(57)【要約】【課題】高分子材料からなる基板上に薄膜を生成する場合に、薄膜の異方性を制御でき、均一性の高い薄膜を形成できる薄膜形成方法及び薄膜製造装置を提供する。【解決手段】シート状の基板２が基板保持ドラム１０において薄膜を蒸着される前に、基板２の表面が摩擦ローラー４、６、８、９によって摩擦処理を施されて、基板２の表面状態を均一化し、または、異方性を持たせ、または、異方性を抑制する。これによって、蒸着される薄膜の均一性を改善し、意図した異方性又は等方性が得られ、膜質を制御できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の表面に摩擦手段によって機械的に摩擦を施す摩擦処理工程と、
前記摩擦手段により摩擦が施された前記基板の表面に、前記薄膜を形成する成膜工程と
を有し、
前記基板は、高分子材料を含み、
前記薄膜は、少なくとも、金属膜、又は、セラミック膜の何れかを含む
薄膜形成方法。
【請求項２】
前記基板は、可撓性基板を含む
請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記薄膜は、記録媒体に用いる磁性膜であり、
前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、
前記複数の接触点は、前記磁性膜における記録磁区の寸法より小さい間隔で配置されている
請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記薄膜は、記録媒体あるいはディスプレイ装置に用いられ光を透過ないし反射する光学膜であり、
前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、
前記複数の接触点は、前記光学膜に入射する光の波長より短い間隔で配置されている
請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
前記摩擦処理工程において、前記摩擦手段は、前記基板の摩擦が施される表面及び前記摩擦手段の組成と異なる物質からなる摩擦添加物を介在させる状態で、前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す
請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
前記摩擦添加物は、少なくとも、液体金属、または、前記基板に対して化学作用を有する物質の何れかを含む
請求項５に記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
前記摩擦処理工程において、前記摩擦手段は所定の方向に沿って前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す
請求項１に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置であって、
前記基板の表面に機械的に摩擦を施す摩擦手段と、
前記摩擦手段により摩擦が施された前記基板の表面に前記薄膜を形成する成膜手段と
を有し、
前記基板は、高分子材料を含み、
前記薄膜は、少なくとも、金属膜、又は、セラミック膜の何れかを含む
薄膜製造装置。
【請求項９】
前記基板は、可撓性基板を含む
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１０】
前記薄膜は、記録媒体に用いる磁性膜であり、
前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、
前記複数の接触点は、前記磁性膜における記録磁区の寸法より小さい間隔で配置されている
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１１】
前記薄膜は、記録媒体あるいはディスプレイ装置に用いられ光を透過ないし反射する光学膜であり、
前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、
前記複数の接触点は、前記光学膜に入射する光の波長より短い間隔で配置されている
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１２】
前記基板の摩擦が施される表面に、前記基板の前記表面及び前記摩擦手段の組成と異なる物質からなる摩擦添加物を供給する添加物供給手段をさらに有し、
前記摩擦手段は、前記添加物供給手段により供給された前記摩擦添加物を前記基板の前記表面と前記摩擦手段の間に介在させる状態で、前記基板の前記表面に摩擦を施す
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１３】
前記摩擦手段は、少なくとも前記成膜手段の直前に設けられ、
