JPH09111458A

JPH09111458A - 成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JPH09111458A
Application number: JP26713695A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kashiwatani; 誠柏谷; Junji Nakada; 純司中田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】保護膜を高速かつ均一に連続成膜する。【解決手段】真空反応チャンバー１１、プラズマ発生
装置１４、プラズマ導入部１５、プラズマ反射部２０、
反応ガス導入部２８、基板支持手段の送り出し部２２、
巻き取り部２３及び成膜ドラム２４、基板バイアス電源
２５を備え、プラズマ発生装置１４と真空反応チャンバ
ー１１の間に配設されるプラズマ導入部１５に、プラズ
マ発生装置内で使用する放電ガスを該プラズマ導入部１
５から排気する排気手段４０が設けられることにより、
放電ガスによるプラズマの電子エネルギーの損失を回避
する方法並びに装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを発生さ
せ、このプラズマ中に反応ガスを供給すると共に、ウェ
ブ状の基板をこのプラズマ近傍に走行させ、プラズマに
よる反応ガスの気相反応によって基板表面に薄膜を形成
する成膜装置及び成膜方法に関し、特に、金属薄膜型高
密度磁気記録媒体の保護膜として最適なダイヤモンド状
カーボン保護膜(ＤＬＣ膜)を設けるのに適した成膜装置
及び成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体、例えば磁気テープは、磁
性膜を塗布方式によって形成するものと、蒸着、スパッ
ター等のように真空成膜方式によって形成するものがあ
る。この種の磁気記録媒体の具体的な製品分野として
は、例えば高画質ビデオ・テープとして知られている金
属薄膜型テープやコンピューター用高容量記録メディア
として知られているハード・ディスク、フロッピー・デ
ィスク等の高密度磁気記録媒体がある。

【０００３】蒸着、スパッターで形成した磁性膜は、高
Ｂｓ、高Ｈｃで高密度磁気記録に適している。しかし、
塗布方式の磁性膜に比べ走行耐久性、環境保存性に劣
る。これらの問題を解決するために、ＳiＯ₂、Ｓｉ
Ｎ、ａ−Ｃ（アモルファス・カーボン）等硬質の保護膜
をスパッター、プラズマＣＶＤ等の真空成膜方式で磁性
膜上に設けることが提案されている。そして、この種の
保護膜を形成するための成膜装置または成膜方法が特
開昭６３−２７９４２６号公報、特開平１−２５２７
８１号公報、特開平７−１１８８５２号公報、『真
空』第３７巻第６号（１９９４）第５０７頁以降の電子
加速型シートプラズマ（浦本上進）、特開平５−２
３９６３１号公報に記載されている。

【０００４】上記には、高周波誘導により反応ガスを
プラズマ化しＤＬＣ膜を形成する技術が開示されてい
る。上記には、プラズマの密度が高く高周波プラズマ
に比べて反応ガスの分解量を高めることができる直流ア
ーク・プラズマＣＶＤ装置が記載されている。また、磁
場によりプラズマの形状をシート状にできウェブのよう
な基板上に成膜する場合、幅方向の分布を良化できるの
で、このプラズマＣＶＤ装置とウェブ状基板の搬送装置
とを組み合わせることにより、生産効率の向上した成膜
装置が得られる。

【０００５】上記に開示された技術では、真空反応チ
ャンバー内でプラズマを９０゜偏向したＣＶＤ装置でＤ
ＬＣの成膜条件について示されている。上記には、プ
ラズマの加速部を設け電圧を印加しプラズマを加速して
電子温度を増加させることにより、成膜効率を向上させ
た成膜方法が開示されている。上記には、プラズマ生
成装置の放電部に高周波を印加することで長時間安定し
て放電を維持させるプラズマ生成装置が開示されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの保護
膜の形成技術には、それぞれ以下のような問題がある。
すなわち、上記に開示された技術では、プラズマ密度
が低いため反応ガスの分解量が少ない。その結果、成膜
速度が遅く生産性に劣るものであった。また、高周波誘
導部に石英管を使用するため幅方向の膜厚分布が不均一
となる欠点があった。更に、長時間成膜では管壁に付着
した滓が膜中に混入し欠陥を生じるという重大な欠点が
あった。

【０００７】上記に開示された技術では、長時間成膜
の場合、アノード表面にアモルファス・カーボン膜が堆
積し、アノード表面が導電性を失いプラズマを維持でき
ずに成膜ができなくなるとう欠点があった。上記に開
示された技術では、上記に開示された技術同様アノー
ド表面にアモルファス・カーボン膜が堆積すると導電性
を失うため、長時間成膜には不向きであった。また、Ｄ
ＬＣ膜の硬度を得るためにバイアス電圧について規定し
ているが、依然として所望の硬度を有するＤＬＣ膜は得
られなかった。

