JP3449790B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カソードの表面に置さ
れた基体に対してバイアス電位を印加してこの基体表面
に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気記録媒体は、高分子材料よ
りなるフィルム状基体とこのフィルム表面に磁性膜が成
膜されて構成されている。この磁性膜の保護膜として炭
素或は炭素を主成分とする薄膜、例えばダイヤモンド状
カーボン薄膜が成膜されている系が最近では高機能磁気
記録媒体として検討されている。上記フィルム状基体の
磁性膜上に上記薄膜を成膜する際に好適な装置として、
プラズマＣＶＤ法による薄膜形成装置（以下、単にプラ
ズマＣＶＤ装置と記す）がある。

【０００３】通常、カーボン薄膜を形成するプラズマＣ
ＶＤ装置は、気体等の原料をグロー放電により電子状態
を活性化して基体表面で分解・結合等の化学反応をさせ
てカソードに設置された基体の表面に薄膜を形成する装
置である。

【０００４】上記プラズマＣＶＤ装置は、図３及び図４
に示すように、カソード１０１と、このカソード１０１
と対向配置されてなるアノード１０２と、巻出し部１０
４及び巻取り部１０５を有し長尺のフィルム状基体の原
反１０６がカソード１０１−アノード１０２間に差し亘
されてなる基体部１０３とが設けられ、これらの部材が
真空槽（図示は省略する。）内に収容され構成されてい
る。ここで、カソード１０１には原反１０６を安定に保
持するためのテフロン板１０８が設けられている。

【０００５】上記プラズマＣＶＤ装置においては、先ず
例えば１〜１００Ｐａ程度の低圧の炭化水素雰囲気中に
てカソード１０１にバイアス電位として所定の負電位を
印加する。すると一対の電極であるカソード１０１−ア
ノード１０２間に電界が生じ、グロー放電が起こってイ
オン化した炭化水素ガスが上記原反１０６のカソード１
０１−アノード１０２間に位置した磁性膜１０７の表面
にて化学反応を起こして上記炭素がカソード１０１の表
面に位置した磁性膜１０７の表面に堆積して薄膜が形成
される。このようにして、上記原反１０６を巻出し部１
０４から巻取り部１０５へ移動させて連続的に上記原反
１０６の表面に炭素（例えば、ダイヤモンド状カーボ
ン）からなる保護用薄膜を成膜する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く蒸着テープのような導電性の長尺のフィルム状基体
に炭素の保護用薄膜を成膜する場合、以下に示すような
不都合が生じる。

【０００７】フィルム状基体の原反１０６はカソード１
０１の表面と接触しているか或は若干離間されて配置さ
れている。フィルム状基体の厚みが数μｍであるのに対
して、カソード１０１−アノード１０２間の離間距離は
少なくとも数ｍｍ以上とされている。したがって、上記
フィルム状基体の原反１０６はカソード１０１とほぼ同
電位となっている。

【０００８】放電時においては、図５（図４中、破線Ａ
−Ａ'による断面図）に示すように、磁性膜１０７が位
置するカソード１０１−アノード１０２間においてはほ
ぼその離間空間全体に亘って電位線（等電位面の垂直断
面）が発生するのに対して、カソード１０１から若干外
れた箇所においては、図６（図４中、破線Ｂ−Ｂ'によ
る断面図）に示すように、カソード１０１が存在しない
ために電位線がこの箇所に位置するフィルム状基体の上
記原反１０６の磁性膜１０７の端部１０７ａに集中す
る。すると、この端部１０７ａの電界密度が大きくなっ
て異常放電が誘発される。上記磁性膜１０７以外の箇所
では、この異常放電により発生した熱を吸収するのはこ
の原反１０６のみとなって熱まけを起こしたり、上記原
反１０６に破断が発生する危険性も高くなる。

【０００９】特に、製品の歩留りの向上等を考慮して、
上記薄膜を成膜する際の投入パワーを増大させて上記薄
膜の形成速度（ここでは、膜厚方向の形成速度）を大き
くしたときに、上記原反１０６に発生する熱まけや破断
が顕著となる。具体的には、上記形成速度が２００ｎｍ
／分を越えると無視できない頻度で上記原反１０６に破
断が生じ、４００ｎｍ／分以上では確実に破断が生じて
上記薄膜形成は不可能となる。

