(57)【要約】【課題】  プラズマＣＶＤ装置２０において、ＤＬＣ等の保護層の成膜を、膜質改善を行いながら高速に行うことができる成膜装置および成膜方法および成膜用反応管を提供する。【解決手段】  プラズマＣＶＤ装置２０の反応管９の外周であって、被処理体２を巻き付け搬送するキャンロール６近傍にＮｏ１磁場印加コイル１３を配設し、ＤＣ電源１２により直流定電圧が印加される電極１１近傍にＮｏ２磁場印加コイル１９を配設する。磁場印加電源１４から各コイル１３，１９に電流を流して配設９内に磁場を発生させ、その磁束密度にて電子を捕獲し円運動をさせることによって、電子の運動距離を長くし、原料ガスとの衝突回数を増加させ分解効率を向上させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極への直流定電圧印加により生じるプラズマ放電によって成膜物質を分解する反応室と、
前記反応室の電極に対向配設された被処理体と、
前記被処理体近傍に設けられた第１の磁場発生手段と、
前記電極近傍に設けられた第２の磁場発生手段と
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々誘導コイルを有していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々発生する磁場の磁束密度を任意に変更することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記各誘導コイルは、互いに異なる大きさに構成されていることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記各誘導コイルは、互いに異なる大きさに構成されていることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項６】
原料ガスが導入されるとともに電極を備えた反応室内で成膜物質を分解し、この反応室に対向配設された被処理体上に薄膜を形成する成膜方法において、
前記電極に直流定電圧を印加してプラズマ放電させるとともに、該直流定電圧印加時の前記反応室における電界強度が大となる部位に磁場を印加し、前記電極から発生する電子の運動距離を増加させる制御を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
前記磁場を印加する部位は、前記反応室における前記被処理体近傍位置と、前記反応室における前記電極近傍位置とであることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記印加する磁場の磁束密度を各々変更することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
原料ガスが導入され、被処理体に対向配設された反応管本体と、
直流定電圧が印加され、前記被処理体に対向して前記反応管本体内に配設された電極と、
前記被処理体近傍に位置する前記反応管本体外周に設けられた第１の磁場発生手段と、
前記電極近傍に位置する前記反応管本体外周に設けられた第２の磁場発生手段と
を備えたことを特徴とする成膜用反応管。
【請求項１０】
前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々誘導コイルを有していることを特徴とする請求項９に記載の成膜用反応管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気テープ等の磁気記録媒体の保護層として例えばダイヤモンドライクカーボン膜（以下ＤＬＣ膜と略称する）を形成する成膜装置および成膜方法および成膜用反応管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸着テープ等の磁気記録媒体の製造工程においては、アラミド系の材料からなるベースフィルムに磁性金属を蒸着させて蒸着テープを形成し、この蒸着テープにプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）装置により硬質の保護層を形成し、さらに蒸着テープ両面に潤滑剤等をコーティングしている。そしてこの蒸着テープを所定のテープ幅に裁断して磁気テープが製造される。
【０００３】
このような製造工程の中で、硬質の保護膜、例えばＤＬＣ膜を形成するプラズマＣＶＤ装置においてはプラズマを発生させる発生源としてＤＣ放電やＲＦ放電、または、ＤＣ電源とＬＦ周波数、もしくはＤＣ電源とＲＦ周波数を重畳させて放電させる方式が一般的である。