【０００８】上記の方法では、加速用の電源を必要と
するばかりかでなく、加速室で放電ガスと反応ガスを排
気するために、反応ガスが加速部に流入しその分解種の
付着によりプラズマが不安になる欠点があった。さらに
加速部に独立に電源を使用するため、二次放電対策が必
要とする上、当然ながら加速用に電源が必要で装置のコ
ストが高くならざるを得なかった。また、この方法は、
高融点金属を溶解する目的・用途のためにプラズマを加
速するものであった。

【０００９】更に、上記の方式では、上記同様に反
応ガスの分解種により加速部が汚染され、放電が不安定
になる欠点があり、また、高周波の印加により二次放電
が発生する欠点もあって、その対策を講じなけらばなら
ないという欠点も付随した。また、従来においては、プ
ラズマ発生源の電極の付近にプラズマ発生のための放電
ガスを供給するするが、該放電ガスを多く供給すること
でプラズマは発生し易くなるものの、プラズマの周りに
イオン化してない余分な放電ガスが多くあると、この放
電ガス（未電離ガス）によってプラズマの電子エネルギ
ーが吸収されてしまい、真空反応チャンバーに供給する
プラズマの電子エネルギーが低下することとなり、真空
チャンバー内での成膜速度の点で問題があった。

【００１０】したがって、本発明の目的は、ＤＬＣのよ
うな保護膜を高速かつ均一に連続成膜できる製造装置及
び方法を提供するものである。特に、磁気記録媒体用保
護膜として最適な例えばダイヤモンド状カーボン保護膜
をウェブ状の基板に高速かつ均一に形成する磁気記録媒
体の製造装置及び方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、基
板上に薄膜を形成可能な真空反応チャンバー、プラズマ
を発生するためのプラズマ発生手段、発生したプラズマ
を前記真空反応チャンバー内に導くためのプラズマ導入
手段、前記プラズマ発生手段に対向するように設けられ
たプラズマ反射手段、反応ガスを前記真空反応チャンバ
ー内に導くための反応ガス導入手段、前記基板を走行可
能に支持する基板支持手段、前記基板にバイアス電圧を
印加する基板バイアス印加手段を備えた成膜装置であっ
て、前記プラズマ発生手段と前記真空反応チャンバーと
の間に配設される前記プラズマ導入手段には、前記プラ
ズマ発生手段内で使用する放電ガスを該プラズマ導入手
段から排気する排気手段が設けられたことを特徴とする
ことを特徴とする成膜装置によって達成するとができ
る。

【００１２】本発明の上記目的は、プラズマ発生手段へ
不活性ガスを供給してプラズマを発生させたのち、該プ
ラズマ発生手段と真空反応チャンバーとの間に設置され
たプラズマ導入部で未プラズマ化不活性ガスの少なくと
も一部を取り除いたのち、該プラズマを該真空反応チャ
ンバー内に導き、ここで反応ガスを励起、イオン化して
基板上に薄膜を形成する成膜方法によっても達成するこ
とができる。

【００１３】本発明の好ましい実施の形態としては、前
記真空チャンバーと前記プラズマ導入手段との連通部分
には、前記真空チャンバーからの反応ガスの流入を規制
するスリット部材を設けた構成とされる。本発明の他の
実施の形態としては、反応ガスに炭化水素を用いると共
に炭素及び水素を主成分とし、前記プラズマ発生手段に
より前記プラズマ導入手段内にプラズマを生成した時、
前記プラズマ導入手段内の真空度が２×１０^-4〜２×１
０ ^-3Torrの範囲とされる。

【００１４】また、本発明の他の実施の形態は、基板上
に予め強磁性体からなる磁性層を形成し、該磁性層の上
に反応ガスに炭化水素を用い炭素及び水素を主成分とす
る保護膜を形成する磁気記録媒体の製造方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜装置及
び方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明
する。先ず、本発明における要部であるプラズマ導入手
段とそのメカニズムについて説明する。

【００１６】直流アーク・プラズマは高密度プラズマで
あるので、電子密度が適切な電子エネルギーを有してい
れば反応ガスの分解種を多量に生成でき高速成膜が可能
である。電子温度の低下する原因はプラズマ中の電子と
粒子との衝突で、この粒子のほとんどが放電ガスであ
る。つまり、放電ガスはプラズマの電子成分を生成すれ
ば残りは不用である。特に直流アーク・プラズマは陰極
の劣化が著しいため、長時間連続で放電を維持するため
には多量の放電ガスを使用した圧力勾配によるイオンの
逆流防止が必須である。そのため、もともと電子温度が
低い直流アーク・プラズマ中で多量の放電ガスと電子と
の衝突によりさらに電子温度が低下してしまう。