【００１０】本発明は、上述の様々な課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、成膜時に基
体に生じがちな破断等のダメージをほぼ完全に防止して
基体の表面全体に亘って均質な薄膜を迅速に、しかも安
定且つ確実に成膜して、製品の歩溜り及び信頼性の大幅
な向上を図ることを可能とする薄膜形成装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の対象となるもの
は、固定され回転しないカソードと、前記カソードと対
向配置されてなるアノードとを有し、前記カソードに所
定のバイアス電位を印加してカソード-アノード間に差
し亘された長尺の導電性を有するフィルム状基体の表面
に薄膜を連続成膜する薄膜形成装置において、成膜領域
であるカソード-アノード間の空間を非成膜領域と隔て
るための隔壁を設けるとともに、成膜領域内の圧力を非
成膜領域内の圧力より大とし、前記フィルム状基体の走
行方向と直交する方向のカソード幅及びアノード幅がフ
ィルム状基体幅より大となるように構成するものであ
る。

【００１２】この場合、具体的には成膜領域内の圧力を
５〜１００Ｐａとし，非成膜領域内の圧力を１Ｐａより
小とする。このように非成膜領域内を高真空状態とし、
成膜領域内と１桁程度以上の差を設けることにより上記
非成膜領域内の放電を抑止する。

【００１３】このとき、上記フィルム状基体の走行方向
と直交する方向のカソード幅及びアノード幅（以下、電
極幅と記す）をフィルム状基体幅より大となるようにし
て構成する。これは、上記電極幅がフィルム状基体幅以
下であると、このフィルム状基体の幅方向の両端部に損
傷が生じる可能性が高くなるからである。具体的に、フ
ィルム状基体の一端部から上記電極の一端部までの距離
は、フィルム状基体幅が１３０ｍｍ程度とすると１０ｍ
ｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上とすれば良い。このよ
うにすることによって、成膜時間を増大させてもフィル
ム状基体の両端部に発生しがちな破損はほぼ皆無とな
る。

【００１４】また、本発明においては、フィルム状基体
の表面に成膜される薄膜の膜厚方向の成膜速度を４００
ｎｍ／分以上としたときに特に有効である。すなわち、
従来では上記成膜速度を２００ｎｍ／分以上、特に４０
０ｎｍ／分程の高速度とすると、上記フィルム状基体に
破断が発生して膜形成が不可能となるのに対し、本発明
の薄膜形成装置においては、４００ｎｍ／分以上という
高成膜速度の条件下でもフィルム状基体に破断が生じる
ことなく安定な膜形成が可能となる。

【００１５】なお、成膜する薄膜としては、カーボンを
主成分とするもの、例えばダイヤモンド状カーボンより
なる保護膜を、また被成膜体である上記フィルム状基体
としては蒸着テープを主に想定している。

【００１６】

【作用】本発明に係る薄膜形成装置においては、成膜領
域であるカソード−アノード間の空間を非成膜領域と隔
てるための隔壁が設けられているとともに、成膜領域内
の圧力を非成膜領域内の圧力より大とされている。この
圧力差は具体的には１桁程度以上とすることが望まし
く、成膜領域内と非成膜領域内とでこのような圧力差を
設定することにより、成膜時においてバイアス電位を印
加した際に非成膜領域内では放電が発生せず、成膜領域
内のみに放電が発生するようになる。したがって、非成
膜領域内では導電性のフィルム状基体に放電による高電
界がかかることがないために破断等の発生が抑止され、
成膜領域内に位置するフィルム状基体の表面に迅速に、
しかも安定且つ確実に薄膜形成が施される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る薄膜形成装置の好適な例
として、いわゆるプラズマＣＶＤ法による薄膜形成装置
（以下、単にプラズマＣＶＤ装置と記す）に適用した具
体的な実施例を図面を参照しながら説明する。

【００１８】通常、上記プラズマＣＶＤ装置は、気体等
の原料をグロー放電により電子状態を活性化して基体表
面で分解・結合等の化学反応をさせてカソードに設置さ
れた基体の表面に薄膜を形成する装置である。

【００１９】この実施例に係るプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室である真空槽３１と、この真空槽内に配置されて
いる成膜手段と、上記真空槽内の真空状態を制御する真
空制御部と、成膜用のガスである炭化水素ガスを上記真
空槽３１内に供給するための反応ガス供給部（共に図示
は省略する。）とから構成されている。

【００２０】上記プラズマＣＶＤ装置の主要部である成
膜手段は、図１に示すように、プラズマ放電用の電源１
と電源ライン２にて接続されているカソード３と、この
カソード３と所定距離をもって対向配置されている接地
されたアノード４と、カソード３−アノード４間に差し
亘された導電性を有する長尺のフィルム状基体をもつ基
体部５と、成膜領域２１と非成膜領域２２とを隔てる隔
壁６とから構成されている。

