JP4887685B2 - Deposition equipment - Google Patents
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本発明は、磁気テープ等の被成膜体上に形成された金属薄膜上に保護膜を成膜するプラズマＣＶＤ法等を用いる成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus using a plasma CVD method or the like for forming a protective film on a metal thin film formed on an object to be formed such as a magnetic tape.
近年、記録媒体である磁気テープの分野では、高記録密度の要請に応え、蒸着法やスパッタ法等によりコバルト（Ｃｏ）等の強磁性体をフィルム状ベースに成膜した、所謂蒸着テープが、酸化物磁性粉を有機バインダに混入して塗布する塗布型テープに置き換えられつつある。蒸着テープは、真空チャンバ内で、Ｃｏ等の蒸気をフィルム状ベースに直接付着させ、磁性膜として成膜したテープであり、塗布型テープでは必須のバインダを不要としている。このため、蒸着テープは、薄膜の磁性膜を高充填度で形成することができ、高域特性の改善、高記録密度化、テープ薄形化等を達成することができる。また、蒸着テープは、デジタルビデオやコンピュータのデータバックアップ用テープとして、更なる高記録密度、高信頼性、低価格化をもたらすことができる。これに伴い、デジタルビデオやコンピュータに使用される磁気ヘッドも、従来のインダクティブ型からトラックピッチを更に狭めることができる磁気抵抗効果型ヘッド（以下、ＭＲ（Magneto-Resistive head）ヘッドと言う。）に置き換えられつつある。インダクティブ型ヘッドでは、磁性膜の電磁変換特性に、信号取り出しのための高出力が要求されるが、ＭＲヘッドでは、それ程高い出力が必要にならず、従って、蒸着テープの磁性膜の厚みは従来に比べて約１／３の６０ｎｍ程度で足りることになる。 In recent years, in the field of magnetic tape as a recording medium, a so-called vapor deposition tape in which a ferromagnetic material such as cobalt (Co) is formed on a film-like base by vapor deposition or sputtering in response to a request for high recording density, An application type tape in which oxide magnetic powder is mixed and applied in an organic binder is being replaced. The vapor-deposited tape is a tape formed by depositing a vapor such as Co directly on a film-like base in a vacuum chamber to form a magnetic film, and an application type tape does not require an essential binder. For this reason, the vapor deposition tape can form a thin magnetic film with a high filling degree, and can achieve improvement in high frequency characteristics, high recording density, tape thinning, and the like. In addition, the vapor-deposited tape can bring higher recording density, higher reliability, and lower price as a tape for digital video and computer data backup. Accordingly, magnetic heads used in digital video and computers are also magnetoresistive heads (hereinafter referred to as MR (Magneto-Resistive head) heads) that can further narrow the track pitch from the conventional inductive type. It is being replaced. Inductive heads require high output for signal extraction in the electromagnetic conversion characteristics of the magnetic film, but MR heads do not require such high output, so the thickness of the magnetic film on the vapor deposition tape is conventionally About 1/3 of 60 nm is sufficient.
より高い記録密度化の要請に伴い、蒸着テープ側での異常放電、異物付着による異常部分は、相対的に大きなエラーとなるので、異常放電や異常部分の発生をより確実に防止できるような成膜装置や成膜方法が切望される。また、保護膜には、ＭＲヘッドと記録層との間のスペーシングロスを低減するために、一層の薄膜化が要求されると同時に、硬度をより高め、且つ摩擦係数を低くすることによって耐久性を向上させる要請もあり、欠陥の無い均一な厚さの実現が望まれる。 Along with the demand for higher recording density, abnormal discharge on the evaporation tape side and abnormal parts due to foreign matter adhesion become relatively large errors, so that it is possible to more reliably prevent abnormal discharge and abnormal parts from occurring. A film apparatus and a film forming method are desired. In addition, the protective film is required to be made thinner in order to reduce the spacing loss between the MR head and the recording layer, and at the same time, it is durable by increasing the hardness and reducing the friction coefficient. There is also a demand to improve the properties, and it is desired to realize a uniform thickness without defects.