前記成膜手段は、前記摩擦手段により摩擦が施された直後に、前記薄膜を形成する
請求項１２に記載の薄膜製造装置。
【請求項１４】
前記摩擦手段が所定の方向に沿って前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１５】
長尺基板を連続的に供給する基板供給手段をさらに有する
請求項８に記載の薄膜製造装置。
【請求項１６】
前記摩擦手段により前記基板供給手段により供給される前記長尺基板の表面に機械的に摩擦を施す際に、前記長尺基板の背面を支持する支持部材を有する
請求項１５に記載の薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体やディスプレイ装置などに用いられる薄膜を製造する方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク、光フィルム、磁気テープにおいて、高分子材料の基板上に、金属やセラミックなどの磁性膜や誘電体膜や光学膜が形成される。
従来、以上のような高分子基板に形成される磁性膜、誘電体膜、光学膜などは厚いので（例えば、１００ｎｍ程度）、特別な処理を施さなくても、膜質が充分良い薄膜を形成することができた。
【０００３】
しかし、近年、さらに薄い磁性膜や光学膜（例えば、３０ｎｍ程度）を高分子基板に高い膜質で形成することが要求されている。
非常に薄い膜を形成するために、基板上に膜が成長し始める時から膜質を微細に制御しなければならないが、膜成長の初期段階の膜質が基板の表面状態に強く影響されている。
【０００４】
例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などで基板上に薄膜を生成する場合に、生成される薄膜の構造と組織は、基板表面の材料の組成、形状、表面エネルギーなどの材料特性によって様々な影響を受ける。具体的に、基板材料の結晶軸方向や分子形状の非対称性などにより、形成される薄膜は特定の方向での成長が強まり、薄膜の均一性が低下し、意図しない異方性が生じ、または、必要な異方性が形成されない。例えば、光ディスクを回転してデータを読み出す場合に必須となる等方性、または、磁性記録媒体が有する磁気異方性や、光学膜が有する光異方性が得られない。
【０００５】
また、薄膜成長に影響する基板表面の微細な状況は、施された処理によって変化する。基板表面を同一の条件に保っているつもりであっても、薄膜を基板上に堆積するまでの処理において、基板の表面の状態はそれまでの様々な履歴によって微妙に異なる。この容易に把握することができない履歴の差異によって薄膜特性が左右される。
とくに基板が高分子材料から成る場合には、金属やセラミックから成る基板に較べて軟らかいために、機械的接触による変形はより顕著なものになる。また、薄膜の成長過程は高分子基板の表面にある官能基ないし機能性原子団の種類や配位に大きく影響を受けるものであるが、官能基は分子レベルの微細なものであるため、接触によって著しい変化を蒙る可能性がある。
このように、高分子材料がなる基板に、非常に薄い金属膜やセラミック膜を形成する場合に、薄膜の性質を把握し、制御することが困難である。
【０００６】
従来、磁気ディスク装置において、薄膜磁気記録媒体は、主に無機材料からなる非磁性基板上にスパッタ成膜法などにより、金属若しくは金属の合金からなる記録媒体として機能する磁性膜を形成して作製される。磁気ヘッドにより情報の読出しと書き込みを円滑に行なうために、媒体膜に適度の低摩擦係数を持たせるように媒体膜の表面が微細に粗面化されている。
媒体膜を粗面化するために、一般に、予め非磁性基板に微小突起を形成し、基板を一定の表面粗度に加工する、いわゆる摩擦処理である。このような摩擦処理を施された基板を用い、媒体膜を形成すると、媒体膜表面にも微小突起が形成され、磁気ヘッドの良好な動作を実現できる。
例えば、特許文献１と２は、磁気ディスク装置において行なわれる摩擦処理に関する。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０１０５９９号公報
【特許文献２】
特開平５−１２８５０６号公報
【非特許文献１】