【０００４】
このプラズマＣＶＤ装置に関して、一例としてＤＣ放電方式のプラズマＣＶＤ装置を用いて磁気テープ状の磁気記録媒体の保護層を形成する場合について、プラズマＣＶＤ装置の概略構成断面図である図８及び被処理体構成概略図である図９を参照して説明する。
【０００５】
図８のプラズマＣＶＤ装置１において、磁気テープ等の磁気記録媒体の被処理体２に保護層として、例えばＤＬＣ膜を形成する。この被処理体２は真空槽３の中で、例えば一対の案内ガイドロール４に支持されながら、巻出しロール５から巻出され、対向電極であるとともに、定速で回転可能な、冷却機構を具備したキャンロール６により巻回支持され、回転駆動されつつ、走行しながら巻取りロール７に収納される。
【０００６】
真空槽３は真空排気装置８により所定の減圧雰囲気に排気される。一方、反応管９にガス導入管１０から導入された炭化水素系の原料ガスは、反応管９内に設置された電極１１を介して、例えば５００Ｖ〜２０００ＶのＤＣ電界にてプラズマ化し、分解、結合などの反応をして、キャンロール６上の被処理体２にカーボン膜などが成膜される。電極１１にはＤＣ電源１２から電圧が供給される。
【０００７】
そして、上記のプラズマＣＶＤ装置１を用いてカーボン膜などの保護層を形成することにより、被処理体２の磁気記録媒体の耐久性は著しく向上する。
【０００８】
しかしながら、上記のプラズマＣＶＤ装置では図９の被処理体の磁性層Ｂの膜厚（容積）によりＤＣ電源１２から印加する放電電圧値が決定されていた。これは、磁性層Ｂを電極として使用しプラズマ放電をしている為ＤＣ電源１２にて電極１１に電圧を印加すると電極１１と被処理体２の磁性層Ｂに電位差が生じ放電電流が発生する。その為、磁性層Ｂの膜厚が厚ければ、より大きな放電電流を流す事が出来、磁性層が薄ければ電流を流す容積が減る事となるので放電電流はあまり流せない。つまり磁性層の膜厚にて放電電圧の電力が制限される事となる。
【０００９】
尚、成膜速度を向上させる手段としては例えば下記の特許文献１に記載のものが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２５１８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在、蒸着テープをとりまく環境は、急激な記録密度向上と小型化が進んでいる。小型化をしつつ高密度化する為には被処理体２の全体の膜厚を薄くし薄層化する手段が代表的だが、当然、図９に示す磁性層Ｂにおいても例外ではない。
【００１１】
前述したように磁性層Ｂが薄くなればＤＣ電源１２より印加する放電電圧の出力は抑えられる。この事で、ＤＬＣ膜等の保護層Ｃを成膜するプラズマＣＶＤ装置は成膜速度が落ちて、必要とする保護層Ｃの膜厚を得るには長時間を要する。この結果、著しく生産性を低下させる問題が発生した。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、異常放電発生を防止した直流定電圧印加によるプラズマＣＶＤ装置において、ＤＬＣ等の保護層の成膜を、膜質改善を行いながら高速に実施することができる成膜装置および成膜方法および成膜用反応管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の成膜装置は、電極への直流定電圧印加により生じるプラズマ放電によって成膜物質を分解する反応室と、前記反応室の電極に対向配設された被処理体と、前記被処理体近傍に設けられた第１の磁場発生手段と、前記電極近傍に設けられた第２の磁場発生手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
また前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々誘導コイルを有していることを特徴としている。
【００１５】
また前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々発生する磁場の磁束密度を任意に変更することを特徴としている。
【００１６】
また前記各誘導コイルは、互いに異なる大きさに構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また本発明の成膜方法は、原料ガスが導入されるとともに電極を備えた反応室内で成膜物質を分解し、この反応室に対向配設された被処理体上に薄膜を形成する成膜方法において、前記電極に直流定電圧を印加してプラズマ放電させるとともに、該直流定電圧印加時の前記反応室における電界強度が大となる部位に磁場を印加し、前記電極から発生する電子の運動距離を増加させる制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