ところで、蒸着テープの保護膜には、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣとも言う）が広く使用される。ＤＬＣは、主にスパッタ法やプラズマＣＶＤ法によって成膜される。スパッタ法は、真空中で電離したアルゴンイオンによってカーボンターゲットの炭素原子を叩き出すが、炭素原子のスパッタリング収率、すなわち１つのイオンによって弾き出されるターゲット原子の割合が極めて低く、生産性はプラズマＣＶＤ法に比べて劣る。 By the way, diamond-like carbon (hereinafter also referred to as DLC) is widely used for the protective film of the vapor deposition tape. DLC is formed mainly by sputtering or plasma CVD. In the sputtering method, carbon atoms of a carbon target are knocked out by argon ions ionized in a vacuum, but the sputtering yield of carbon atoms, that is, the ratio of target atoms ejected by one ion is extremely low, and the productivity is a plasma CVD method. Inferior to
また、プラズマＣＶＤ法は、電界や磁界を用いて発生したプラズマのエネルギーを利用し、反応ガス（原料ガス）の分解、合成等の化学反応を引き起こして成膜する化学的プロセスであり、優れた特性のＤＬＣ膜を得ることができる。プラズマＣＶＤ装置の一形態として、ＤＣ方式がある。ＤＣ方式では、真空チャンバ内で、被成膜体に予め成膜された磁性膜を陰極とし、磁性膜と、反応室内に配設された陽極の放電電極との間でプラズマ放電を発生させ、磁性膜上に保護膜を堆積する。この方式は、構造的にもシンプルで、工業的大量生産に適している。しかしながら、上述したように、ＭＲヘッド用テープは高出力を必要としないため磁性膜が薄く、この電気抵抗が従来よりも増大しているので、ＤＣ方式のように、磁性膜を陰極としたプラズマ放電では放電電流が低減し、その結果、蒸着テープに保護膜を形成する際の成膜速度が低下する傾向がある。 In addition, the plasma CVD method is a chemical process that uses the energy of plasma generated using an electric field or magnetic field to cause a chemical reaction such as decomposition or synthesis of a reaction gas (raw material gas), and is excellent in film formation. A DLC film having characteristics can be obtained. There is a DC system as one form of the plasma CVD apparatus. In the DC method, in a vacuum chamber, a magnetic film previously formed on a film formation body is used as a cathode, and plasma discharge is generated between the magnetic film and an anode discharge electrode disposed in a reaction chamber, A protective film is deposited on the magnetic film. This method is structurally simple and suitable for industrial mass production. However, as described above, since the MR head tape does not require a high output, the magnetic film is thin and the electric resistance is higher than that of the conventional tape. Therefore, as in the DC method, the plasma using the magnetic film as a cathode is used. In the discharge, the discharge current is reduced, and as a result, the film formation rate when forming the protective film on the vapor deposition tape tends to decrease.
そこで、成膜速度を高めるために、反応室を拡張し、或いは、反応室の設置数を増やす等、成膜有効面積を拡大する手法が試みられている。また、放電電圧を高くし、反応室内の圧力を高くし、或いは、反応ガスに混入するアルゴンガスの割合を増やす等で、反応ガスの活性化を促進する等の手法も試みられている。何れの手法を採用する場合でも、蒸着テープ表面の磁性膜に流れる電流、すなわち磁性膜と反応室内の放電電極との間の放電電流（プラズマ放電電流）を増大させることが必要である。 Therefore, in order to increase the film forming speed, a method for expanding the effective film forming area such as expanding the reaction chamber or increasing the number of reaction chambers has been tried. In addition, attempts have been made to promote activation of the reaction gas by increasing the discharge voltage, increasing the pressure in the reaction chamber, or increasing the proportion of argon gas mixed in the reaction gas. In any case, it is necessary to increase the current flowing in the magnetic film on the surface of the vapor deposition tape, that is, the discharge current (plasma discharge current) between the magnetic film and the discharge electrode in the reaction chamber.
しかしながら、上述のように放電電圧を高くする等によって、放電電流を無理に増大させて成膜速度を高めようとすると、安定なグロー放電からアーク放電を引き起こし、蒸着テープの磁性膜を損傷する等の結果を招く。また、増大する放電電流を逃がす方法として、抵抗器を介して蒸着テープに接触させた金属ローラにより、蒸着テープから正電荷を除去する方法もある。しかしながら、この方法では、磁性膜と金属ローラとの接触面で、ピンポイント状のスパークが発生することがあり、その場合、蒸着テープを損傷し、製品不良を招くことになる。そのため、磁性膜に複数の導通ローラを接触させることによって電気抵抗を低減するような不良削減への取り組みもあったが、製品不良の発生を有効に防止することはできなかった。また、蒸着テープの磁性膜の状態、磁性膜の局所的な場所、蒸着テープのロット等により、電気抵抗が微妙に変化する問題もあるため、放電電流の変化によって、成膜厚さや品質にバラツキが生じるおそれがある。 However, if the discharge current is forcibly increased by increasing the discharge voltage as described above to increase the film formation rate, arc discharge is caused from stable glow discharge, and the magnetic film of the vapor deposition tape is damaged. Results in. In addition, as a method of releasing the increasing discharge current, there is a method of removing positive charges from the vapor deposition tape with a metal roller brought into contact with the vapor deposition tape through a resistor. However, in this method, a pinpoint-like spark may occur on the contact surface between the magnetic film and the metal roller. In this case, the vapor deposition tape is damaged, resulting in a product defect. For this reason, there have been efforts to reduce defects by reducing the electrical resistance by bringing a plurality of conductive rollers into contact with the magnetic film, but it has not been possible to effectively prevent the occurrence of product defects. In addition, there is a problem that the electrical resistance slightly changes depending on the state of the magnetic film of the vapor deposition tape, the local location of the magnetic film, the lot of the vapor deposition tape, etc. Therefore, the film thickness and quality vary depending on the change of the discharge current. May occur.
