JPH02197556A - マグネタイト膜の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はマグネタイト膜の製造方法および製造装置に関
する。

（従来技術） 金属、ガラスなどの非磁性基板の表面にマグネタイト或
いはγ酸化鉄等の磁性酸化鉄の膜を形成することにより
磁気記録媒体を製造するには種々の方法が提案されてい
るが、とりわけ成膜速度の速いＲＦマグネトロンスパッ
タ法が注目されている０代表的な方法は、真空中に低圧
のアルゴンと酸素を導入し、アルゴンをイオン化してそ
のイオンを鉄又は少量のＣ○等を含む鉄合金より成るり
−ゲットに衝撃させ、スパッタされた鉄原子を基板の面
において酸素と反応させて基板の表面にα酸化鉄の膜を
形成させ、ついで水素等の還元性雰囲気中で中で基板を
熱処理してα酸化鉄をマグネタイト膜に変換し、更に酸
化性雰囲気中で熱処理してγ酸化鉄膜を得る。この方法
では一旦α酸化鉄を生成させる必要があり、これを更に
マグネタイトに還元する工程が必要となるなどの問題点
がある（特開昭６２−９４３８１９号、米国特許第４５
４４６１２号等）、一方、マグネタイト膜をスパッタ法
により直接形成し次いで酸化性雰囲気で処理してγ酸化
鉄にすることも提案されているが、以下に述べるように
従来の方法では連続的な成膜ができない。

（解決すべき問題点） 本発明者らはＲＦマグネトロンスパッタ法により上記の
マグネタイト膜を直接製造する方法を検討した。ＲＦマ
グネトロンスパッタ装置の典型例は第１図に示す通りで
あり、トンネル状の真空室ｌに磁石５を配置し、バッキ
ングプレート７に支持させた鉄又はわずかにＣｏを含有
する鉄合金から成るターゲット２を配置し、それに対向
させて定速で矢印の方向に送られる金属又はガラス基板
３を位置づけ、ガス導入管４から低圧のアルゴンおよび
酸素ガスを導入し、アースシールド電極６とターゲット
２との間に加わるＲＦ電界とマグネット５の磁界により
発生拘束された電子によりアルゴンガスをイオン化し、
ＲＦ電界によって負の強電位にされているターゲット２
を衝撃させ、叩き出された鉄原子を基板に差し向け、そ
れを基板の表面で酸素と反応させてマグネタイト膜を生
成させる。なお、８は補正用の開口を有する補正板であ
り、基板が矢印の方向に送られながらスパッタを受ける
場合にその移動方向に対して横断方向に延び、中央で狭
く外延に向けて広くなっている細長い開口を有する。こ
れは一般には、ターゲット巾方向の中央部で叩き出され
る鉄原子が多いため、その量を均一化させるために必要
となる。

このようなＲＦマグネトロンスパッタ装置では優れた特
性のマグネタイト膜を連続的に成膜することは出来ない
こと、また能率が橿めて低いことが分かった。

一般に、鉄と酸素の反応は両物質が存在するところなら
どこでも起き、基板表面のみならずターゲットの表面、
プラズマ空間中に存在する任意の部材の表面に酸化膜が
堆積することになる。このうち成膜上問題になるのはタ
ーゲット表面における酸化物の堆積であり、マグネタイ
ト、ＦｅＯ等の酸化物がターゲットに堆積し、それがア
ルゴンイオンにより衝撃されて放出され基板の面に粒状
物として堆積する。この付着物は本来形成すべきマグネ
タイト膜中に点々と混在してマグネタイト膜の均一性を
阻害し、磁気記録媒体として不向きなものとする。した
がってターゲツト面は幾枚かの基板が成膜されるごとに
真空を破ってターゲット表面の清浄化を行なう必要があ
り、工業的に全く成立しないものであった。

（発明の目的） 本発明は膜質の良いマグネタイト膜を能率よく製造する
方法およびそのための装置特にマグネトロン方式の反応
性スパッタ方法および装置を提供することにある。なお
本明細書でマグネタイトとはマグネタイト（Ｆｅｓ　０
４　）のみならず、ウスタイト（Ｆｅｄ）とマグネタイ
ト（Ｆｅｓ　０４　）の中間形態、並びにマグネタイト
（ＦｅｓＯ４）とγマグネタイト（γ−Ｆｅ２０ｓ　）
の中間形態、いわゆるベルトライド形態を含むものとす
る。

（発明の構成の概要） 本発明は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により鉄又は鉄
を主体とする鉄合金より成るターゲットをアルゴン等の
イオンにより衝撃して鉄又は鉄合金を基板に差し向けて
酸素と反応させることによリマグネタイト膜を基板面に
形成する方法において、前記ターゲット上に鉄酸化物が
堆積し易い中央部分に、好ましくは５ｍｍ以下の距離に
近接してターゲットの電位よりも高電位の電極を設けた
ことを特徴とするマグネタイト膜の製造方法を提供する
。