【００２１】上記カソード３は、その上部にこのカソー
ド３をシールドするための接地されたシールド板１１を
有している。また、カソード３は、隔壁６と隔壁６の間
に固定されている。なお、このカソード３と電気的に接
続されている電源１は、高周波（ＲＦ）電源とされてい
る。

【００２２】上記基体部５は、その構成要素であるフィ
ルム状基体がポリエチレン等よりなるフィルム上に磁性
膜が形成され、さらに背面にバックコート膜が成膜され
３重構造とされてなるものであり、プラズマＣＶＤ装置
により上記磁性膜上に炭素或は炭素を主成分とする薄
膜、例えばダイヤモンド状カーボンの薄膜が成膜されて
磁気記録媒体として用いられる。この基体部５は、被成
膜体であるフィルム状基体の原反１２と、巻取り及び巻
出しロール１３，１４とから構成され、カソード３−ア
ノード４間においてカソード３の表面と接触或は若干の
離間距離をもって配設されている。成膜時においては、
カソード３−アノード４間に位置した上記原反１２の成
膜部１５に成膜が施されてゆくことになる。

【００２３】上記隔壁６は、テフロン等よりなる絶縁体
層（誘電体層）であり、上記真空槽３１内において、原
反１２の成膜部１５が位置する成膜領域２１と原反１２
の成膜部１５以外の部分が位置する領域である非成膜領
域２２とを隔てるためのものである。この隔壁６は、図
示の如く上壁部６ａと下壁部６ｂとから構成され、これ
ら上壁部６ａ及び下壁部６ｂの間に形成された隙間６ｃ
に長尺状の上記原反１２が設けられている。

【００２４】ここで、上記隔壁６、正確には上記下壁部
６ｂにより形成された成膜領域２１内と、上記真空槽３
１内において、上壁部６ａ及び下壁部６ｂ（すなわち隔
壁６）によりその外側に形成された非成膜領域２２内と
の間に圧力差を設ける。すなわち、上記成膜領域２１内
の圧力を上記非成膜領域２２内の圧力より大、ここでは
前者を８０Ｐａ、後者を１Ｐａより小と、ほぼ１桁以上
の圧力差に設定する。

【００２５】上記プラズマＣＶＤ装置を使用するに際し
ては、先ず上記真空槽３１内を上記真空制御部により十
分低い背圧（例えば１×１０^-3Ｐａ程度以下）とする。
その後、上記反応ガス供給部より上記成膜領域２１内に
炭化水素ガスを所要の圧力（ここでは８０Ｐａ）となる
まで導入する。このとき、成膜領域２１内に導入した反
応ガスは上記隙間６ｃから非成膜領域２２に若干漏れる
ために、排気流量の多い真空ポンプ（図示は省略する）
を用いて非成膜領域２２内を１Ｐａより小の所定圧力に
調節する。すなわち、上記隙間６ｃによってコンダクタ
ンスが生じて成膜領域２１内及び非成膜領域２２内がそ
れぞれ所定の圧力（成膜領域２１内が８０Ｐａ、非成膜
領域２２内が１Ｐａより小）に安定化することになる。

【００２６】この状態にて上記電源１よりカソード３に
所定のＲＦ電位を印加する。すると一対の電極であるカ
ソード３−アノード４間に高電界が生じ、グロー放電が
起こってカソード３に負のバイアス電位が生じ分解反応
した炭化水素ガスが成膜領域２１内に位置する上記原反
１２の成膜部１５の表面に炭素が堆積してダイヤモンド
状カーボンの薄膜が形成される。そして、上記原反１２
を巻取りロール１３から巻出しロール１４へ走行させる
ことにより、上記原反１２の表面に保護膜としてダイヤ
モンド状カーボンの薄膜が連続成膜されてゆき、磁気記
録媒体として好適な磁気テープが作製される。

【００２７】このように、成膜領域２１であるカソード
３−アノード４間の空間を非成膜領域２２と隔てるため
の隔壁６が設けられているとともに、成膜領域２１内の
圧力を非成膜領域２２内の圧力より大とされている。こ
の圧力差は具体的には１桁程度以上とすることが望まし
く、成膜領域２１内と非成膜領域２２内とでこのような
圧力差を設定することにより、成膜時においてバイアス
電位を印加した際に非成膜領域２２内では放電が発生せ
ず、成膜領域２１内のみに放電が発生するようになる。
したがって、非成膜領域２２内では導電性のフィルム状
基体の原反１２にグロー放電による高電界がかかること
がないために破断等の発生が抑止され、成膜領域２１内
に位置する上記原反１２の表面に迅速に、しかも安定且
つ確実に薄膜形成が施される。