更に、プラズマＣＶＤ法で保護膜を形成した蒸着テープには、正電荷が帯電するので、正電荷の影響により、蒸着テープをローラに良好に巻き取れないという問題もあった。 Furthermore, since the vapor deposition tape on which the protective film is formed by the plasma CVD method is charged with a positive charge, there is also a problem that the vapor deposition tape cannot be wound around the roller well due to the influence of the positive charge.
かかる問題点を解決すべく、本出願人は、特許文献１及び特許文献２のように、プラズマＣＶＤによる成膜時に、非接触で電子流を蒸着テープに対して供給することにより反応室での放電電流の効率を良した成膜装置を提案している。
In order to solve such a problem, the present applicant, as in
しかしながら、近年、蒸着テープの磁性膜はより薄くなっているため、電子流が流れる際の磁性層の抵抗損失が大きくなり、効率的にプラズマ放電ができなくなり、保護膜を形成することが困難となってきた。そこで、更なる効率的なプラズマ放電による保護膜の形成手法が必要となってきた。 However, in recent years, since the magnetic film of the vapor deposition tape has become thinner, the resistance loss of the magnetic layer when the electron current flows increases, and it becomes impossible to efficiently perform plasma discharge and it is difficult to form a protective film. It has become. Therefore, a more efficient method of forming a protective film by plasma discharge has become necessary.
本発明は、かかる実状に鑑みてなされたものであって、磁気テープ等の被成膜体に形成した金属薄膜がより薄くなり抵抗損失が大きくなったとしても、成膜速度を高め、製品不良を招くこと無く、上記金属薄膜上に保護膜することができる成膜装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and even if the metal thin film formed on a film-deposited body such as a magnetic tape becomes thinner and the resistance loss increases, the film-forming speed is increased, resulting in a product defect. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus capable of forming a protective film on the metal thin film without incurring the above.
本発明に係る製膜装置は、被成膜体上に形成された金属薄膜上にプラズマ反応によって保護膜を成膜する成膜装置において、上記金属薄膜に保護膜を形成するためのプラズマ反応空間を形成する反応室と、上記反応室内に上記保護膜を形成するための反応ガスを供給して当該反応室を所定の圧力に保持するガス供給源と、上記反応室内に設けられており上記金属薄膜との間にプラズマを発生させる陽極電極と、上記反応室の外部に設けられ、上記金属薄膜に対して非接触で電子流を供給する電子供給源と、上記電子供給源から上記金属薄膜に対して供給する電子流の電流量を制御する制御部と、テープ状の被成膜体が巻き付けられた状態で回転し、該テープ状の被成膜体を長手方向に走行させる主ロールと、上記テープ状の被成膜体を上記主ロールに送り出す送出部と、上記テープ状の被成膜体を上記主ロールから巻き取る巻取部と、上記主ロールの送出部側及び巻取部側に上記電子供給源とを備える。上記制御部は、上記電子供給源から上記金属薄膜に対して供給する電子流の電流量を、上記陽極電極に対して供給される電流量以上に制御して、上記送出部側の電子供給源から供給される電子流の電流量と、上記巻取部側の電子供給源から供給される電子流の電流量とを、それぞれ上記陽極電極に対して供給される電流量の１／２以上とし、上記主ロールは、上記テープ状の被成膜体が巻き付けられる周面と上記反応室の開口部分とが対向するように配置されていると共に、上記金属薄膜側が上記反応室に対向するように上記テープ状の被成膜体を走行し、上記電子供給源は、上記主ロール上の上記テープ状の被成膜体に対して電子流を供給し、上記送出部は、上記金属薄膜に接する導電面を接地される。 A film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus for forming a protective film on a metal thin film formed on a film formation target by a plasma reaction, and a plasma reaction space for forming the protective film on the metal thin film. A reaction chamber for forming the protective film in the reaction chamber, a gas supply source for maintaining the reaction chamber at a predetermined pressure, and a metal source provided in the reaction chamber. An anode electrode that generates plasma between the thin film, an electron supply source that is provided outside the reaction chamber and that supplies an electron current to the metal thin film in a non-contact manner, and the electron supply source to the metal thin film A controller that controls the amount of current of the electron current supplied to the main roll, a main roll that rotates in a state in which the tape-shaped film formation body is wound, and runs the tape-shaped film formation body in the longitudinal direction; The tape-shaped film-deposited body is Comprising a sending unit for sending the Lumpur, and a winding unit for the above-mentioned tape of the deposition material wound from the main roll, and the electron source to the sending side and the take-up side of the main roll. The control unit controls the current amount of the electron current supplied from the electron supply source to the metal thin film to be equal to or larger than the current amount supplied to the anode electrode, so that the electron supply source on the sending unit side The amount of current of the electron flow supplied from the above and the amount of current of the electron flow supplied from the electron supply source on the winding unit side are set to be ½ or more of the amount of current supplied to the anode electrode, respectively. The main roll is disposed so that the peripheral surface around which the tape-shaped film-formed film is wound and the opening portion of the reaction chamber are opposed to each other, and the metal thin film side is opposed to the reaction chamber. The tape-shaped film formation body travels, the electron supply source supplies an electron flow to the tape-shaped film formation body on the main roll, and the delivery unit contacts the metal thin film. The conductive surface is grounded .