R. Arafune, K. Sakamoto, and S. Ushioda, “Molecular orientation of rubbed and unrubbed polyimide films determined by polarized infrared absorption”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.33 (1994) pp.L1323-L1326）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、分子構造が複雑な高分子材料の基板に、非常に薄い金属膜やセラミック膜を形成する場合、生成する薄膜の異方性を制御し、均一性の高い薄膜を形成する有効な方法は知られていない。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされ、その目的は、高分子材料からなる基板上に薄膜を生成する場合、薄膜の異方性を制御でき、均一性の高い薄膜を形成できる薄膜形成方法及び薄膜製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜形成方法は、基板上に薄膜を形成する方法であって、前記基板の表面に摩擦手段によって機械的に摩擦を施す摩擦処理工程と、前記摩擦手段により摩擦が施された前記基板の表面に、前記薄膜を形成する成膜工程とを有し、前記基板は、高分子材料を含み、前記薄膜は、少なくとも、金属膜、又は、セラミック膜の何れかを含む。
【００１１】
前記基板は、可撓性基板を含む。
また、前記薄膜は、記録媒体に用いる磁性膜であり、前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、前記複数の接触点は、前記磁性膜における記録磁区の寸法より小さい間隔で配置されている。
また、前記薄膜は、記録媒体或はディスプレイ装置に用いられ光を透過又は反射する光学膜であり、前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、前記複数の接触点は、前記光学膜に入射する光の波長より短い間隔で配置されている。
【００１２】
前記摩擦処理工程において、前記摩擦手段は、前記基板の摩擦が施される表面及び前記摩擦手段の組成と異なる物質からなる摩擦添加物を介在させる状態で、前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す。前記摩擦添加物は、少なくとも、液体金属、または、前記基板に対して化学作用を有する物質の何れかを含む。
また、前記摩擦処理工程において、前記摩擦手段は所定の方向に沿って前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す。
【００１３】
本発明の薄膜製造装置は、基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置であって、前記基板の表面に機械的に摩擦を施す摩擦手段と、前記摩擦手段により摩擦が施された前記基板の表面に前記薄膜を形成する成膜手段とを有し、前記基板は、高分子材料を含み、前記薄膜は、少なくとも、金属膜、又は、セラミック膜の何れかを含む。
【００１４】
前記基板は、可撓性基板を含む。
また、前記薄膜は、記録媒体に用いる磁性膜であり、前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、前記複数の接触点は、前記磁性膜における記録磁区の寸法より小さい間隔で配置されている。
また、前記薄膜は、記録媒体あるいはディスプレイ装置に用いられ光を透過又は反射する光学膜であり、前記摩擦手段は、前記基板と接触する接触点を複数有し、前記複数の接触点は、前記光学膜に入射する光の波長より短い間隔で配置されている。
【００１５】
前記基板の摩擦が施される表面に、前記基板の前記表面及び前記摩擦手段の組成と異なる物質からなる摩擦添加物を供給する添加物供給手段をさらに有し、前記摩擦手段は、前記添加物供給手段により供給された前記摩擦添加物を前記基板の前記表面と前記摩擦手段の間に介在させる状態で、前記基板の前記表面に摩擦を施す。
【００１６】
前記摩擦手段は、少なくとも前記成膜手段の直前に設けられ、前記成膜手段は、前記摩擦手段により摩擦が施された直後に、前記薄膜を形成する。
また、前記摩擦手段が所定の方向に沿って前記基板の前記表面に機械的に摩擦を施す。
【００１７】
また、前記薄膜製造装置は、長尺基板を連続的に供給する基板供給手段をさらに有する。
前記摩擦手段により前記基板供給手段により供給される前記長尺基板の前記表面に機械的に摩擦を施す際に、前記長尺基板の背面を支持する支持部材を有する。
【００１８】
本発明の薄膜形成方法によれば、高分子材料からなる基板に薄膜を形成する場合に、薄膜の堆積に先立ち、該基板表面に摩擦処理を施す。
上記のように、基板表面の状態は処理によって変化し、容易に把握することができない。そこで、意図的に強い擾乱を与えることで、基板のこれまでの履歴を消し去り、均一な基板表面状態を保つことができ、均一な膜特性を得るのに役立つ。
また、薄膜成長は基板表面の微細な形状に敏感であるため、表面に方向性の有する摩擦を加えることで、磁気異方性や光学異方性などを制御する。具体的に、摩擦処理により、基板上に供給された薄膜材料物質の基板上での表面拡散の移動度に異方性が生じたり、付着サイトの規則配列を生じたりして、成長する薄膜の粒状組織は特定の方向に伸びた形状になったり、ある結晶軸が特定の方向に揃うことが起こる。その結果として、たとえば磁気記録媒体であれば一方向に磁化しやすい磁気異方性を得ることができるし、光学薄膜であれば特定の偏光に対して屈折率が大きかったり、光の散乱に異方性を持ったりする薄膜を得ることができる。