【００１７】この不用な放電ガスをできるだけ排気して
プラズマの電子成分のみのを反応ガスと衝突させれば、
効率良く反応ガスを励起、イオン化できることになる。
本発明において、具体的な方法としては、プラズマ発生
手段と真空反応チャンバー間に真空排気装置を備えたプ
ラズマ導入手段を設け、このプラズマ導入手段によりプ
ラズマ発生手段により発生したプラズマ以外の未反応の
放電ガスを真空排気してからプラズマを真空反応チャン
バーに導き反応ガスを励起、イオン化する。この時、プ
ラズマ導入手段と真空反応チャンバーの連結部には適宜
な構造のスリット部材を配設することにより、真空反応
チャンバーからの反応ガスの流入を、より効果的に規制
することができる。反応ガスがプラズマ導入手段側に逆
流入することが効果的に回避できることで、プラズマ導
入手段内で反応ガスの分解が起こるのを防止されて、プ
ラズマの不安定化を回避できる。

【００１８】つまり、不用な放電ガスを排気したプラズ
マの電子成分を連結部で反応ガスに衝突させ、ガス拡散
によりプラズマを真空反応チャンバー内に生成する。こ
れによって、反応ガスを十分に励起、分解できるばかり
でなく、不用な放電ガスに取られていた電子エネルギー
を全て反応ガスの分解に活かせるため、成膜速度の向上
にもつながる。

【００１９】ところで、上述のスリット部材は高温に加
熱されるため必要に応じて冷却すれば良い。また反応ガ
ス流入の規制はスリットの開口部の排気コンダクタンス
と真空反応チャンバーの排気速度、プラズマ導入部の排
気装置の排気速度を考慮して選択すれば良い。次に、本
発明をＤＬＣ膜の形成に適用した場合、我々の鋭意検討
の結果によると、プラズマ導入部の真空度を２×１０⁴
〜２×１０^-3Torrの範囲にするのが良く、さらには４×
１０⁴〜８×１０^-4Torrの範囲にするのが良いことが判
明した。２×１０^-3Torr付近からＤＬＣ膜の硬度が低下
し始め、５×１０^-3Torr以上になるとＤＬＣの硬度が得
られなくなる。また、２×１０^-4Torr以下になるとプラ
ズマが不安定になる。

【００２０】以上のように、本発明の装置で本発明に記
載した条件にてＤＬＣ膜を形成することで、後述する
が、十分な硬度、摺動性を得られるばかりでなく、成膜
速度も向上した。さて、図１は本発明の特に好ましい一
実施態様に係わる成膜装置の全体構成図である。この磁
気記録媒体製造装置１の真空反応チャンバー１１は、プ
ラズマを効率良く真空反応チャンバー１１内に維持する
ために、真空反応チャンバー１１内で磁場を発生するの
で、非磁性の必要がある。非磁性材料としてはＳＵＳ３
０４、アルミニウム等が利用できるが、真空反応チャン
バー１１の強度を考慮して選択する必要がある。

【００２１】真空排気能力については、膜質を劣化させ
るような残留ガスを少なくするために、初期排気として
２×１０^-5Torr以下まで、好ましくは５×１０^-6Torr以
下まで排気でき、成膜中は１×1０^-1〜１×１０^-4Torr
に維持できるチャンバー、排気装置であれば良い。その
ため、真空排気ポンプ１２はターボ・ポンプ、メカニカ
ル・ブースター・ポンプ、ロータリ・ポンプの組合せ、
ターボ・ポンプの代わりにクライオ・ポンプ、ディフュ
ージョン・ポンプを利用できる。真空排気ポンプ１２の
排気能力、台数は真空反応チャンバー１１の大きさに合
わせて決定すれば良い。また、排気速度を可変可能とす
るために、真空排気ポンプ１２と真空反応チャンバー１
１との間に開口度を可変できるバルブ１３を配設する。

【００２２】次に、プラズマ発生装置１４について説明
する。プラズマ発生装置１４は、電源７０から電源が供
給され、陰極１４ａおよび該陰極よりも真空チャンバー
寄りに位置した中間電極１４ｂを備えている。そして、
プラズマ発生装置１４には直流アーク放電を利用したプ
ラズマが適する。その理由はアーク・プラズマの特徴が
グロー放電により発生するプラズマに対し電子密度が１
０²〜１０³倍程度高く反応ガスを多く分解でき高速成
膜に適するからである。アーク・プラズマの電子密度は
１０¹¹（個/cc）〜１０¹³（個/cc）になる。また、直流
プラズマであるためプラズマＰの形状を磁場により変形
が容易で基板の形状に合わせて均一な膜厚分布を得るこ
とも容易である。

