好ましく、三層の場合は下層
の磁性薄膜が50〜3000nm、中間の磁性薄膜が50〜500n
m、上層の磁性薄膜が50〜500nmが好ましい。

【００２５】続いて図５の装置を使用して、磁性層の上
に保護層が形成される。この際反応ガスとしてメタン、
エチレン、アセチレン、ベンゼン等の炭化水素系ガスを
用いることにより、炭素系保護膜、特に硬質のＤＬＣ膜
をベースフィルム長手方向に均質に成膜することができ
る。炭化水素系ガスの中でもエチレンやアセチレン等の
二重結合や三重結合を持つ鎖状の不飽和炭化水素、ベン
ゼン、トルエン、安息香酸、ベンズアルデヒド等の環式
の不飽和炭化水素、その他ナフタレンやアントラセン等
をベンゼンやトルエンに希釈したもの等のように不飽和
結合を有する炭化水素系の化合物を用いることは、解離
のしやすさあるいは成膜速度の速さの点で好ましく使用
することができる。

【００２６】さらに従来公知の方法により、従来公知の
材料を使用してベースフィルム304の磁性層とは反対側
にバックコート層を、バックコート層及び／又は保護層
の上に潤滑層を適宜形成することができる。

【００２７】

【実施例】実施例１〜５、比較例１〜３厚み6.0μm、長さ1000mのＰＥＴベースフィルム上に斜
め蒸着法によりコバルトを180nm蒸着し、磁性層とし
た。磁性層とは反対側のベースフィルム上に塗布法によ
り0.5μmのバックコート層を設けた。磁性層の上に、図
５に示すようなプラズマＣＶＤ装置により、ベンゼン供
給量20SCCM、マイクロ波パワー600W、さらに表１に示す
条件で保護層を12nm形成した。

【００２８】なお反応管とキャンロールの関係及び反応
管の形状（Typeと略す）は図６に示した何れかのものを
選択した。図６ａ、ｂ、ｃは何れもキャンロール回転軸
と反応管中心線の高さが一致しており、反応管は円筒形
である。開口の端縁とキャンロールの最短距離はＬ₁で
あり、反応管平均太さはＬ₂である。Typeａは開口が垂
直。Typeｂは開口が下方に開いている。Typeｃは開口が
キャンロールの断面形状に合せた切り口となっている。
Typeａ及びｃはＬ₁を示す個所が反応管中心線と一致す
る。TypeｂはＬ₁を示す個所が反応管の中心線に対し
て、前記キャンロールに前記ベースフィルムが供給され
かつ巻き取られる側と同じ側にある。

【００２９】

【表１】

【００３０】さらに保護層の上にモンテカチーニ製FOMB
LIN Z DOLによる潤滑層を設けて磁気テープとした。こ
の磁気テープを８mm幅に裁断し、カセットに装填して８
mmビデオカセットを作製した。

【００３１】評価実施例及び比較例で得られた磁気テープに対して以下の
評価を行った。

【００３２】長手方向膜厚変化:ＴＥＭ写真により100m
ごとの膜厚を測定した。100mごとの膜厚の変動の結果を
図７に示す。

【００３３】長手方向耐久性評価：スチル耐久性をスタ
ートサンプル、ミドルサンプル、エンドサンプルについ
て市販の８mmＶＴＲを改造した装置により測定した。な
お各サンプルは成膜開始位置から表２の如く各位置で切
り出したものである。20℃、50％RHの条件下でスチル再
生を行い、出力が３dB低下するのに要した時間を測定
し、スチル耐久性とした。結果を表３に示す。なお表３
中の単位は時間である。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ装置を使用する
ことにより、図７から明らかなように、長手方向の膜厚
の変化を小さくすることができ、また表３から明らかな
ように耐久性を向上させることができる。すなわち本発
明のプラズマＣＶＤ装置を使用することにより、長手方
向に対して均質な高品位の膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図である。

【図２】開口の端縁とキャンロールとの最短距離を示す
個所を説明する図である。

【図３】開口の形状を説明する図である。

【図４】反応管の位置を説明する図である

【図５】本発明のプラズマＣＶＤ装置の概略図である。

【図６】実施例及び比較例で使用した反応管とキャンロ
ールの関係及び開口の形状の概略を示す図である。

【図７】実施例及び比較例で得られた磁気テープの膜厚
変動を測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

101 プラズマＣＶＤ装置 103 キャンロール 105 反応管 301 プラズマＣＶＤ装置 303 キャンロール 305 反応管 306 反応管プラズマ出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎登志夫栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606 花王株式会社研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマが放射される開口を有する反応
管と、前記開口に対向して配置されたキャンロールと、
排気口とを含み、前記キャンロール上を走行するベース
フィルムに薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であっ
て、前記開口と前記キャンロールとの最短距離Ｌ₁と該
反応管の平均太さＬ₂が以下の関係を有することを特徴
とするプラズマＣＶＤ装置。Ｌ₂／10＜Ｌ₁＜２Ｌ₂ （但し、10cm≦Ｌ₂≦100cm）
【請求項２】前記開口の端縁と前記キャンロールとの
最短距離を示す個所が、反応管の中心線に対して、前記
キャンロールに前記ベースフィルムが供給されかつ巻き
取られる側と同じ側にある請求項１記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。
【請求項３】前記反応管中心線が前記キャンロール回
転軸と同じ高さにあり、開口と前記キャンロールとの間
の距離が、前記開口上端部から下端部に向けて増大する
請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】プラズマを加速する手段を有する請求項
１〜３の何れか１項記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記プラズマを加速する手段がプラズマ
に直流電圧を印加するものである請求項４記載のプラズ
マＣＶＤ装置。
【請求項６】プラズマを発生する手段がマイクロ波を
用いた手段である請求項１〜５の何れか１項記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。
【請求項７】プラズマを発生する手段が電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ法）である請求項１〜６の何れか１
項記載のプラズマＣＶＤ装置。