本発明に係る成膜装置では、被成膜体上に形成された金属薄膜に対して非接触で電子流を供給し、その電子流の電流量を陽極電極に対して供給される電流量以上に制御しながら、被成膜体上に形成された金属薄膜上にプラズマ反応によって保護膜を成膜する。これにより、被成膜体に形成した金属薄膜が薄くなり抵抗損失が大きくなったとしても、成膜速度を高め製品不良を招くこと無く、保護膜することができる。 In the film forming apparatus according to the present invention, an electron current is supplied in a non-contact manner to the metal thin film formed on the film formation target, and the amount of current of the electron current is equal to or greater than the amount of current supplied to the anode electrode. In this way, a protective film is formed on the metal thin film formed on the film formation body by plasma reaction. As a result, even if the metal thin film formed on the film formation target becomes thin and the resistance loss increases, a protective film can be formed without increasing the film formation rate and causing product defects.
以下、本発明が適用されたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜装置について説明をする。 Hereinafter, a film forming apparatus using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method to which the present invention is applied will be described.
図１に示す本発明が適用された成膜装置１０は、図２に示す非磁性のテープ状基板１上に形成された磁性膜１ａ上に、プラズマＣＶＤ法により、ＤＬＣ（Diamond like Carbon）の保護膜１ｂを成膜する装置である。テープ状基板１は、例えば厚みが１０μｍ程度であり、ＰＥＴ、アラミド等の高分子材料からなり、真空蒸着によりＣｏ-Ｏ金属磁性膜である磁性膜１ａが一方の面に形成されている。
A
成膜装置１０は、図１に示すように、プラズマ反応のための空間を形成する反応室１１を内部に有する真空チャンバ２０を備えている。また、真空チャンバ２０には、反応室１１内にプラズマ反応のための反応ガスを導入する反応ガス導入部１２と、真空チャンバ２０内のガスを排気する排気部１３とが設けられている。真空チャンバ２０内は、反応ガス導入部１２及び排気部１３により、成膜に必要な一定の圧力に保持され、また、不要なガスが廃棄される。
As shown in FIG. 1, the
反応室１１の内部では、磁性膜１ａ自身が陰極として機能してプラズマ反応が発生することにより、テープ状基板１上に形成された磁性膜１ａ上にＤＬＣからなる保護膜１ｂが成膜される。反応ガスとしては、エチレン、プロピレン、アセチレン、トルエン等の炭化水素ガスとアルゴンガスの混合で成り立つプロセスガスである。反応室１１は、例えば、石英、パイレックスガラス（登録商標）、プラスチック等の絶縁材や、表面が絶縁処理された金属材料によって形成されている。
Inside the
また、真空チャンバ２０内には、反応室１１の上方に、テープ走行系１４が設けられている。テープ走行系１４は、円柱又は円筒状の冷却ローラ２１と、冷却ローラ２１の上方に配設される円柱又は円筒状の送出ローラ２２及び巻取ローラ２３と、複数のガイドローラ２４，２５，２６，２７，２８，２９とを備えている。
In the
冷却ローラ２１は、軸２１ａを中心に、図１中矢印Ａ方向に回転する。冷却ローラ２１は、その側面にテープ状基板１が巻き付けられている。冷却ローラ２１は、巻き付けられたテープ状基板１磁性膜１ａの裏面側が周面に接触して支持している。冷却ローラ２１は、テープ状基板１が巻き付けられている周面の一部分（例えば、中心角の約１／４程度の範囲の側面部分）が反応室１１の開口部に対向し、反応室１１の開口を覆って反応室１１内に略密閉空間を形成している。これにより、反応室１１の内部では、磁性膜１ａ自身が陰極として機能して、プラズマ反応を発生させることができる。また、冷却ローラ２１は、液状の冷媒が内部を循環することによって表面が冷却されており、接触支持したテープ状基板１を冷却し、テープ状基板１が成膜時のプラズマ輻射熱で変形や損傷しないように保護している。
The cooling
このような冷却ローラ２１は、モータ等の駆動源によって軸２１ａを中心に回転することにより、周面に巻き付けられているテープ状基板１を、磁性膜１ａを反応室１１に対面させた状態で、長手方向に走行させることができる。
Such a cooling
送出ローラ２２は、テープ状基板１の長手方向の一端を保持しており、磁性膜１ｂが成膜された後（保護膜１ｂが成膜される前）のテープ状基板１が巻回されている。巻取ローラ２３は、テープ状基板１の一端と長手方向の反対の他端を保持しており、磁性膜１ｂ上に保護膜１ｂが成膜された後のテープ状基板１が巻回される。