【００２３】プラズマＰ生成用に使用するガスは不活性
ガスが用いられる。特にＡｒガスがコスト的にも低価格
なので好ましい。アーク・プラズマ発生装置には例え
ば、特開昭６１−１２１２４８号公報に開示された圧力
勾配型装置を用いることができる。この装置の陰極は熱
容量の小さいＷ、Ｔａからなる補助陰極とＬａＢ₆から
なる主陰極からなり、放電ガスを導入し補助陰極に初期
放電を行い、そこで発生する熱で主陰極を間接的に加熱
し、主陰極から熱電子放出を徐々に高め、最終的に主陰
極により放電を行う仕組みになっている。

【００２４】上述のように陰極１４ａと陽極（後記のス
リット部材１７が主たる陽極となる。）との間に中間電
極１４ｂを設け、陰極領域Ｃが放電ガスで１〜５Torr程
度に、スリット部材１７の開口１６の陽極領域Ａが１０
^-4〜１０^-1Torrに保たれ、これによって、陽極からの逆
流イオンによって陰極の損傷を著しく軽減するとともに
放電ガスのイオン化効率を高くしている。発生したアー
ク・プラズマの形状制御の装置として例えば、特開昭５
９−２７４９９に開示のプラズマをシート状にする装置
を使用することができる。

【００２５】これは例えば同極対向の永久磁石などの磁
界発生手段３３、３３によりプラズマの上下方向から磁
場を加え、プラズマを水平方向に引き伸すと共に垂直方
向に圧縮してプラズマをシート状にする。また、このよ
うなプラズマを真空反応チャンバー内で安定に維持する
ために直径３００〜５００ｍｍからなる空芯コイル３
１、３２を真空槽の両側に置き磁場の中心軸と、対向し
て設置する陰極、陽極の中心軸が一致するようにする。

【００２６】次に、プラズマ導入手段１５について説明
する。プラズマ導入部１５は図１に示されているよう
に、プラズマ発生放置１４にて発生したプラズマを真空
反応チャンバー１１内に導くために、プラズマ発生装置
１４と真空反応チャンバー１１との間に設けられてい
る。プラズマ導入部１５は開口部の径ｄ₀がφ２００〜
３００ｍｍで、長さｄ₁が２５０〜３００ｍｍ程度の真
空チャンバー１８からなる。このチャンバーの一端側に
上記プラズマ発生装置１４、他端側に真空反応チャンバ
ー１１が配置されている。この真空チャンバーの材質は
非磁性材料で、この真空チャンバーの側壁に適宜配管を
設置して、この配管上にバルブ４１を設け、他端に真空
排気ポンプ４０を配設する。

【００２７】真空排気能力については、初期排気として
２×１０^-5Torr以下まで、好ましくは５×１０^-5Torr以
下まで排気でき、成膜中は１×１０^-4〜１×１０^-2Torr
に維持できるチャンバー、排気装置であれば良い。その
ため、真空ポンプはターボ・ポンプ、ロータリー・ポン
プの組合せ、ターボ・ポンプの代わりにクライオ・ポン
プ、ディフュージョン・ポンプを利用できる。ポンプの
排気能力、台数は真空チャンバーの大きさに合わせて決
定すれば良い。なお、上記バルブ４１は、排気速度を可
変するために、メイン・ポンプとチャンバーとの間に開
口度を可変できる構造である。

【００２８】さらに、真空チャンバー１８と真空反応チ
ャンバー１１の連結部で真空チャンバー１１の内側に真
空反応チャンバー１１からの反応ガスの逆流を規制する
スリット部材１７が配設されている。このスリット部材
１７は非磁性材からなり、開口１６にプラズマを通す。
そのためプラズマにより加熱されるので必要に応じて、
スリット部材１７、またその周辺、真空チャンバー本体
も含めて適宜冷却する必要がある。また、スリット部材
１７の開口１６の径ｄ₂はφ２０〜４０ｍｍで、厚みが
２０〜５０ｍｍ、排気コンダクタンスが５０〜２００リ
ットル／sec の範囲にする。なお、開口１６は必ずしも
円形でなくてもよく、必要に応じて適宜形状に設定でき
る。

【００２９】次に、この真空チャンバー１８の両端に外
径φ２００〜３００ｍｍからなる空芯コイル５１、５２
を配設し、真空チャンバー１８内に真空チャンバーの両
端が軸となる１００〜５００Gauss のミラー磁場を形成
する。また、プラズマ発生部１４と真空チャンバー１
８、また、真空チャンバー１８と真空反応チャンバー１
１間にはプラスチック材からなる電気的絶縁材を介して
接続する。また、２０〜２００Ωの抵抗を介して接地す
ることでよりプラズマを安定に維持できるようになる。

