JPS6283471A - 炭素皮膜形成方法及び装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はフィルム状基材表面に硬質な炭素皮膜を高速で
連続的に形成する方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

メタンはどの炭化水素気体をグロー放電のエネルギーに
より分解すると条件によってはダイヤモンド状カーボン
やｉ−カーボンと呼ばれる硬質な皮膜が堆積することは
公知である。この硬質炭素皮膜は高電気絶縁性、高赤外
透過率、高屈折率。

高耐摩耗性、低摩擦係数などの特徴をもち、種々の応用
が考えられる。特に高耐摩耗性に着目すれば磁気ヘッド
、磁気ディスク、光学レンズ、超硬工具などの保護コー
ティング層としての利用が考えられる。

かかる硬質炭素皮膜をフィルム状基材表面に経済性よく
堆積させることができれば、磁気テープ。

フロッピーディスクなどの耐摩耗保護層としての用途が
ある。

従来の硬質炭素皮膜形成方法においてはフィルム状基材
に適用する場合に不都合な点があった。

すなわち、硬質炭素皮膜形成には高エネルギーのイオン
を基材表面に照射しつつ膜形成するか或は基材を６００
℃以上に熱しつつ膜形成する方法がとられていた。前者
の例としては特開昭５８−５５３１９号に水素イオンを
基材に照射しつつ炭素を蒸着する方法が開示され、又特
開昭５９−３５０９２号には直流バイアス電圧を基材に
印加してイオンを加速し基材表面に当てる方法が開示さ
れている。然しなから絶縁性フィルム状基材に皮膜を形
成する場合には、該基材にバイアス電圧を印加すること
が不可能であシ、又イオンを照射した場合は電荷の蓄積
により異常放電が発生したシ膜質が安定しないなどの問
題が生ずる。一方後者の基材を加熱する方法の場合には
多くの場合フィルムは有機高分子素材でできており耐熱
性に欠けるため適用不可能である。

これに代る皮膜方法として絶縁性基材にチャージアップ
を起こさせないで硬質炭素皮膜を形成するには、高周波
プラズマを用いるのがよい。文献（Ｌ、Ｈｏ１ｌａｎｄ
　ａｎｄ　Ｓ、Ｍ、０ｊｈａ　、シンソリッド　フィル
ムズ、３８巻、Ｌ１７（１９７６年））にあるように、
高周波二極放電によって炭化水素ガスを分解すると高周
波印加側電極に硬質炭素皮膜が形成されることが示され
ている。高周波プラズマでは、電圧振動の１周期の間に
基材に流入する正負の電荷が中和されるのでチャージア
ップの恐れがないのである。

しかしながら、上記高周波プラズマ法をそのままフィル
ム状基材に対し適用するには、種々の問題がある。すな
わち、フィルム状基材の連続処理には該フィルムを円筒
型回転ドラムの側面に巻きつけ、該回転ドラムの回転と
同期させて基材を巻き取シつつ前記回転ドラムの一部で
処理を行う方法が用いられるが、高周波電圧を回転ドラ
ムに印加すると、 １）回転体に高電圧を印加するため、機構が複雑になる
こと。

２）回転ドラムの被処理部以外も高電圧になるので不要
な放電が発生する恐れがあること。

６）磁気テープなどでフィルム上に金属薄膜が設けられ
ている場合、金属薄膜自身も高電圧にしなければならな
いが、そのためには送シ出しおよび巻き取シ機構も高電
圧となシ、絶縁方式が複雑になる などの問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点をことごとく解決した高周波プラ
ズマを用い、フィルム状基板の表面に、硬質炭素皮膜を
連続かつ安定に形成する方法及び装置を提供せんとする
ものである。