更に本発明は、真空室と、前記室内に設けられた鉄又は
鉄を主体とするターゲットと、前記ターゲットに対向し
て配置された基板と、アルゴン等のイオン形成ガスと酸
素を導入する導入口と、前記ターゲットの部分に対向近
接して（好ましくは５ｍｍ以下の距離のところに）配置
されたターゲットよりも高電位の電極とより成ることを
特徴とするＲＦマグネトロン方式によるマグネタイト膜
の製造装置を提供する。

（発明の効果の概要） 本発明によると、ターゲツト面には酸化物が堆積するが
、ターゲツト面に近接して設置した前記電極により酸化
物がアルゴン等のイオンにより衝撃されることがほぼ完
全に防止されるため、酸化物がターゲツト面から再放出
されて基板に粒状に堆積する現象がほぼ完全に防止され
る。したがって酸化物粒子の極めて少ない均一なマグネ
タイト膜が製造でき、しかもターゲツト面の浄化工程が
不要となるので成膜工程が能率化する。

（構成の具体的な説明） 以下、図面を参照して本発明の実施例に関連して本発明
の詳細な説明する。

マグ　タイト 本実施例は精密仕上したガラスの表面を化学的に強化し
た円板を基体として、１列の複数の基体のを成膜箇所に
送りこみ、それら基体の両面にマグネタイト膜を形成す
る磁気記録媒体の製造方法および製造装置について記載
するが、本発明は金属基板又はガラス基板の片面又は両
面にマグネタイト膜を形成するとか、或いは同時に２列
以上の複数の基体にマグネタイト膜を形成する等の変形
が可能である。

第２図には本発明の実施例によるＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置の要部を示す平面断面図である。ｍ−ｍより見
た基板を鎖線で示した拡大図である。

図に示すように、ＲＦマグネトロンスパッタ装置は水平
に延びる真空室１ｏと、金属又はガラス円板等の基板１
１を矢印の方向に移送するためのパレットないしホルダ
１２と、基板１１に対向して配置された鉄又は鉄合金の
ターゲット２を支持するＲＦマグネトロンカソード１３
と、アルゴンと酸素を導入するためのノズル１４と、導
入されたアルゴンをイオン化しターゲットに衝撃させる
ためのＲＦ電源（図示せず）とから基本的に構成される
。

マグネトロンカソード１３は、磁石２１と、ターゲット
２を支持するバッキングプレート２２と、バッキングプ
レート２２から離間してターゲットの周部近くに配置さ
れたアースシールド電極２３とより構成されており、Ｒ
Ｆ電力はアースシールド電極とターゲットとの間に印加
され、電界によりターゲットの表面近傍に発生する電子
を磁石２１の磁界によりターゲットの表面近傍に閉じ込
め、それによりアルゴンを効率的にイオン化する。また
ＲＦｔｍ界によりターゲット２２は負の高電位になり、
アルゴンイオンをターゲツト面に加速する。また、マグ
ネタイト膜の成長を均一化するために中央で狭く側端部
で広い上下方向に延びる同形の２つの開口１６を備えた
補正板１５を設ける。この補正板による補正効果は従来
と同様であるが２つの開口を設けた点で違う。

更に、本発明の特徴に従って補正板の中央部には支柱１
９により電極２０を設置する。この電極はマグネトロン
カソード１３の磁石２１の中央部に対向してターゲット
２に近接して設ける。電極２０とターゲット２の間隔は
５ｍｍ以下とする。

この間隔は最適化実験により容易に決定できる。

この間隔が広すぎると放電を起こし本発明が意図する粒
状酸化物の基板面への付着の抑制効果が減じる。また電
極２０の面積は酸化鉄が堆積する領域部分のほぼ全部を
覆う様にする。この点も最適化実験により容易に決定す
ることができる。電極２０は接地するか又はターゲット
に対して正電位にする０例えば接地する場合は補正板１
５と支柱を導体で製作する。

好ましくは、ターゲット２の周辺部は補正板１５の開口
以外のすべての部分を囲壁２４でほぼ完全に包囲する。

このため補正板１５は囲壁２４の頂部に密着させて固定
する。こうすることによりターゲット近傍の酸素分圧が
低下しく粒状）酸化鉄の堆積が抑制される一方、相対的
にＡｒイオンが生成され易くなり、マグネタイトの生産
性が向上する。

マグ・タイトの　　　゛ 上記の構成のマグネタイト成膜装置を用いて本発明の成
膜方法を説明する。鉄又は鉄合金のターゲット２を所定
の位置に取り付け、真空室１０を連続的に排気し、アル
ゴン９０％、酸素１０％程度の混合ガスを供給部材１４
から導入する。ＲＦマグネトロンカソード１３を作動さ
せアルゴンイオンを形成する。アルゴンイオンはターゲ
ット２の表面を衝撃して鉄原子を放出させる。鉄原子は
補正板１５の開口１６を通って基体１１の表面近くで酸
素と反応してマグネタイトとして基体１１の表面に堆積
しマグネタイト膜を成長させる。