The
ガイドローラ２４〜２９は、走行方向が変更する位置に設けられ、テープ状基板１が掛け渡されている。ガイドローラ２４〜２９は、１つを除き、絶縁材料から構成されている。ガイドローラ２４〜２９の内、周面が磁性膜１ｂと直接接触している１つのガイドローラ（ここでは、ガイドローラ２６）は、導電材料から構成されており、アースに電気的に接続されている。このため、このガイドローラ２６は、磁性膜１ｂをアース（電気的なグランド）と電気的に接続している。
The
このようなテープ走行系１４では、送出ローラ２２、冷却ローラ２１、巻取ローラ２３の順でテープ状基板１が掛け渡されており、送出ローラ２２に巻回されているテープ状基板１が順次に冷却ローラ２１に供給され、冷却ローラ２１上で走行したテープ状基板１が巻取ローラ２３により順次巻き取られる。このように、テープ走行系１４では、送出ローラ２２、冷却ローラ２１及び巻取ローラ２３がそれぞれ所定の方向（例えば図中矢印Ｂ，Ａ，Ｃの方向）に回転することにより、掛け渡されているテープ状基板１を走行させる。
In such a
真空チャンバ２０の反応室１１の内部には、陽極電極３１が設けられている。陽極電極３１は、真空チャンバ２０の外部に配置された直流電源３２のプラス側に、オン／オフ切り換え可能に接続されている。直流電源３２のオン時には、反応室１１の上方を覆うように配置されているテープ状基板１上の磁性膜１ａとの間に、＋５００Ｖ〜＋２０００Ｖの電圧が印加される。また、陽極電極３１の形状は、反応ガスの透過を良好にし、電界が均一になるようにするために、例えばメッシュ状に構成されている。陽極電極３１の使用材料としては、例えば銅を挙げることができるが、導電性を有する金属であれば何れでも良く、例えばステンレス鋼、黄銅（真鍮）、金（Ａｕ）等であっても良い。
An
また、真空チャンバ２０内には、テープ状基板１の磁性膜１ａに対して非接触で電子流を供給する２つ電子供給源３４，３５が設けられている。電子供給源３４，３５は、真空チャンバ２０の外部の制御部３６によって、出力される電子流の電流量が制御されている。電子供給源３４，３５は、非接触でテープ状基板１の磁性膜１ａに電子流を供給する。例えば、電子供給源３４，３５は、例えば熱電子を引き出し電極で取り出す方法により、非接触で電子流を磁性膜１ａに供給する。
In the
２つの電子供給源３４，３５は、テープ状基板１の走行方向に対して、反応室１１に並んで配置されている。一方の電子供給源３４は、テープ走行方向の上流側に配置され、他方の電子供給源３５はテープ走行方向の下流側に配置されている。また、電子供給源３４，３５は、反応室１１の外部であるがなるべく近接した位置（例えば２ｍｍ程度）に配置されることが望ましい。
The two
制御部３６は、電子供給源３４，３５から磁性膜１ａに対して供給される電子流の電流量を制御する。具体的には、直流電源３２から陽極電極３１へ供給される電流の電流量を検出し、電子供給源３４，３５の２つの合計の電流量が、直流電源３２から陽極電極３１へ供給される電流の電流量以上となるように制御をする。
The
以上のように構成された成膜装置１０の動作について説明すると、先ず、成膜をする前に、磁性膜１ａが成膜されたテープ状基板１を送出ローラ２２に巻回した状態でテープ走行系１４に装着すると共に、テープ状基板１を送出ローラ２２から冷却ローラ２１及び巻取ローラ２３へ掛け渡し、セットアップを行う。そして、保護膜１ｂの成膜の動作を行う。
The operation of the
具体的に、成膜時には、テープ走行系１４がテープ状基板１を、送出ローラ２２から冷却ローラ２１、絶縁ガイドローラ２８を経由して、巻取ローラ２３に向けて一定速度で送る。この際、冷却ローラ２１によって反応室１１との対面位置に保持されたテープ状基板１の磁性膜１ａと反応室１１内の陽極電極３１との間には、直流電源３２から電圧が印加され、反応室１１内でプラズマが発生する。これにより、反応室１１に導入される反応ガスは、プラズマのエネルギーによって活性化し、活性化したガス分子がテープ状基板１上で基底状態に戻り、連鎖的に分子が繋がる。この際、一部の水素原子がＨ２ガス分子となって排気部１３から排気され、アモルファス状のＤＬＣ膜が、テープ状基板１の磁性膜１ａ上に保護膜１ｂとして被着堆積する。また、反応室１１から流出しても成膜に使われなかった反応ガスは、排気部１３から真空チャンバ２０外部に排気される。
Specifically, at the time of film formation, the
成膜に当たって、成膜装置１０では、電子供給源３４，３５から磁性膜１ａへの電子流を非接触で電子流を供給している。これにより、電子供給源３４，３５が無い場合、直流電源３２から陽極電極３１に対して供給される電流は、反応室１１の内部のプラズマ、磁性膜１ａ、ガイドローラ２６を経由して、アースに流れるが、ここでは、電子供給源３４，３５から供給される電子流の通過経路が、磁性膜１ａからアースへの電流経路となる。したがって、成膜装置１０では、ガイドローラからのアースのみを用いて磁性膜１ａを流れる電流をアースに落とすのと同じ効果を、磁性膜１ａに対して非接触で行うことができ、従来の接触式で問題となる接触部の電流集中による点状欠陥の発生を防止することができる。
In film formation, the