【００３０】次に、プラズマ反射手段について説明す
る。図１において、プラズマ反射部２０の反射面２１が
プラズマ発生装置１４と対向するように配設されてい
る。プラズマ反射部２０の電位は真空反応チャンバー１
１より絶縁し浮遊状態にしておく。つまり、プラズマが
反射板表面に入射すると自動的に負電位の１０−５０Ｖ
になりこの負電位でプラズマの電子を反射する。反射板
の材質はＭo 、ＳＵＳ３０４、Cu等の導電性金属を使用
できる。またプラズマ反射部２０の裏面には、プラズマ
反射部２０がプラズマによって損傷を受けないようにす
るため、ＳＵＳ３０４、Ｃｕ製で内部に冷却水が流れす
支持台を配設する。真空反応チャンバー１１１の電気的
絶縁にはテフロン等のプラスチック材料が使用できる。
又、このプラスチック材料と、真空チャンバーおよび支
持台との間は、それぞれ０リングにより真空シールされ
る。

【００３１】次に、基板支持手段について説明する。基
板支持手段としてはウェブ状の基板５０（以下、ウェブ
を云うこともある）を搬送するためのハンドリング装置
を使用する。これは、送り出し部２２、巻き取り部２
３、成膜用ドラム２４、駆動装置（図示せず）、制御装
置（図示せず）を設置し、各部間を橋渡しする。パス・
ロール、ウェブに所望の電圧を印加する電極ロール２６
を設置したハンドリング系を基本構成にする。

【００３２】先ず、駆動装置は直流モーター、交流モー
ター等各種モーターが使用できる。次に、制御装置は例え
ばクラッチを使用しロールの駆動力を変化させる簡易的
な方法、ウェブの張力を検出して回転数を変える張力制
御、ダンサー・ロールを設置しその位置を検出して回転
数を変えるダンサー制御が利用できる。その他として、
ウェブのしわを無くすためのエキスパンダー・ロール、
送り出し、巻き取りのウェブ状態を安定にするコンタク
ト・ロールを増設できる。ロール間の張力を変えるため
のテンション・コントロールも活用できる。

【００３３】なお、基板支持手段等を配置した基板の走
行領域と成膜領域とを区画するために防着板６０が設け
られている。ここで、基板バイアス手段について説明す
る。基板バイアス電源２５は、基板にバイアス電圧を印
加するための電源であって、直流電圧で極性が負または
正の０〜１０００Ｖ程度の直流電源、または、２〜２０
KHzのパルス状に変調した負または正の０〜１０００Ｖ
程度パルス変調型直流電源、または、高周波の０〜３kW
程度の高周波電源である。更に、パルス状に変調した高
周波電源も使用できる。真空反応チャンバー１１への導
入は、導入部が真空シール機能がある導入端子で金属材
料からなるローラ表面に電圧が掛かるようにする。印加
する電圧の極性、値は所望の膜質になるように選択すれ
ば良く、その詳細は特開平７−１１８８５２号公報など
に記載されている。高周波は工業用の１３.５６ＭＨz高
周波電源が用いられ、マッチング・ボックスを使用しイ
ンピーダンス整合を取る。他の周波数の高周波電源の使
用も可能である。

【００３４】次に、ガス導入手段について説明する。反
応ガス導入部２８は、配管圧力が１〜２kgf/cm²の反応
ガスをマスフロー・コントローラにて流量制御し真空導
入パイプ２９にて真空槽内に送り込む。反応ガスが適宜
拡散できるように構成された吹き出し口であるガス供給
口３０が真空導入パイプ２９の先端に設けられている。
このガス供給口３０の位置は基板近傍、プラズマ近傍等
考えられるが、形成される薄膜の膜厚分布に影響を与え
る場合があるので十分注意する必要がある。公知の技術
として、複数箇所から反応ガスを導入したり、吹き出し
口が多数個の吹き出し口を有すのもなどがある。

【００３５】次に、薄膜形成の実施例について詳細を説
明する。基本的な薄膜形成のプロセスは、 1)ウェブ（基板）をハンドリング装置にセットし、張力
を掛けた状態で真空排気ポンプ１２により真空反応チャ
ンバー１１内を所定の真空度まで初期排気する。 2)ハンドリング装置によりウェブを所定の速度で送り出
す。 3)プラズマ発生装置１４によりシート状のアーク・プラ
ズマを所定の出力で発生させる。 4)反応ガス導入部２８により反応ガスを所定の流量だけ
導入する。 5)基板バイアス電源２５によりウェブ表面に所定の電圧
を印加する。以上のプロセスよりウェブ表面に成膜を行う。