〔発明の概要〕

本発明にかかる皮膜形成方法は、フィルム状基材を巻き
つける回転電極を接地し、この回転電極の処理部に対向
して設けた対向電極に高周波電圧を印加することによっ
てプラズマを保持し、この対向電極の面積を回転電極の
被処理部の面積より十分に大きくすることにより被処理
部分の表面電位の平均値がプラズマ電位の平均値に対し
て負の大きな値となし、これにより高エネルギのイオン
を被処理表面に流出させて皮膜を形成させるものである
。

この方法を実施するための装置として、フィルム状の基
材を連続的に供給するための送り出しロールと巻取りロ
ールを設け、供給されたフィルム状基材を巻きつけなが
ら皮膜を形成する接地された回転電極とを設ける。この
回転電極に対向して対向電極が設けられる。この対向電
極は、回転電極にプラズマが当る面積よりも十分に大き
な面積を有する電極である。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について詳細に説明する。

先ず第１図を用いて、装置について説明する。図におい
て、本装置は真空槽１およびこれを排気する真空排気機
構２１フィルム送シ機構、プラズマ処理室３、高周波電
圧印加機構４、反応性ガス印加機構５からなる。フィル
ム送シ機構はフィルム６を送シ出す送シ出しロール７、
回転電極８、巻き取）ロール９とフィルム張力安定化や
しわの発生を防ぐためのガイドロール１０．およびそれ
らを回転させる動力機構と回転速度調節機構から成る。

プラズマ処理室５には対向電極１１と反応性ガス導入口
１２および排気口１３を設ける。反応性ガスを処理室３
内に均一に導入するにはたとえば第２図に示すように対
向電極１１に多数の小孔１４をあけ、そこからガスを吹
き出させるのがよい。回転電極８および対向電極１１は
プラズマで発生する熱による温度上昇を防ぐため水冷す
るのがよい。

回転電極８は真空槽１とともに接地される。

又、対向電極１１の面積は、回転電極８に当るプラズマ
の面積よりも十分に大きな面積になっている。

上記装置において、皮膜の形成方法を次に説明する。

本実施例において回転電極８を接地側電極とし、それに
対向する対向電極１１に１００ＫＨｚないし１００ＭＨ
ｚの高周波電圧を印加することにより炭化水素または炭
化水素と水素の混合ガスのプラズマを保持し、接地側電
極上（回転電極８）のフィルム状基材表面に炭素皮膜を
形成する。本発明の最も大きな特徴は対向電極１１の面
積を回転電極８（接地側電極）の被処理部の面積より十
分大きくしたことにある。上記周波数範囲の高周波放電
においては電子の移動速度が正イオンの移動速度に比べ
著しく大きいため生ずるシース電圧降下が２つの電極の
有効面積比によって変化し、面積の小さい電極の電圧降
下が大きくなる。ただし、上記有効面積とはプラズマに
触れている部分の面積である。従って回転電極８（接地
側電極）の被処理部分の面積に対し対向電極１１のプラ
ズマに触れている面積を十分大きくすることによりプラ
ズマ電位が被処理部表面の電位に対し高電位となり、高
エネルギーのイオンが被処理部表面に流入する状況を作
シ出すことができ、硬質炭素皮膜が形成される。

上記した回転電極８の（接地側電極）被処理部と対向電
極１１の有効面積比は少なくとも１：６、好ましくは１
：５以上が好ましい。また、高周波電圧の振幅はＩ　Ｋ
Ｖ以上あることが好ましい。

前記炭化水素としてはたとえば以下のようなガスまたは
蒸気が用いられる。

１）メタン、エタン、プロパン、ブタンなど飽和脂肪族
炭化水素 ２）エチレン、アセチレン、フロベン、フテン。

ブタジェンなど不飽和脂肪族炭化水素 ３）ベンゼン、ナフタレン、トルエン、エチルベンゼン
など芳香族炭化水素 本発明によ多形成される硬質炭素皮膜は水素原子を含む
アモルファスまたは微結晶部分の混在したアモルファス
構造の炭素膜であシ、ビッカース硬度１０００以上の硬
質かつ摩耗しにくい膜である。