【００２８】ここで、上記実施例に係るプラズマＣＶＤ
装置を用いて、実際にフィルム状基体である上記原反１
２の表面に保護膜としてダイヤモンド状カーボンの薄膜
を連続成膜した際の、その薄膜の膜厚及び膜質を調べた
実験例について説明する。

【００２９】この実験例において使用するフィルム状基
体である上記原反１２は、その幅が１２７ｍｍであり、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等よりなるフィ
ルム上に磁性膜が蒸着形成され、さらに背面にバックコ
ート膜が成膜され３重構造とされてなるものである。こ
のとき、上記フィルム厚は９μｍ、上記磁性膜はＣｏ−
Ｎｉ−Ｏよりなり膜厚０．２μｍ、上記バックコート膜
はカーボン内添バインダよりなり膜厚０．８μｍとさ
れ、上記原反１２の走行方向と直交する方向及び上記原
反１２の走行方向のカソード３及びアノード４の幅（以
下、電極幅と記す）がそれぞれ１４０ｍｍ，１００ｍｍ
とされている。

【００３０】また、成膜条件としては、炭化水素ガスを
エチレンと水素が４：１の割合で混合された混合ガスと
し、上記成膜領域２１内の圧力を８０Ｐａ、上記非成膜
領域２２内の圧力を１Ｐａ以下の所定圧（ここでは０．
１Ｐａ程度以下）として、上記電源１による投入パワー
を３４０Ｗ（周波数：１３．５６ＭＨｚ）、パワーを投
入する成膜時間を５秒、成膜する薄膜の膜厚方向の成膜
速度を４００ｎｍ／分以上、ここでは７２０ｎｍ／分と
した。

【００３１】そして、上記実験例においては、上記原反
１２の表面にＳｉよりなるチップを設け、成膜後エリプ
ソメトリーによりその屈折率及び膜厚を、ラマン分光に
よる手法により膜質を測定した。

【００３２】この実験の結果としては、カソード３−ア
ノード４間の成膜領域２１内のみに高圧のグロー放電が
観察された。このとき、導電性のフィルム状基体である
上記原反１２にはダメージは生じず、上記原反１２への
成膜後に上記Ｓｉチップを調べたところ、屈折率及び膜
厚の測定結果から膜厚６０ｎｍ、ラマン分光の測定結果
から典型的なダイヤモンド状カーボンのスペクトルが得
られた。

【００３３】ここで、上記成膜時間を５秒から１０秒に
増大させてみたところ、図２に示すように、上記原反１
２の成膜部１５の両端部（図中、斜線で示す幅１０ｍｍ
程の箇所）３２に若干の損傷が発生した。

【００３４】そこで、上記原反１２の走行方向と直交す
る方向の幅が６７ｍｍの原反１２を用いて上記と同様に
成膜部１５に成膜を施したところ、成膜時間が１０秒の
ときでもこの成膜部１５に損傷は生じなかった。この結
果から、上記原反１２の走行方向と直交する方向の上記
電極幅がフィルム状基体幅より大、望ましくは成膜部１
５の一端部から上記電極の一端部までの距離を２０ｍｍ
以上とする必要がある。

【００３５】このように、上記実施例に係るプラズマＣ
ＶＤ装置によれば、成膜速度を大幅に増大（７２０ｎｍ
／分）させても、導電性フィルム状基体である上記原反
１２に何等ダメージを与えることなく原反１２の表面に
保護膜であるダイヤモンド状カーボンの薄膜を成膜する
ことが可能であり、ほぼ理想的な成膜が実現可能となる
ことがわかる。

【００３６】ここで、上記実施例に対するいくつかの比
較例を示す。これら比較例は、図３に示す従来のプラズ
マＣＶＤ装置（すなわち、上記隔壁６を有しないもの）
を用いて上記実験例と同一の手法にてダイヤモンド状カ
ーボンの薄膜の膜厚及び膜質を測定したものである。