【００３６】なお、上記2)〜5)の項目はこの順序に規定
されるものではなく、基板５０のロスを少なくするため
に適切に選べば良い。さて、プラズマ導入部１５の真空
度は２．０×１０^-4〜２．０×１０^-3Torrの範囲になる
ように排気能力を制御する。プラズマ導入部１５の真空
度は真空排気ポンプ４０の直前に配設したバルブ４１の
開口度によって制御できる。

【００３７】

【実施例】実際に用いた実験装置の仕様と製造条件につ
いて以下に示す。１)真空反応チャンバー１１ＳＵＳ３０４製で内容積が約１ｍ³のチャンバーに排気
能力が３０００リットル／秒のターボ・ポンプを２台、
２５０００リットル／分のメカニカル・ブースタ・ポン
プを１台、３０００リットル／分のロータリ・ポンプを
１台からなる排気系を備え、ターボ・ポンプとチャンバ
ーの間の真空配管中に開口度を可変できるバルブを配設
した。そして、初期排気で真空度が５.０x１０^-6Torr以
下、成膜中は真空反応チャンバー１１が２x１０^-4〜１
x１０^-2Torr得られるようにした。真空度はバルブ１３
の開口度によって変化させた。

【００３８】真空反応チャンバー１１内でプラズマによ
る発熱を嫌う箇所には、必要に応じて、銅板に銅パイプ
を付けパイプに冷却水を通す機構の防着板を使用した。
また、真空反応チャンバー１１の外壁も同様に発熱箇所
を必要に応じて冷却した。２)プラズマ発生装置１４Ｔａ−ＬａＢ₆からなる複合陰極と中間電極を備えた圧
力勾配型のアーク・プラズマ発生装置を用いた。プラズ
マ・ガンの能力は放電電流が最大２００Ａまで可能なも
のを使用し、放電出力は放電電圧を３０〜８０Ｖ、放電
電流を２０〜１５０Ａにした。この放電電流によりプラ
ズマ密度を変化させた。また、放電ガスにはＡｒを使用
し、マスフロー・コントローラにて流量制御し２０〜５
０sccm（スタンダード立方センチメートル／分の略）を
導入した。またＳｍ−Ｃｏ磁石によりプラズマに外部か
ら磁場を印加し、プラズマをシート形状にした。さらに
真空反応チャンバー１１の両側に直径５００ｍｍの集束
コイル３１、３２を配設し、真空反応チャンバー１１内
に１００〜５００ガウスのミラー磁場を形成した。

【００３９】３)プラズマ導入部１５ＳＵＳ３０４製で開口部の径φ２３０ｍｍ、長さ３００
ｍｍの真空チャンバー１８の側壁に排気能力が３０００
リットル／sec のターボ・ポンプを１台、１５００リッ
トル／min のロータリー・ポンプを１台取り付け、開口
部の一端にプラズマ発生装置１４を、またもう一方の端
に真空反応チャンバー１１を取り付けた。さらに、真空
反応チャンバー１１との連結部でこの真空チャンバーの
内側に中心部にＳＵＳ３０４製で、φ２５ｍｍ、厚み３
５ｍｍの開口１６を備えたスリット部材１７を配設し
た。このスリット部材１７の外周部を冷却した。さら
に、真空チャンバー１８の両端に外径φ２５０ｍｍの空
芯コイル５１、５２を配設したチャンバー内に１００〜
５００Gauss のミラー磁場を生成した。プラズマ発生装
置１４と真空チャンバー１８間、及び真空反応チャンバ
ー１１と真空チャンバー１８間の電気的絶縁は厚み１０
ｍｍのテフロン板で行ない、真空チャンバー１８は１０
０Ωの抵抗を介して接地した。

【００４０】４)プラズマ反射部２０直径３００ｍｍのＣｕ製で内部に冷却水が流せるジャケ
ット構造の部材を支持台にして、表面に直径２００ｍ
ｍ、厚み５ｍｍのＭo 板をネジ止めによって配設した。
また、真空反応チャンバー１１との電気的絶縁は厚み１
０ｍｍのテフロン板を使用した。

【００４１】５)基板支持手段幅３００ｍｍのウェブが搬送できるようにロール幅を３
２０ｍｍにした。成膜ドラム２４は、直径６００ｍｍで
内部に冷媒としての冷却水を流せる機構のものを使用し
た。送り出し部２２、巻き取り部２３は、φ１６０ｍｍ
巻芯が取り付けられるものを使用した。