高分子基板の場合は、表面の官能基が薄膜成長に大きな影響を持つことと、硬度が低いことから、基板表面の摩擦処理は、無機材料より顕著な効果を有する。
【００１９】
本発明の薄膜製造装置によれば、微細な接触点が高密度に配置された摩擦手段を設け、該摩擦手段により摩擦が施された後に高分子材料の基板の表面に金属又はセラミック薄膜を形成する。
摩擦の効果を高めるために、添加物供給手段を設け、基板と摩擦手段の間に、例えば、セラミック粒子、金属粒子、液体金属、または、基板に対して化学作用を有する物質の何れかを供給し、添加物を介在させる状態で摩擦を施す。
長尺基板上に薄膜を形成する場合に、基板供給手段を設け長尺基板を連続的に供給し、摩擦手段により摩擦を施される。その際に、長尺基板の背面を支持する支持部材も設ける。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜形成方法及び薄膜製造装置の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
【００２１】
第１の実施形態
本実施形態は、本発明の薄膜形成方法を説明する。
上記したように、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などにおいて、高分子材料からなる基板上に非常に薄い金属膜やセラミック薄膜を形成する場合に、基板表面の状態は生成される薄膜の特性に影響を及ぼす。また、基板表面の状況は、施された処理によって変化し、容易に把握することができない。
そのような影響により、膜質を把握し制御することができず、膜質に均一性と同方性が要求される場合に、または、磁気異方性、光学異方性が要求される場合に、意図した性質の薄膜を得ることができない。
【００２２】
本発明において、その把握しにくい基板の表面の状態を一定に保つために、基板の表面に摩擦処理を施し、即ち、意図的に強い擾乱を与え、基板表面のこれまでの履歴を消し去る。こうすることによって、基板表面状態を把握でき、均一な膜特性を得ることが可能になる。
また、基板表面に一定の方向に摩擦を加えることで、基板表面の状態に異方性を生じさせる。薄膜成長は基板表面の形状に敏感であるため、形成された薄膜の結晶軸は摩擦方向に揃える傾向があり、また、薄膜は一定方向に成長し、所望の異方性が生じる。
高分子基板の場合は、硬度が低いことから、金属やセラミック基板の場合に較べて弱い力で塑性変形を生ぜしめることができる。また、表面の官能基の種類ないし配位が摩擦によって変化することによって、基板の表面エネルギーや化学的性質が顕著に変化する。このような特性により、基板表面の力学的な摩擦処理は、基板表面の状態を幾何学的形状の面においても、化学的な面においても変更することができ、これによって、形成された薄膜の膜質を効果的に制御できる。
基板表面の摩擦処理は、磁気ディスク基板ではすでに行なわれているが、本発明により高分子材料の基板に対して従来の無機材料に対する摩擦処理の場合にない顕著な効果が得られる。
【００２３】
高分子基板に対して上記の摩擦処理を施す時に、従来の無機材料の場合に比べ、より微細な接触点が高密度に配置された摩擦面を有する摩擦部材を用いて、より微細な摩擦処理を行なう必要がある。接触点の配置密度は、例えば、要求される薄膜の均一性の仕様によって決められる。ここで、意図的な摩擦が施される表面を摩擦面と呼称する。
具体的に、磁気記録媒体用薄膜の場合は、記録磁区寸法が１μｍ２程度であることから、それよりかなり細かく接触点を持つような部材を用いて摩擦することが必要である。一例として、０．２μｍ の平均間隔で突起を有するポリエステル・シートを用いることができる。
光ディスクに用いる光学膜の場合は、入射光の波長よりかなり細かく、例えば、間隔は波長の８分の１となる接触点を持つような部材を用いて摩擦する。
もちろん、基板表面に対する摩擦部材の延べ接触面積を拡大して接触点の密度を等価的に増大する効果を得ることもできる。すなわち、摩擦部材の長い部分が基板表面の処理領域に摺動的に接触することで、摩擦部材上で上記処理領域よりも広い面積に含まれるより多数個の突起を処理領域に接触させられる。
【００２４】
また、光ディスク用高分子基板や、光学フィルム用または磁気テープ用の高分子シートなどのような高分子材料からなる柔らかい基板（可撓性基板と呼ぶ）に対して以上の摩擦処理を施すことによって、基板の表面状態をより微細に制御でき、所望の異方性及び均一性の薄膜を形成することができる。
【００２５】