また前記磁場を印加する部位は、前記反応室における前記被処理体近傍位置と、前記反応室における前記電極近傍位置とであることを特徴としている。
【００１９】
また前記印加する磁場の磁束密度を各々変更することを特徴としている。
【００２０】
また本発明の成膜用反応管は、原料ガスが導入され、被処理体に対向配設された反応管本体と、直流定電圧が印加され、前記被処理体に対向して前記反応管本体内に配設された電極と、前記被処理体近傍に位置する前記反応管本体外周に設けられた第１の磁場発生手段と、前記電極近傍に位置する前記反応管本体外周に設けられた第２の磁場発生手段とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
また前記第１の磁場発生手段および第２の磁場発生手段は、各々誘導コイルを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
（１）直流定電圧印加によるプラズマ放電時に電極から発生する電子は、磁場の磁束密度が作用するので、磁場に垂直な速度成分によって円運動を行う。このため電子の運動距離が長くなり、原料ガスとの衝突回数が増加し、成膜物質の分解効率が向上する。これによって高速度で成膜を行うことができ、生産性が向上する。
（２）また成膜の膜質が改善されるため、被処理体、例えば磁気テープの品質向上が行える。
（３）ＤＣ電源の電圧を上げることなく品質向上及び生産性向上を行うことができる。
（４）被処理体、例えば磁気テープの磁性層膜厚に影響されず高速にＤＬＣ等の保護膜成膜が行える。
（５）ＤＣ電源の電圧を固定し、被処理体、例えば磁気テープの磁性層へ直接放電電流の負荷がかからない磁場印加方式にてプラズマ放電を行っているので、異常放電（アーク等）を防止する事が出来、生産性向上が行える。
（６）磁場発生手段として誘導コイルを用いることにより、任意の磁束密度が設定でき、被処理体、例えば磁気テープの種類毎に違うプロセス条件にあわせて磁場印加の条件変更が行なえる。
（７）磁場発生手段として誘導コイルを用いることにより、コイルに電流を流さなければ磁場が発生しないことから、ＤＣ放電のみでの成膜と磁場印加も実施した成膜とを併用できる。
（８）磁場印加を行なうことで、炭化水素系等のプロセスガスの分解効率が上がるので使用するガス流量を抑えることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明を適用したＣＶＤ装置２０の概略構成断面図であり、ＤＬＣ等の保護膜を形成する場合のプラズマＣＶＤ装置の構成、動作は図８と同様である。図１において図８と同一部分は同一符号をもって示している。真空槽３内には、被処理体２を巻回支持したキャンロール６に対向して、反応管９（反応室）が設けられている。１１は反応管９内に、キャンロール６に対向して設けられた電極であり、この電極１１にはＤＣ電源１２から一定の直流電圧が印加される。
【００２４】
反応管９の、キャンロール６に近い側の外周には、Ｎｏ１磁場印加コイル１３（第１の磁場発生手段）が配設され、電極１１の近傍の外周にはＮｏ２磁場印加コイル１９（第２の磁場発生手段）が配設され、磁場印加コイル１３、１９には磁場を発生させる為に必要な磁場印加電源１４が接続されている。
【００２５】
被処理体２に実際にＤＬＣ等の保護膜を成膜する場合は、反応管９内の電極１１へＤＣ電源１２よりある一定の電圧を印加すると同時に、磁場印加コイル１３に磁場印加電源１４より電流を流しプラズマ放電を行う。
【００２６】
また、Ｎｏ１磁場印加コイル１３、Ｎｏ２磁場印加コイル１９には磁場印加電源１４より任意の電流を流す事が出来るので、それぞれの磁場印加コイルの磁束密度を０〜５００ガウスまで設定できる。
【００２７】
図２は本発明に係わる磁場印加コイルの構成概略図である。磁場印加コイルは、反応管９の外周形状に合致する形状に構成され、Ｎｏ１磁場印加コイル１３及びＮｏ２磁場印加コイル１９ともに同様であるが、それぞれのコイルの磁場が干渉しないように大きさを変えている。
【００２８】
磁場印加コイル１３（１９）には電流印加により発生する熱を抑える為の水冷パイプ（ＩＮ）１５および水冷パイプ（ＯＵＴ）１６と、磁場印加電源１４より電流を供給するための電源線１７とを備えている。
【００２９】