【００４２】成膜ドラム２４の回転数を基準にしてクラ
ッチにより送り出し部２２、巻き取り部２３の回転数を
変化させ、ウェブの搬送スピード、張力を制御し、搬送
スピードが１〜１００ｍ／ｍin、最大張力３〜１５kgf
／幅になるように送り出し部２２、巻き取り部２３、成
膜ドラム２４用の駆動モーターの能力を４.０kWとし
た。これにより、搬送速度、張力をそれぞれ１０〜４０
ｍ／ｍin、６kgf ／幅とした。

【００４３】成膜ドラム２４には、冷却水を流し成膜中
の温度を１５〜４０℃にした。また、プラズマの中心か
ら成膜面までの距離を２５〜１００ｍｍにした。成膜ド
ラム２４の基板搬送方向直前に真空反応チャンバー１１
から電気的に絶縁したフリー・ロール２６を配設し、基
板表面にバイアス電圧を印加できるようにした。６）基板バイアス電源２５２〜２０kHzのパルス変調をした負の直流電圧で、最大
８００Ｖまで印加できる電源を使用し、フリー・ロール
２６を介して、成膜面に負極性の１００〜５００Ｖを印
加した。

【００４４】７）反応ガス導入部２８反応ガスにＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂の炭化水素を使用し、マス
フロー・コントローラにて２０〜５００sccmに制御し
た。反応ガスの密度はこの流量と真空反応チャンバー１
１の排気速度によって制御した。真空反応チャンバー１
１への導入には直径６.３５ｍｍのＳＵＳ製のパイプを
使用し、パイプと真空チャンバーとの間を０リングで真
空シールした。真空反応チャンバー１１内ではパイプに
複数個の穴を開け、プラズマ中に均一に供給できるよう
にした。

【００４５】以上の装置及び製造条件にて、基板には５
〜２０μmのPETフィルムで、予めCo系磁性材料を１００
０〜１５００Åの厚さに成膜したものを使用し、プラズ
マによる気相反応にて磁性膜上に５０〜５００Åの炭素
及び水素を主成分とする薄膜（保護膜）を形成した。表
１及び表２に製造条件、及び評価結果を示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】次にサンプルの評価方法について説明す
る。１)膜厚分布 TEM(Transmission Electrton Microscopy)により断面
観察を行い膜厚を測定した。この測定値を使用して、ウ
ェブ幅方向の膜厚の最大、最小値よりδ=(max-min)/(ma
x+min)x１００(%)を算出した。２)成膜速度上記の膜厚測定値を使用して、ウェブ幅方向の中心位置
での膜厚とウェブ搬送速度、成膜領域より算出した。３)スクラッチ耐久性磁性膜上にカーボン薄膜形成後、ベースを所定の大きさ
にスリットし、VTR 用の回転ヘッドにて同一箇所を１時
間擦った。そして、傷の発生状態を光学顕微鏡で観察
し、傷が発生しないサンプルを○、やや傷の発生が見ら
れるサンプルを△、傷が発生するサンプルを×として、
３段階で評価した。４)環境保存性磁性膜上にカーボン薄膜形成後、ベースを所定のの大き
さにスリットし、温度６０℃、相対湿度９０%の環境下に７
２Hr放置した。そして、磁性層の腐食の発生状態を光学
顕微鏡で観察し、腐食が発生しないサンプルを○、やや
腐食の発生が見られるサンプルを△、腐食が発生するサ
ンプルを×、とし３段階で評価した。５）真空度電離真空計にて真空度を測定し、感度係数にて補正し
た。

【００４９】表１に実施例として、本発明の装置による
製造条件、及び評価結果を示す。表２に比較例として、
従来方法による製造条件、及び評価結果を示す。膜厚分
布は特に表１、表２に記載しなかったが、どのサンプル
もδが３〜１０％の範囲で良好な膜厚分布が得られた。
成膜速度は８０〜２００Å／sec で高周波プラズマＣＶ
Ｄ、従来の直流アークＣＶＤに比べ高速成膜が可能にな
った。

【００５０】また、表１に記載しなかったが、本発明の
製造条件の真空度の下限であるプラズマ導入部が２×１
０^-4Torr以下の場合には放電が不安定で良好なサンプル
が得られなかった。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の成膜装置及
び方法によれば、プラズマ導入部の真空チャンバーから
不要となった放電ガスを適宜排気することにより、従来
に比べて成膜速度を格段に速くすることができる。ま
た、本発明の製造条件にすることで、スクラッチ耐久性
の優れた磁気記録媒体を提供することができる。さら
に、本発明により高密度プラズマである直流アーク放電
を十分に活用することができ、磁気記録媒体用のダイヤ
モンド状カーボン保護膜の高速、均一成膜が可能になり
生産性を格段に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる成膜装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１成膜装置１１真空反応チャンバー１２真空排気ポンプ１４プラズマ発生装置１５プラズマ導入部１６開口１７スリット部材１８真空チャンバー２０プラズマ反射部２２送り出し部２３巻き取り部２４成膜ドラム２５基板バイアス電源２６電極ロール２８反応ガス導入部３０ガス供給口４０真空排気ポンプ４１バルブ５１、５２磁界発生用のコイル