なお、本発明を適用できる基板として、基板表面が必ず有機物である必要がない。例えば、高分子シート表面に形成されたＣｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｌのような金属膜や、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＺｒＯ，ＳｉＣ，Ｔａ２Ｏ５，Ｓｉ３Ｎ４などのセラミック薄膜や、あるいは無機炭素膜などを含めた、いわゆるシート上に下地薄膜が形成されたものを一体として、さらに上部に形成される薄膜に対する基板とみなし、これの表面に対する摩擦処理を施しても、本発明の効果が得られる。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦処理の効果を示す実験結果を示す。
図１は、一例として、ポリイミドシートからなる柔らかい基板に対して本実施形態の摩擦処理を施した後に薄い鉄膜を形成した場合に、外部磁場により磁化された鉄薄膜の磁気特性を示す磁化曲線を示す。
即ち、図１において、横軸は外部磁場Ｈ，縦軸は磁化された鉄薄膜の磁化Ｍを示す。なお、横軸と縦軸のスケールは相対値を示す。
【００２７】
具体的に、ポリイミドシートからなる基板をセルロース系不織布で一定の方向に沿って摩擦を施し、その後に、スパッタリングで鉄材料を基板上に堆積し、厚さが４ｎｍの鉄薄膜を形成する。このとき不織布の基板表面へのおしつけ圧力は、１０５Ｐａとした。
ところで、この値は効果の得られる最小の圧力を規定するものではない。摩擦による表面改質の効果は、さらに弱い圧しつけでも期待できる。液晶配向の目的で行なわれるポリイミド基板表面の摩擦処理では、たとえば非特許文献１に記述があるように、圧しつけによる摩擦部材の繊維のたわみが ０．１ｍｍでも効果が得られた。
このように形成された鉄薄膜に外部磁場Ｈを加え、鉄薄膜を磁化させる。外部磁場Ｈと、摩擦方向に平行及び垂直する方向の鉄薄膜の磁化Ｍとをそれぞれ測定し、図１に示す磁化曲線ａ（シート面内で、摩擦の方向と平行方向）とｂ（シート面内で、摩擦の方向と垂直方向）を得る。
また、摩擦処理の効果を示すために、図２は、ポリイミドシートに対して摩擦処理を施していない場合に、スパッタリングで形成された４ｎｍの鉄薄膜について測定された磁化曲線を示す。磁化曲線ｃと磁化曲線ｄは、それぞれ図１に示された磁化曲線ａ及び磁化曲線ｂと同じ方向で測定された。
【００２８】
図１及び図２に示す磁化曲線に、磁化曲線が横軸を切るところの磁場Ｈは、磁化Ｍを反転させるのに必要な磁場Ｈである、磁化された磁性体の磁化方向を変えるために必要な磁場の値を保磁力と言い、磁気記録媒体の磁気特性を表わす重要な量である。磁気記録媒体の保磁力が低ければ、磁性体の磁化状態が外部影響に弱く、不安定である。逆に、保磁力が高ければ、外部影響による磁化状態の変化がしにくく、記録の安定性を確保できる。
図１と図２を比較すれば分かるように、図１の磁化曲線ａとｂの幅が図２の磁化曲線ｃとｄの幅より大きくなっている。即ち、基板に対して摩擦を施していない場合と比べ、基板に対して摩擦処理を行った後に形成された鉄薄膜は、摩擦方向に平行する方向及び垂直方向ともに、保磁力が顕著に増大した。
【００２９】
また、図１及び図２に示す磁化曲線に、外部磁場Ｈがゼロの場合の磁化は残留磁化といい、残留磁化と磁性体の飽和磁化の比は角型比と言う。磁気記録媒体として、高い角型比が求められる。
図１と図２を比較すれば分かるように、摩擦処理を行った後に形成された鉄薄膜は、摩擦方向に平行する方向の角型比は高くなり（約１）、摩擦方向が磁化容易軸になる磁気異方性が生じていることが分かる。
結晶固有の磁気異方性が鉄に較べて大きいコバルト（Ｃｏ）や、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔなどの合金材料やフェライトを用いた場合にはさらに大きな磁気異方性が得られ、高密度磁気記録に適した媒体を提供するものとなる。
ちなみに高密度磁気記録のためには媒体の厚さは薄いことが要求され、２０ｎｍ以下の磁性層厚さが今後の主流となる。本実施例では、４ｎｍという極めて小さな磁性膜厚でありながら、磁気異方性が良好に制御されたことが示されている。
厚さ４ｎｍまでの堆積過程で異方性が確立された薄膜組織は、その後の堆積・成長においてもその異方性を維持する。したがって、本発明の薄膜形成方法による異方性の制御は、次世代の磁気記録媒体に適する２０ｎｍの厚さを超えてその効果を発揮する。
したがって、摩擦処理を施すことによって、基板表面状態を制御し、薄膜の所望の異方性が得られ、膜質が改善される。
【００３０】
なお、摩擦処理の効果を高めるために、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などの研磨粒子や、酸または塩基などの化学物質を摩擦添加物として基板の摩擦面と摩擦部材の摩擦面の間に介在して摩擦処理を行なうことができる。