この成膜過程においては、電極２０をターゲット２の表
面に近接して設けたことにより、ターゲツト面へ堆積し
た酸化物がアルゴンイオンに衝撃されて基板に差し向け
られる可能性がなくなる。

以下の実施例に示すように本発明によると基板１１の面
に形成されるマグネタイト膜は均質であり、ターゲット
に堆積した酸化鉄粒子の基板面への付着がほとんど無く
なる。更にこのためターゲツト面の堆積物を清浄化する
工程が不要となる。

また本発明によるとマグネタイト膜の成膜効率は電極２
０を用いない場合とほとんど変わらない、これはマグネ
トロン磁界の強度分布が一般に第４図の様に双子型をし
ているため、電極２０が中央の弱い磁界の部分に位置す
ることになるからである。なおこの図は第３図のＡＢＣ
の点に沿った磁束密度分布を示す。

従来、電極２０や支柱１９のような異物体をターゲット
に近接してさせたりプラズマ中に配置することは好まし
いことでは無いと考えられていた。なぜなら、ターゲッ
トと基板の間に形成されるプラズマと形成された電磁界
が不安定になると考えられるからである。ところが意外
にも本発明はこうした問題を生じないで優れた作用効果
を達成した。

なお、本発明の方法及び装置は成膜条件を制御すること
によりほぼ特定のマグネタイト膜を形成できる。

以下に実施例を述べる。

１血］ 上に述べた装置及び方法を使用してマグネタイトの成膜
を実施した。純鉄ターゲットを基板の送り方向の長さ約
１２７ｍｍ、横断方向の長さ約３８１ｍｍに製作し、こ
れをバッキングプレートの中心位置に支持させた。ター
ゲットの中央でその表面から５ｍｍの位置に基板の送り
方向の長さ約３５ｍｍ、横断方向の長さ２７０ｍｍの電
極を配置し設置した。ＲＦ電源は１３．５６ＭＨｚ。

７００〜１５００Ｗとした。アルゴン９０％、酸素１０
％の混合ガスを３０〜６０３ＣＣＭの流量で導入し、動
作圧５Ｘ１０−’Ｐａ以下にした。

直径約１３．０ｃｍ、厚さ１．９ｍｍの超精密研摩（Ｒ
、、、約１００μ）した表面強化ガラス板をターゲツト
面から約７５ｍｍの距離のところを定速で送り約０．２
μに連続成膜した。なお成膜中基板の温度は１００〜２
００℃であった。得られた膜は分析によりマグネタイト
膜であることが確認された。

比較のため上記の電極とその支柱を取り外し、実施例と
同一の条件でマグネタイト膜の成膜を実施した。

（具体的な作用効果） 得られた試料を顕微鏡により観察したところ比較例の場
合視野内の粒子状異物の数は平均約２００個であるのに
対し本発明の実施例の場合にはどの試料も同じ視野でわ
ずかに平均１０個以下であり、大幅な減少であった。こ
のように本発明では電極２０を設けるだけでマグネタイ
ト膜の品質が格段に向上し、しかも浄化工程が不要であ
るため連続的な成膜が可能となる。これに対して比較例
では初回の成膜でも基板上へ多量の酸化物粒子の付着が
あり、連続成膜は不可能である。

４・　　　　の　　　な言　日 第１図はＲＦマグネトロンスパッタ法によるマグネタイ
ト成膜装置を示す断面図、第２図は本発明の実施例によ
るマグネタイト成膜装置の平面断面図、第３図は第２図
の■−■より見た図、および第４図はマグネトロンの磁
束密度分布を示すグラフである。

第１図 ↑ Ａｒ＋Ｏ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マグネトロン方式の反応性スパッタ法により鉄又は
   鉄を主体とする鉄合金より成るターゲットをアルゴン等
   のイオンにより衝撃して鉄又は鉄合金を基板に差し向け
   て酸素と反応させることによりマグネタイト膜を基板面
   に形成する方法において、前記ターゲット上の鉄酸化物
   が堆積し易い中央部分に近接してターゲットの電位より
   も正電位の電極を設けたことを特徴とするマグネタイト
   膜の製造方法。 ２）電極はターゲット表面から５ｍｍ以下の距離にある
   前記第１項記載のマグネタイト膜の製造方法。 ３）真空室と、前記室内に設けられた鉄又は鉄を主体と
   するターゲットと、前記ターゲットに対向して配置され
   た基板と、アルゴン等のイオン形成ガスと酸素を導入す
   る導入口と、前記ターゲットの部分に対向近接して配置
   されたターゲットよりも高電位の電極とより成ることを
   特徴とするＲＦマグネトロン方式によるマグネタイト膜
   の製造装置。