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年１１月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】更に、上記の方式では、上記同様に反
応ガスの分解種により加速部が汚染され、放電が不安定
になる欠点があり、また、高周波の印加により二次放電
が発生する欠点もあって、その対策を講じなけらばなら
ないという欠点も付随した。また、従来においては、プ
ラズマ発生源の電極の付近にプラズマ発生のための放電
ガスを供給するが、該放電ガスを多く供給することでプ
ラズマは発生し易くなるものの、プラズマの周りにイオ
ン化してない余分な放電ガスが多くあると、この放電ガ
ス（未電離ガス）によってプラズマの電子エネルギーが
吸収されてしまい、真空反応チャンバーに供給するプラ
ズマの電子エネルギーが低下することとなり、真空チャ
ンバー内での成膜速度の点で問題があった。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、基
板上に薄膜を形成可能な真空反応チャンバー、プラズマ
を発生するためのプラズマ発生手段、発生したプラズマ
を前記真空反応チャンバー内に導くためのプラズマ導入
手段、前記プラズマ発生手段に対向するように設けられ
たプラズマ反射手段、反応ガスを前記真空反応チャンバ
ー内に導くための反応ガス導入手段、前記基板を走行可
能に支持する基板支持手段、前記基板にバイアス電圧を
印加する基板バイアス印加手段を備えた成膜装置であっ
て、前記プラズマ発生手段と前記真空反応チャンバーと
の間に配設される前記プラズマ導入手段には、前記プラ
ズマ発生手段内で使用する放電ガスを該プラズマ導入手
段から排気する排気手段が設けられたことを特徴とする
成膜装置によって達成するとができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】ところで、上述のスリット部材は高温に加
熱されるため必要に応じて冷却すれば良い。また反応ガ
ス流入の規制はスリットの開口部の排気コンダクタンス
と真空反応チャンバーの排気速度、プラズマ導入部の排
気装置の排気速度を考慮して選択すれば良い。次に、本
発明をＤＬＣ膜の形成に適用した場合、我々の鋭意検討
の結果によると、プラズマ導入部の真空度を２×１０^-4
〜２×１０^-3Torrの範囲にするのが良く、さらには４×
１０^-4 〜８×１０^-4Torrの範囲にするのが良いことが判
明した。２×１０^-3Torr付近からＤＬＣ膜の硬度が低下
し始め、５×１０^-3Torr以上になるとＤＬＣの硬度が得
られなくなる。また、２×１０^-4Torr以下になるとプラ
ズマが不安定になる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に薄膜を形成可能な真空反応チャ
ンバー、プラズマを発生するためのプラズマ発生手段、
発生したプラズマを前記真空反応チャンバー内に導くた
めのプラズマ導入手段、前記プラズマ発生手段に対向す
るように設けられたプラズマ反射手段、反応ガスを前記
真空反応チャンバー内に導くための反応ガス導入手段、
前記基板を走行可能に支持する基板支持手段、前記基板
にバイアス電圧を印加する基板バイアス印加手段を備え
た成膜装置であって、前記プラズマ発生手段と前記真空反応チャンバーとの間
に配設される前記プラズマ導入手段には、前記プラズマ
発生手段内で使用する放電ガスを該プラズマ導入手段か
ら排気する排気手段が設けられたことを特徴とすること
を特徴とする成膜装置。
【請求項２】前記真空チャンバーと前記プラズマ導入
手段との連通部分には、前記真空チャンバーからの反応
ガスの流入を規制するスリット部材が設けられたことを
特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】プラズマ発生手段へ不活性ガスを供給し
てプラズマを発生させたのち、該プラズマ発生手段と真
空反応チャンバーとの間に設置されたプラズマ導入部で
未プラズマ化不活性ガスの少なくとも一部を取り除いた
のち、該プラズマを該真空反応チャンバー内に導き、こ
こで反応ガスを励起、イオン化して基板上に薄膜を形成
する成膜方法。
【請求項４】反応ガスに炭化水素を用いると共に炭素
及び水素を主成分とし、前記プラズマ発生手段により前
記プラズマ導入手段内にプラズマを生成した時、前記プ
ラズマ導入手段内の真空度が２×１０^-4〜２×１０^-3To
rrの範囲であることを特徴とする請求項３記載の成膜方
法。