しかし、高分子材料基板、特に高分子シートのような基板は、摩擦の条件次第では研磨粒子を介在した場合に、摩擦によって傷つけられる可能性がある。そのため、深い傷をつけて均一性を損なうことなく摩擦効果を高めるには、液体金属を添加物質として用いることができる。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦添加物を用いた摩擦処理の効果を示す実験結果の一例を示す。
図３は、一例として、ポリイミドシートからなる基板に対してＩｎ−Ｇａ合金を用いて摩擦処理を施した後に薄い鉄膜を形成した場合に、外部磁場によって磁化された鉄薄膜の磁気特性を示す磁化曲線を示している。即ち、図３において、横軸は外部磁場Ｈ、縦軸は磁化された鉄薄膜の磁化Ｍを示す。なお、横軸と縦軸のスケールは相対値を示す。
【００３２】
具体的に、ポリイミドシートからなる基板の摩擦面と摩擦部材になるセルロース系不織布の間に液体金属であるＩｎ−Ｇａ合金を摩擦添加物として介在して、ポリイミドシートをセルロース系不織布を用い一定の方向に沿って摩擦を施し、その後に、スパッタリングで鉄材料を基板上に堆積し、厚さが４ｎｍの鉄薄膜を形成する。
このように形成された鉄薄膜に外部磁場Ｈを加え、鉄薄膜を磁化させる。外部磁場Ｈと、摩擦方向に平行及び垂直する方向の鉄薄膜の磁化Ｍとをそれぞれ測定し、図３に示す磁化曲線ｅ（シート面内で、摩擦の方向と平行方向）とｆ（シート面内で、摩擦の方向と垂直方向）を得る。
【００３３】
図３を、図１、図２とを比較すれば分かるように、図３の磁化曲線ｅの幅が図２の磁化曲線ｃとｄの幅より大きく、図１の磁化曲線ａの幅よりも大きい。即ち、液体金属であるＩｎ−Ｇａ合金を摩擦添加物として用いて基板に対して摩擦処理を行った後に形成された鉄薄膜は、摩擦方向に平行する方向において、保磁力は最大に達している。
また、摩擦方向と垂直方向の磁化曲線は細くなり、摩擦添加物を用いない摩擦の図１に比較して磁気異方性が一層高まっていることが分かる。
【００３４】
また、本発明の摩擦処理によって、意図しない異方性を抑制することも可能である。すなわち、摩擦効果を制御することによって、基板表面状態を制御し、もって膜の性質を制御できる。
基板に対して化学作用を有する物質、例えば、還元作用を有する有機溶媒を、摩擦添加物として用い、基板に対して摩擦処理を施すことによって、摩擦効果を制御することができる。この手法は、特に基板表面が有機物である場合に効果がある。
【００３５】
図４は、本実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦添加物を用い摩擦処理によって、膜質を制御する実験結果の例を示す。
図４は、一例として、ポリイミドシートからなる基板に対してヒドラジン水和物を用いて摩擦処理を施した後に形成され外部磁場によって磁化された鉄薄膜の磁気特性を示す磁化曲線である。
【００３６】
具体的に、ポリイミドシートからなる基板の摩擦面と摩擦部材になるセルロース系不織布の間にヒドラジン水和物を摩擦添加物として介在して、ポリイミドシートをセルロース系不織布を用い一定の方向に沿って摩擦を施し、その後に、スパッタリングで鉄材料を基板上に堆積し、厚さが４ｎｍの鉄薄膜を形成する。
このように形成された鉄薄膜に外部磁場Ｈを加え、鉄薄膜を磁化させる。外部磁場Ｈと、摩擦方向に平行及び垂直する方向の鉄薄膜の磁化Ｍとをそれぞれ測定し、図４に示す磁化曲線ｇ（シート面内で、摩擦の方向と平行方向）とｈ（シート面内で、摩擦の方向と垂直方向）を得る。
【００３７】
図４を、図１〜３とを比較すれば分かるように、図４の磁化曲線ｇとｈの幅は、図１と図３に示す磁化曲線の幅より小さく、特に、摩擦処理を施していない場合の図２に示す磁化曲線の幅よりも小さい。即ち、ヒドラジン水和物を摩擦添加物として用いて基板に対して摩擦処理を行った後に形成された鉄薄膜は、何れの方向においても、保磁力は小さくなり、４ｎｍという極めて薄い堆積厚さでありながら、膜組織の連続性、等方性が高められたことを示唆する。
この連続的な膜の形成は、堆積された金属原子が液滴状に凝集せず一様に基板表面を濡らした結果と考えられる。すなわち微視的に見れば、高分子基板の表面エネルギーに対して金属と高分子基板の界面エネルギーが相対的に小さくなるような官能基の改変ないし修飾が基板表面で起こったと言える。
したがって、摩擦効果を制御することによって、基板表面状態を制御し、薄膜の異方性を抑制し、等方性のよい薄膜を得ることができる。
【００３８】
本実施形態によれば、高分子材料からなる基板に対して摩擦処理を行った後に薄膜を形成する。摩擦の効果を制御することによって、膜質を制御することができ、所望の異方性が得られ、また、意図しない異方性を抑制することができる。
【００３９】
第２の実施形態