電子供給源３４，３５から磁性膜１ａへ供給される電子流の電流量は、直流電源３２から陽極電極３１へ供給される電流の電流量以上となるように制御部３６により制御がされている。ここで、図３は、横軸にエミッション電流値（電子供給源からの電子供給量）、縦軸に直流電源３２から陽極電極３１に流れる電流値を表したグラフである。各値ともエミッション電流値を０としたときの電流値の比として表している。なお、このときの測定条件としては直流電源３２の電圧１２００Ｖ，反応ガス，流量＝エチレン／Ａｒ，３００ｓｃｃｍ／７５ｓｃｃｍ、反応室１１内部圧力３０Ｐａ、磁性膜１ａのシート抵抗値は６５０〜７４０Ω／□）である。
The
この結果から、直流電源３２の電圧を一定とし、当該直流電源３２から供給する電流値をより大きく取るためには、エミッション電流を大きく取れば良いことが分かる。更に、エミッション電流値比＝１、つまり、直流電源３２から陽極電極３１に流れる電流以上で、飽和する傾向となることが分かる。そこで、制御部３６は、電子供給源３４，３５から磁性膜１ａへ供給される電子流の電流量を、直流電源３２から陽極電極３１へ供給される電流の電流量以上となるように制御することによって、最適な成膜条件でプラズマＣＶＤを行うことができるようにしている。
From this result, it can be seen that in order to keep the voltage of the
なお、非接触による電子流の供給量を電源電流値以上にした場合、過剰電流分は、ガイドローラ２６を介してアースに流れる。このため、例えば、突発的に発生するアーク放電により直流電源３２に異常電流が流れることを防止することができる。
When the supply amount of the non-contact electron flow is set to the power supply current value or more, the excess current flows to the ground via the
また、成膜装置１０では、反応室１１の上流側と下流側にそれぞれ１つずつ、合計２つの電子供給源３４，３５を設けている。この場合、２つの電子供給源３４，３５から出力される電子流の電流量の合計が、直流電源３２から陽極電極３１に流れる電流値以上となるのみならず、それぞれが直流電源３２から陽極電極３１に流れる電流値の１／２以上となることが良い。これは、反応室１１の上流側及び下流側の一方のみに電子流を流すよりも、両方に流した方が抵抗が並行換算され、磁性膜１ａで生じる抵抗損失が最も小さくなるからである。
In the
また、成膜装置１０では、２つの電子供給源３４，３５を設けているが、本発明では、２つに限らず、１又は３つ以上の電子供給源が設けられ、その合計の電流量が直流電源３２から陽極電極３１に流れる電流値以上であれば、その数は特に限定されるものではない。
In the
また、一般にプラズマＣＶＤ成膜装置の場合、生産性向上のためには成膜面積を大きくする必要がある。このため、冷却ローラ２１を大径にし、反応室１１との間を密に配置することが重要である。このようにした場合、磁性膜１ａの抵抗ロスをより低くして効率よく放電電流を除去することが可能となる。
In general, in the case of a plasma CVD film forming apparatus, it is necessary to increase the film forming area in order to improve productivity. For this reason, it is important that the cooling
また、成膜装置１０では、真空チャンバ２０内に１つの反応室１１のみしか設けられていないが、図４に示すように、冷却ローラ２１の周囲にテープ状基板１の長手方向に並んだ複数の反応室１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設けても良い。この場合には、成膜装置１０には、各反応室１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれの上流側及び下流側に電子供給源３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが設けられる。
Further, in the
ところで、プラズマ反応が発生しているテープ状基板１の位置（すなわち、反応室１１の位置）と電子流が供給されているテープ状基板１の位置（すなわち、電子供給源３４，３５の位置）とは、より近接している方が良い。陽極電極３１とアースとの間の電気的抵抗をより小さくすることができるためである。すなわち、陽極電極３１とアースとの間の電気的抵抗は、反応室１１内部での陽極電極３１と対向位置の磁性膜１ａとの間に発生しているプラズマによる抵抗分と、磁性膜１ａからアースまでの抵抗分とが合成したものと見ることができる。後者の抵抗分は、反応室１１から磁性膜１ａのアースまでの距離に依存する。ガイドローラのみによる接触式の場合は、テープ状基板１の走行経路上、冷却ローラ２１から離れた場所に配置しなければならないのに対して、当該成膜装置１０のように非接触による電子流を用いた場合は、冷却ローラ２１上に配置することが可能となり、反応室１１内に位置する磁性膜１ｂとアースとの間の抵抗を小さくすることが可能となる。このため、電子供給源３４，３５の配置として、反応室１１により近い位置に配置することで、磁性膜１ａの抵抗損失による電位の低下を抑制することができる。
By the way, the position of the tape-
ここで、反応室１１により近い位置に電子供給源３４，３５を配置すると良好な効果が得られることとの確認するため、次のような実験を行った。
Here, the following experiment was conducted in order to confirm that if the