図３は本発明に係わる磁場印加コイルを使用した磁場印加型反応管の概略構成図である。反応管９を囲むようにＮｏ１磁場印加コイル１３及びＮｏ２磁場印加コイルが取り付けられており、それぞれの磁場印加コイルは磁場印加コイルブラケット１８に乗せる形で設置されている。
【００３０】
本実施形態例では、それぞれのコイルの磁場が干渉しないように、Ｎｏ１磁場印加コイル１３を大きく、Ｎｏ２磁場印加コイル１９を小さく構成している（それぞれののコイルの磁場強さを変えている）。
【００３１】
反応管９の底面にはガス導入管１０が取り付いており、このガス導入管１０を通して炭化水素系のガスが反応管９に導入される。また、反応管９にはＤＣ電圧、例えば５００〜２０００Ｖを印加し電子を発生させる電極１１が２つの磁場印加コイル１３、１９を挟むように設置されている。
【００３２】
表１はＮｏ１磁場印加コイル１３及びＮｏ２磁場印加コイル１９に磁場電流を０〜５０Ａ流した場合の磁束密度をあらわしている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
Ｎｏ１磁場印加コイル１３とＮｏ２磁場印加コイル１９は互いの磁場干渉を防止するために磁束密度を変えており、例えば磁場電流５０Ａの場合ではＮｏ１磁場印加コイル１３が５００ガウスでありＮｏ２磁場印加コイル１９は１００ガウスとしている。
【００３５】
図４は本発明に係わる反応管とその反応管にＤＣ電圧を印加した場合に反応管内部で起こる電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）の関係を表した図である。反応管９内の電極１１にＤＣ電源１２よりＤＣ電圧、例えば５００〜２０００Ｖを印加すると、反応管９内部の電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）は電極１１近傍と被処理体２近傍において大きく変化する（電界Ｅが大となる）。一方、反応管９の中央部において電界（Ｅ）はほぼ０となり電圧（Ｖ）はある一定の値にて推移する。
【００３６】
本発明はこの反応管９内部で起こる電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）の関係を利用し、電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）が大きく変化する被処理体２近傍にＮｏ１磁場印加コイル１３で、また、電極１１近傍にＮｏ２磁場印加コイル１９で各々磁場印加をすることにより、磁場の効果を最大限に引き出したものである。
【００３７】
すなわち、ＤＣ電源１２による直流電圧印加時に、反応管９内の磁場中における電子は、図５（ａ）に示すように電界Ｅの方向に力を受けるとともに、磁場Ｂに垂直な速度成分Ｖ⊥（垂直磁場）によって磁場に垂直な円運動を行う。すなわち、発生する磁場により電子を捕獲し円運動させるので、したがって反応管９の内部での電子の運動は図５（ｂ）のようになり、電子の飛行距離が長くなって炭化水素系ガスとの衝突確立（衝突回数）が著しく増加する。
【００３８】
図６のグラフ１及び図７のグラフ２は、本発明に係わる磁場印加コイルを使用し、Ｎｏ１磁場印加コイル１３、Ｎｏ２磁場印加コイル１９に磁場印加電源１４より印加電流を０〜５０Ａ迄印加し実際に成膜を行った結果を示し、グラフ１は磁場電流と膜厚の関係から膜厚アップ効果を表したグラフであり、グラフ２は磁場電流と無機／有機成分比の関係から膜質改質効果を表したグラフである。また各グラフ内のシングルコイルとは、比較のためにＮｏ１コイル１３のみだけで成膜を行ったものである。
【００３９】
このグラフ１及びグラフ２にて、本発明に係わる磁場印加コイルを使用した、例えばＤＬＣ等の保護膜を被処理体２に成膜した場合の効果を説明する。磁場印加電流以外の成膜条件はＤＣ電圧１２００Ｖ一定、バックグランド圧力は３．０〜５．０×１０-2にて行っている。また、グラフ１，２内の膜厚及び無機／有機成分比の値についてはラマン分光計による測定結果を表している。
【００４０】
グラフ１において、磁場印加コイルを使用していない、つまりＤＣ電圧のみだけで放電し成膜した場合（すなわち磁場電流が零の場合）の膜厚は１０ｎｍである。そのＤＣ電圧のみの放電に、Ｎｏ１コイル１３とＮｏ２コイル１９を使用したダブルコイルとＮｏ１コイル１３のみを使用したシングルコイルにて磁場を加えた場合、双方において膜厚はＤＣ電圧のみだけで放電した場合より上昇していることがわかる。
【００４１】