本実施形態は、本発明の薄膜製造装置を説明する。本実施形態では、ロールに巻かれた可撓性長尺シート上に真空蒸着法によって連続的に薄膜を形成する装置を一例とする。
図５は、本実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成の一例を示す図である。
図５に示す薄膜製造装置は、可撓性基板２が巻かれた基板供給ロール１と、添加物供給器３、摩擦ローラー４と、対向与圧ローラー５ａ、５ｂと、拭き取りローラー６と、ガイドローラー７と、摩擦ローラー８と、摩擦ローラー９と、保持ドラム１０と、巻き取りロール１１と、蒸発源１２と、遮蔽板１４とを有する。
【００４０】
基板供給ロール１には、長尺可撓性基板２が巻かれており、基板供給ロール１の回転によって、可撓性基板２が巻き解かされ供給される。例えば、基板供給ロール１は金属円筒からなる。
長尺可撓性基板２は、例えば、磁気テープに使われる高分子材料からなる柔らかいシート状の基板である。
【００４１】
添加物供給器３は、基板の摩擦面に添加物を供給する。必要な膜質に応じて、例えば、金属液体、又は、可撓性基板２に化学作用を有する物質を供給する。
摩擦ローラー４、６、８、９は、本発明の摩擦手段に対応し、微細かつ高密度の接触点が配置された摩擦面を有し、例えば、０．２μｍ の平均間隔で突起を有するポリエステル・シートを金属円筒に巻き付けて成る。
拭き取りローラー６は、過剰な添加物を取り除く。
摩擦工程において、すでに説明したように、接触点密度を等価的に増大させたり、上記の拭き取り効果を高めたりするためには、ローラー表面は基板表面に対し相対速度を有することが肝要である。相対速度の大きさは、目的にも依るが、０．０５ｍ／ｓから５ｍ／ｓの範囲が実用に適している。
【００４２】
対向与圧ローラー５ａ、５ｂは、摩擦ローラー４と拭き取りローラー６に対向させて設けられ、可撓性基板２のようなシート状基板に対して摩擦処理を行なう場合に、支持部材として基板２の背面を支え、基板２に対して適度な垂直抗力を提供する。
ガイドローラー７は、走行する基板２の経路を規定し、基板２を基板保持ドラム９に達するように導く。なお、摩擦ローラー８もその機能を有する。
【００４３】
基板保持ドラム１０は、摩擦ローラー４、６、８、９によって摩擦処理をされた基板２を支え平坦状態に保持し、蒸発源１２の蒸着領域を通過させ、薄膜を形成する。
また、基板保持ドラム１０が可撓性基板２に対して垂直抗力を提供する機能があるので、基板保持ドラム１０が対向する摩擦ローラー９のための与圧ローラーを別に改めて設けていない。
巻き取りロール１１は、薄膜を形成した基板２を巻き取り、蓄積する。
【００４４】
蒸発源１２は、金属材料を蒸着して、材料蒸気１３を基板保持ドラム１０に走行する基板２に向けて噴射する。
遮蔽板１４ａと１４ｂは、蒸発源１２からの材料蒸気１３を制限し、基板保持ドラム１０に対して、蒸着領域を限定する。限定された蒸着領域内において、蒸発源１２からの材料蒸気１３が走行する基板２上に凝縮、堆積し、薄膜が形成される。
【００４５】
図５に示す薄膜製造装置は、基板２が摩擦ローラー４，６，８，９によって摩擦処理を受けた後に、薄膜の堆積を受けるまでの間に、基板２の摩擦処理を受けた表面が一切触られないように構成されている。
基板２が摩擦処理を受けた後に、例えば、金属のガイドローラーに触れることがあると、平滑な金属面と基板２の摩擦面との接触面では、密着領域と非密着領域が１μｍ２以上の大きさになる場合がある。この場合、密着領域と非密着領域で成長する膜組織が異なり、完成した薄膜は１μｍ２以上の組織のムラを持つことになる恐れがある。これは例えば磁気記録媒体に用いる場合、均一性の観点から望ましくない。
このような問題を避けるために、摩擦処理後の基板２の摩擦面への接触を除外する設計が重要である。
【００４６】
図５に示す薄膜製造装置には、摩擦ローラー８，９を設けることによって、基板２の摩擦面への接触を除外することができた。
図５においては、摩擦ローラー４，６によって摩擦処理を受けた基板２は、ガイドローラー７の所で走行方向が変更する時は、摩擦表面が外側にあるので、金属表面のガイドローラー７であっても、基板２の摩擦面への接触はない。
しかし、基板２は摩擦ローラー８の所で走行方向が変更する時は、摩擦表面が内側にあるので、摩擦ローラー８の表面との接触を避けられない。そこで、ここに、普通のガイドローラーの代わりに、摩擦ローラー８を設け、ガイドローラーの役割を果たしながら、基板２の摩擦面への意図しない接触を除外する。
さらに、摩擦ローラー８と９を基板保持ドラム１０の直前に設け、薄膜の堆積を受けるまでの間に、基板２の摩擦処理を受けた表面への接触を完全に除外する。
【００４７】
以上の薄膜製造装置は次のように動作する。