この実験では、電子供給源を、図５のように３つ配置した。すなわち、反応室１１の近傍のテープ走行方向の下流側に配置された第１の電子供給源４１と、反応室１１から遠距離となるようにテープ走行方向の上流側に配置された第２の電子供給源４２と、反応室１１から遠距離となるようにテープ走行方向の下流側に配置された第３の電子供給源４３とを設けた。なお、第２と第３の電子供給源４２，４３は、反応室１１からの距離は等距離である。
In this experiment, three electron supply sources were arranged as shown in FIG. That is, the first
このような条件の元、第１の電子供給源４１のみをＯＦＦからＯＮにし、第２及び第３の電子供給源４２，４３をＯＮとした状態で、直流電源３２から陽極電極３１への電流（放電電流）を測定した。このときの測定条件としては直流電源３２の電圧１２００Ｖ，反応ガス，流量＝エチレン／Ａｒ，３００ｓｃｃｍ／７５ｓｃｃｍ、反応室１１内部圧力３０Ｐａである。
Under such conditions, the current from the
図６は、このときの測定結果を示す図であり、磁性膜１ａの膜厚違いをシート抵抗値（Ω／□）で横軸に表記し、第１の電子供給源４１のみをＯＦＦからＯＮにすることによる直流電源３２から陽極電極３１への電流（放電電流）の上昇率を縦軸に表した図である。
FIG. 6 is a diagram showing the measurement results at this time. The difference in film thickness of the magnetic film 1a is indicated on the horizontal axis by the sheet resistance value (Ω / □), and only the first
第１の電子供給源４１のみのＯＮ，ＯＦＦによる結果の違いは、電子供給源が反応室１１に近づくことにより放電電流値が上昇することを示しており、陰極とする磁性膜１ａのシート抵抗値が高い（磁性膜厚が薄い又は表面絶縁酸化層が厚い）場合に顕著な結果となっている。直流電源３２から同一電圧を陽極電極３１に印加した場合でも、磁性膜１ａの抵抗減により電位差が小さくなり放電電流が上昇し、陽極電極３１と磁性膜間での電位差は上昇することになる。放電電流のアップはプラズマ密度アップを意味し、成膜レート向上に結びつき、陽極電極３１と磁性膜間の電位差アップは磁性膜表面部での電圧降下量のアップを意味し、磁性膜に突入するイオンの加速を増大させ膜質改善に効果がある。
The difference between the results of turning ON / OFF only the first
見方を変えて、電流値を一定として、電子供給源が反応室１１に近い位置に設置された場合は、磁性膜の距離分の抵抗値減少により、直流電極３２から磁性膜１ａの表面上の電位差は変化せずに、電源電圧が降下することになり、実際にシート抵抗値２３０Ω／□において第１の電子供給源４１のみをＯＦＦからＯＮにした場合は１２００Ｖから１１１４０Ｖへ降下することが確認された。
From a different viewpoint, when the current value is constant and the electron supply source is installed at a position close to the
以上のことより、電子供給源３４，３５を反応室１１に近づけることで、電源電圧一定の条件では電流値アップと電位差アップによるレートアップ、膜質アップを行うことができ、電源電流一定の条件では、プロセス上重要な電極間の電位差を変えないで、設定電圧を低くすることができ異常放電を抑制することができる。これらの効果は磁性膜の表面抵抗値が高い場合ほど大きくなる。
From the above, by bringing the
１ テープ状基板、１ａ 磁性膜、１ｂ 保護膜、１０ 成膜装置、１１ 反応室、１２ 反応ガス導入部、１３ 排気部、１４ テープ走行系、２１ 冷却ロール、３４，３５ 電子供給源、３６ 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記金属薄膜に保護膜を形成するためのプラズマ反応空間を形成する反応室と、
上記反応室内に上記保護膜を形成するための反応ガスを供給して当該反応室を所定の圧力に保持するガス供給源と、
上記反応室内に設けられており上記金属薄膜との間にプラズマを発生させる陽極電極と、
上記反応室の外部に設けられ、上記金属薄膜に対して非接触で電子流を供給する電子供給源と、
上記電子供給源から上記金属薄膜に対して供給する電子流の電流量を制御する制御部と、
テープ状の被成膜体が巻き付けられた状態で回転し、該テープ状の被成膜体を長手方向に走行させる主ロールと、
上記テープ状の被成膜体を上記主ロールに送り出す送出部と、
上記テープ状の被成膜体を上記主ロールから巻き取る巻取部と、
上記主ロールの送出部側及び巻取部側に上記電子供給源とを備え、
上記制御部は、上記電子供給源から上記金属薄膜に対して供給する電子流の電流量を、上記陽極電極に対して供給される電流量以上に制御して、上記送出部側の電子供給源から供給される電子流の電流量と、上記巻取部側の電子供給源から供給される電子流の電流量とを、それぞれ上記陽極電極に対して供給される電流量の１／２以上とし、
上記主ロールは、上記テープ状の被成膜体が巻き付けられる周面と上記反応室の開口部分とが対向するように配置されていると共に、上記金属薄膜側が上記反応室に対向するように上記テープ状の被成膜体を走行し、