【００３７】先ず、第１の比較例について説明する。こ
の第１の比較例は、上記実験例と同一の条件にて成膜を
施して膜厚及び膜質を測定したものである。その結果、
電源にパワーを投入した直後（１秒以内）にカソード１
０１の近傍にてフィルム状基体の原反１０５に破断が生
じた。このとき、上記原反１０５への成膜後にＳｉチッ
プを調べたところ、屈折率及び膜厚の測定結果から膜厚
５ｎｍ以下、ラマン分光の測定結果からダイヤモンド状
カーボンのスペクトルは得られなかった。

【００３８】そこで、第２の比較例として、投入パワー
を１００Ｗ（上記成膜速度が１２０ｎｍ／分）と上記第
１の比較例の１／３以下として成膜を試みた。その結
果、上記原反１０５全体、即ち巻出し部１０４−巻取り
部１０５間に非常に弱い放電が観察された。このとき、
上記原反１０５への成膜後にＳｉチップを調べたとこ
ろ、屈折率及び膜厚の測定結果から膜厚１０ｎｍ以下、
ラマン分光の測定結果からダイヤモンド状カーボンのス
ペクトルは得られなかった。そしてこのとき、上記投入
パワーを徐々に増大させてみたところ、この投入パワー
が１８０Ｗ（上記成膜速度が２００ｎｍ／分）となった
ときに上記原反１０５に破断が生じた。

【００３９】このように、上記比較例により従来のプラ
ズマＣＶＤ装置に対する上記実施例に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置の優位性が示された。

【００４０】本発明に係る薄膜形成装置によれば、固定
され回転しないカソードと、このカソードと対向配置さ
れてなるアノードとを有し、前記カソードに所定のバイ
アス電位を印加してカソード−アノード間に差し亘され
た長尺の導電性を有するフィルム状基体の表面に薄膜を
連続成膜する薄膜形成装置において、成膜領域であるカ
ソード−アノード間の空間を非成膜領域と隔てるための
隔壁を設けるとともに、成膜領域内の圧力を非成膜領域
内の圧力より大となるようにして構成したので、成膜時
に基体に生じがちな破断等のダメージをほぼ完全に防止
して基体の表面全体に亘って均質な薄膜を迅速に、しか
も安定且つ確実に成膜して、製品の歩溜り及び信頼性の
大幅な向上を図ることが可能となる。また、フィルム状
基体の走行方向と直交する方向のカソード幅及びアノー
ド幅がフィルム状基体幅より大とされているので、フィ
ルム状基体の両端部に破損が発生することがない。さら
に、カソードは固定されて回転しないので、フィルム状
基体幅よりも幅広のカソード、すなわち電極を使って
も、この幅広部分に積層されるＤＬＣにより電極の回転
がスムーズに行かなくなるといった弊害が発生すること
がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る薄膜形成装置（プラズマＣＶＤ装
置）を示す模式図である。

【図２】原反の成膜部の両端部に若干の損傷が発生した
様子を示す模式図である。

【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置を示す模式図であ
る。

【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置のカソード近傍を模
式的に示す平面図である。

【図５】図４における破線Ａ−Ａ’による断面図であ
る。

【図６】図４における破線Ｂ−Ｂ’による断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 電源 ２ 電源ライン ３ カソード ４ アノード ５ 基体部 ６ 隔壁 ６ａ 上壁部 ６ｂ 下壁部 １２ 原反 １５ 成膜部 ２１ 成膜領域 ２２ 非成膜領域 ３１ 真空槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 勝昭 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 山▲崎▼ 舜平 神奈川県厚木市長谷398 株式会社半導 体エネルギー研究所内 (72)発明者 伊藤 健二 神奈川県厚木市長谷398 株式会社半導 体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平６−208721（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−41758（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−25648（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 - 21/32 G11B 5/72

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定され回転しないカソードと、前記カ
   ソードと対向配置されてなるアノードとを有し、前記カ
   ソードに所定のバイアス電位を印加してカソード-アノ
   ード間に差し亘された長尺の導電性を有するフィルム状
   基体の表面に薄膜を連続成膜する薄膜形成装置におい
   て、 成膜領域であるカソード-アノード間の空間を非成膜領
   域と隔てるための隔壁を設けるとともに、成膜領域内の
   圧力を非成膜領域内の圧力より大とし、前記フィルム状基体の走行方向と直交する方向のカソー
   ド幅及びアノード幅がフィルム状基体幅より大である こ
   とを特徴とする薄膜形成装置。
2. 【請求項２】 成膜する薄膜がカーボンよりなる保護膜
   であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 【請求項３】 フィルム状基体が蒸着テープであること
   を特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。