基板供給ロール１に巻かれた可撓性基板２が巻きほどきによって供給され走行される。添加物供給器３は、必要な膜質に応じて、例えば、金属液体、又は、可撓性基板２に化学作用を有する物質を走行中の基板２の摩擦面に添加物として供給し、摩擦ローラー４は添加物が加えられた基板２の摩擦面を摩擦し、基板２の表面状態を制御する。摩擦処理を行なった後に、拭き取りローラー６は、過剰な添加物を取り除く。摩擦及び拭き取りの際に、対向与圧ローラー５ａ、５ｂは、基板２の背面を支え、基板２に対して適度な垂直抗力を提供し、摩擦及び拭き取り処理を効果的にする。
【００４８】
基板２はガイドローラー７に到達し、摩擦面が外側に向いている状態でガイドローラー７によって走行方向が変更し、摩擦ローラー８に到達し、摩擦ローラー８に向いている摩擦面が摩擦処理を施される。そして、基板２が基板保持ドラム１０に到達する直前に摩擦ローラー９により摩擦処理を施され、基板保持ドラム１０上に、遮蔽板１４によって限定された領域内において蒸発源１２からの材料蒸気１３の凝縮、堆積を受け、薄膜を形成される。最後に薄膜を形成された基板２は巻き取りロール１１に巻き取られて蓄積される。
【００４９】
以上に説明した薄膜製造装置の例では、シート状基板の長手方向を磁化容易方向とするために、摩擦ローラーの回転軸をシート長手方向と直交する方向に設け、シート長手方向に沿った摺動摩擦を行なった。しかしながら、磁化容易軸にある程度の分散を持たせたり等方性を導入する目的では、摩擦ローラーの回転軸がシート基板長手方向と斜交したり平行になったりした配置も可能である。また、基板表面に対する摺動方向が異なる複数個のローラーを用いて摩擦処理をすることも、とくに等方性の導入には効果的である。
このように、摩擦処理によって、基板２の摩擦面の状態が極めて微細な表面粗度ならびに化学的状態（表面エネルギーなど）に加工され、所望の膜質を有する薄膜を形成できる。
【００５０】
以上に、磁気テープのようなシート状基板上に薄膜を形成する例を述べたが、もちろん本発明はシート状基板に限定されるものではない。例えば射出成型されたプラスチック基板上への光ディスク薄膜堆積にも適用可能なものである。その場合に、薄膜製造装置の構成は異なるが、本実施形態の薄膜製造装置の考え方に基づいて設計できる。
【００５１】
本実施形態によれば、基板の摩擦面に対して微細な摩擦処理ができ、基板の摩擦面の状態を微細に加工して制御し、所望の膜質を有する薄膜を形成できる。
【００５２】
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
例えば、第１の実施形態に、鉄薄膜を形成する例を述べたが、他の金属や、セラミックなどについても、同じ効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明において、高分子材料からなる基板に薄膜を形成する場合に、薄膜の堆積に先立ち、該基板表面に摩擦処理を施すことによって、均一な基板表面状態を保つことができ、均一な膜特性を得るのに役立つ。
方向性の有する摩擦を基板に加えることで、形成する薄膜の異方性を制御できる。
高分子基板の場合は、硬度が低いことから、金属やセラミック基板の場合に較べて弱い力で塑性変形を生ぜしめることができる。また、表面の官能基の種類ないし配位が摩擦によって変化することによって、基板の表面エネルギーや化学的性質が顕著に変化する。このような特性により、基板表面の力学的な摩擦処理は、基板表面の状態を幾何学的形状の面においても、化学的な面においても変更することができ、これによって、形成された薄膜の膜質を効果的に制御でき、従来の無機材料に対する摩擦処理の場合にない顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦処理の効果を示す実験結果を示す。
【図２】本発明の第１の実施形態において、摩擦処理の効果を対比するための比較例の実験結果を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦添加物を用いた摩擦処理の効果を示す実験結果の一例を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る薄膜形成方法において、摩擦添加物を用い摩擦処理によって、膜質を制御する実験結果の例を示す。
【図５】本発明の第２の実施形態に薄膜製造装置の構成を例示する図である。
【符号の説明】
１…基板供給ロール、２…基板、３…添加物供給器、４…摩擦ローラー、５ａ、５ｂ…対向与圧ローラー、６…拭き取りローラー、７…ガイドローラー、８、９…摩擦ローラー、１０…基板保持ドラム、１１…巻き取りロール、１２…蒸発源、１３…材料蒸気、１４ａ、１４ｂ…遮蔽板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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