また、磁場電流３０Ａにピークがあり、それ以上磁場電流を印加した場合、膜厚が減少していくことがわかる。さらに、Ｎｏ１コイル１３のみを使用した場合のシングルコイルに比べ、Ｎｏ１コイル１３とＮｏ２コイル１９を使用したダブルコイルでは磁場電流３０Ａのピーク膜厚時で３ｎｍの差があることがわかる。
【００４２】
これらのことから、膜厚としての効果はシングルコイルよりもダブルコイルで成膜を行った方がより効果があり、その効果は磁場電流３０Ａ印加時のピーク値で、ＤＣ電圧のみだけで放電して成膜した場合と比較して１.８倍の膜厚アップ効果がある。これは例えば、ＤＬＣ等の保護膜の必要膜厚が１０ｎｍとした場合では、成膜速度を１．８倍に出来る事になる。
【００４３】
グラフ２において、磁場印加コイルを使用していない、つまりＤＣ電圧のみだけで放電し成膜した場合の無機／有機成分比は０．６である。そのＤＣ電圧のみの放電に、Ｎｏ１コイル１３とＮｏ２コイル１９を使用したダブルコイルとＮｏ１コイル１３のみを使用したシングルコイルにて磁場を加えた場合、双方において無機／有機成分比はＤＣ電圧のみだけで放電した場合より減少していることがわかる。また、Ｎｏ１コイル１３のみを使用した場合のシングルコイルに比べ、Ｎｏ１コイル１３とＮｏ２コイル１９を使用したダブルコイルでは磁場電流１０〜５０Ａにおいて約０．０３の差があることがわかる。
【００４４】
この無機／有機成分比は値が低い程、例えばＤＬＣ等の保護膜においては、有機成分が多くなり膜質として硬くなる方向であり、蒸着テープにデータを記録及び再生する場合のヘッドを走行させる上での耐久性が向上することになる。これらのことから、無機／有機成分比、つまり膜質としての改質効果はシングルコイルよりもダブルコイルで成膜を行った方がより効果がある。
【００４５】
以上これらの結果より、本発明に係わる磁場印加コイルを１つは電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）が大きく変化する被処理体２近傍に、また、もう１つを電極１１近傍に設置し磁場印加をすることで磁場の効果を最大限に引き出し、ＤＣ電圧が一定の状態においてもＤＬＣ等の保護層の成膜を、膜質改質を行ないながら高速に行える事となり品質向上及び生産性を向上させる手段として非常に有効である。
【００４６】
１．磁場印可コイルを１つは電界（Ｅ）と電圧（Ｖ）が大きく変化する被処理体２近傍に、また、もう１つを電極１１近傍に設置し磁場印加をすることで磁場の効果を最大限に引き出す事が出来る。
【００４７】
以上のように本実施形態例においては、磁場発生手段として誘導コイルを用い、電極１１の下に１つ、被処理体２と電極１１の間に１つ、合計２つの誘導コイルを設置する事で、ＤＣ電源１２の放電電圧を一定としながらもコイルの磁場の力を利用し炭化水素系ガスの分解効率を有効的に向上させプラズマ放電を活性化出来る。
【００４８】
これらの事で結果として図９のＤＬＣ等の保護膜Ｃの膜厚は厚くなる為に必要膜厚を得る事が出来る成膜速度を上げられる。また、ＤＣ電源１２の放電電圧は一定なので、薄層化された被処理体のみならず、磁性層膜厚が厚い被処理体に対しても生産性を向上させる事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の成膜装置の実施形態例を示す構成図。
【図２】本発明に係る誘導コイルの実施形態例を示す平面図。
【図３】本発明の成膜用反応管の実施形態例を示す構成図。
【図４】本発明の反応管における電界と電圧の関係を表し、（ａ）は要部の模式図、（ｂ）は特性図。
【図５】本発明に係る電子の運動を表し、（ａ）は磁場中における電子の運動を示す説明図、（ｂ）反応管内部での電子の運動を示す要部の模式図。
【図６】磁場電流と膜厚の関係を示すグラフ。
【図７】磁場電流と無機／有機成分比の関係を示すグラフ。
【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す構成図。
【図９】本発明に係る被処理体の一例を示す断面構成図。
【符号の説明】
【００５０】
２…被処理体、３…真空槽、４…案内ガイドロール、５…巻出しロール、６…キャンロール、７…巻取りロール、８…真空排気装置、９…反応管、１０…ガス導入管、１１…電極、１２…ＤＣ電源、１３…Ｎｏ１磁場印加コイル、１４…磁場印加電源、１５、１６…水冷パイプ、１７…電源線、１９…Ｎｏ２磁場印加コイル、２０…プラズマＣＶＤ装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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