上記電子供給源は、上記主ロール上の上記テープ状の被成膜体に対して電子流を供給し、
上記送出部は、上記金属薄膜に接する導電面を接地されることを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus for forming a protective film by a plasma reaction on a metal thin film formed on a film formation target,
A reaction chamber for forming a plasma reaction space for forming a protective film on the metal thin film;
A gas supply source for supplying a reaction gas for forming the protective film in the reaction chamber and maintaining the reaction chamber at a predetermined pressure;
An anode electrode provided in the reaction chamber and generating plasma between the metal thin film;
An electron source provided outside the reaction chamber and supplying an electron flow to the metal thin film in a non-contact manner;
A control unit for controlling the amount of current of the electron flow supplied from the electron supply source to the metal thin film;
A main roll that rotates in a state in which the tape-shaped film formation body is wound, and runs the tape-shaped film formation body in the longitudinal direction;
A delivery section for delivering the tape-shaped film-forming body to the main roll;
A winding unit for winding the tape-shaped film-forming body from the main roll;
The electron supply source on the delivery part side and the winding part side of the main roll,
The control unit controls the current amount of the electron current supplied from the electron supply source to the metal thin film to be equal to or larger than the current amount supplied to the anode electrode, so that the electron supply source on the sending unit side The amount of current of the electron flow supplied from the above and the amount of current of the electron flow supplied from the electron supply source on the winding unit side are set to be ½ or more of the amount of current supplied to the anode electrode, respectively. ,
The main roll is disposed so that a peripheral surface around which the tape-shaped film-formed body is wound and an opening portion of the reaction chamber are opposed to each other, and the metal thin film side is opposed to the reaction chamber. Runs on a tape-shaped film
The electron supply source supplies an electron flow to the tape-shaped film formation body on the main roll,
The film forming apparatus , wherein the delivery section is grounded on a conductive surface in contact with the metal thin film.
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