次に、本発明による硬質炭素皮膜形成方法を、蒸着磁気
テープの保護膜形成工程に実際に適用した場合を例にと
って更に説明する。

第１図に示した装置に厚さ１０μｍのポリエステルフィ
ルムの片面に０．１μｍの厚さでＧｏ／Ｎｉ合金磁性薄
膜を蒸着した基材をセットした。次いで真空槽１と処理
室３をＩ　Ｘ　１０−５Ｐａ以下に予備排気した後、ベ
ンゼン蒸気を一定流量で導入し、排気速度を調整して処
理室３内の圧力を０．０５　Ｔｏｒｒに保持した。次に
フィルムを５ｍ／ｍｉｎの速度で送りつつ対向電極１１
に１３．５６ＭＨ２，電圧振幅２ＫＶの高周波電圧を印
加し、プラズマを発生させた。連続３時間の処理の結果
９００ｍの長さのフィルム全面に均一に２００Ｘ厚みの
硬質炭素膜が形成された。

処理中異常放電の発生は見られなかった。上記処理を行
った磁気テープを８ミリ巾にスリットし、ＶＴＲ用再生
装置にかけたところテープ貼りつきゃ走行不安定化は起
こらず処理前に比ベテープ寿命が大巾に向上した。

第３図は他の実施例であシ、回転ドラムに対し処理室を
複数個配置し、処理速度を向上させた装置の例である。

この型の装置においては各処理室の処理条件や反応性ガ
スの種類を変えることにより多層皮膜を形成したシ、特
定の処理室の構造を変えてプラズマクリーニング、エツ
チング、スパッタ、蒸着など他の処理を炭素皮膜形成と
同時にすることも可能である。回転電極８に高電圧をか
ける場合には上記のような多機能性は発揮されない。従
ってこの多機能性も回転電極８を接地したことによる本
発明の副次的効果である。

〔発明の効果〕

以上詳述した通シ本発明によれば、回転電極を接地し対
向電極に高周波電圧を印加してプラズマを保持するよう
にしたので、回転電極に高周波電圧を印加した場合の機
構上の問題、不要な放電の発生、絶縁の問題はまったく
なくすことができた。

更には、対向電極の面積を回転電極（接地側電極）の被
処理部の面積より十分大きな面積にしたので、高エネル
ギのイオンが被処理部表面に流入する状況を作夛出すこ
とができ、硬質の炭素皮膜の形成を容易に行なうことが
できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であシ、炭素皮膜形成装置
の全体構成図である。第２図は、対向電極部の部分構成
図である。第６図は、本発明の他の実施例を示す全体構
成図である。 ７・・・・・・送シ出しローラ ８・・・・・・回転電極 ９・・・・・・巻き取りロール １１・・・・・・対向電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィルム状基材を巻きつける回転電極を接地し、こ
   の回転電極の処理部に対向して設けた対向電極に高周波
   電圧を印加することによってプラズマを保持し、この対
   向電極の面積を回転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被処理部分の表面電位の平均値がプ
   ラズマ電位の平均値に対して負の大きな値となし、これ
   により高エネルギのイオンを被処理表面に流出させ皮膜
   を形成することを特徴とする炭素皮膜形成方法。 ２、反応性ガスとして炭化水素ガス又は、炭化水素ガス
   と水素ガスの混合ガスを用い、形成された皮膜が水素を
   含むアモルファス又は微結晶が混在したアモルファス構
   造の硬質炭素皮膜であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の炭素皮膜形成方法。 ３、フィルム状基材を連続的に供給するための送り出し
   ロール及び巻取りロールと、供給されたフィルム状基材
   を巻きつけながら皮膜を形成する接地された回転電極と
   、該回転電極に対向して設けられ回転電極にプラズマが
   当る面積よりも十分に大きな面積を有する対向電極とを
   備えた炭素皮膜形成装置。