JPH02197559A - 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Ｃｏ等を含む鉄合金より成るタ
ーゲットに衝撃させ、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
従来の方法では均質な（膜厚方向に）成膜ができない。

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１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
の方向に送られろ金属又はガラス基板３を位置づけ、ガ
ス導入口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電界と磁石５の磁界により発生拘束された電子によ
りアルゴンガスなイオン化し、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
た鉄又は鉄合金粒子を基板に差し向けその表面で酸素と
反応させてマグネタイトの膜を生成させる。なお、８は
補正用の開口を有する補正板であり基本的には重要でな
い、補正板８は支柱９により支持され、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、ターゲ
ット幅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。

上記装置によりマグネタイトを直接成膜することを本発
明者は試み成功した０本発明は斯かる技術を用いるもの
であるが、得られたマグネタイトの膜を酸化雰囲気で熱
処理してγ酸化鉄に変換する場合に、表面層がバリヤー
となって厚さ方向の酸化が充分均一に行なわれず、磁気
特性が変動することが分かった。

（発明の目的） 本発明は酸化性雰囲気により均一な膜質のγ酸化鉄に転
化し易いマグネタイト膜を製造できる方法及び装置、特
に反応性スパッタ方法及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（Ｆｅ３
０４）のみならず、ウスタイト（Ｆｅｄ）とマグネタイ
ト（Ｆｅ３０４）の中間形態、並びにマグネタイト（Ｆ
ｅ。

０４）とγマグネタイト（γ−Ｆｅｗ　Ｏｓ　）の中間
形態、いわゆるベルトライド形態を含む。

（発明の概要） 本発明は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により鉄又は鉄
を主体とする合金より成るターゲットをアルゴン等のイ
オン形成ガスのイオンにより衝撃し、放出された鉄又は
合金の粒子な成膜領域を通して連続的に移送されている
基板に差し向けて、この鉄又は合金の粒子を基板の面で
酸素と反応させろことによりマグネタイト膜を基板上に
形成する方法において、前記成膜箇所への前記酸素又は
酸素−イオン形成ガス混合物の供給および前記成膜領域
の排気は、前記成膜領域に基板の移送方向に並流の酸素
流又は酸素−イオン形成ガス混合物流を生じる方向であ
る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。

本発明はまた、真空室と、前記室内に配置された鉄又は
鉄を主体とする合金とより成るターゲットと、前記ター
ゲットに対向して成膜領域を通して基板を連続的に移送
する移送手段と、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、より成る装置において、前記基板の
軌跡に近接して基板の移送方向に並流の酸素流又は酸素
＋アルゴン流を生じるように、前記導入口は前記成膜領
域の上流側に設けられ且つ真空室或いは前記成膜領域を
排気する手段は前記成膜領域の下流側に設けられたこと
を特徴とするマグネタイトの製造装置を提供する。

（効果の概要） 本発明によると、酸素が成膜領域を基板面に沿って基板
の移送方向と並流するため、基板面に成長するマグネタ
イト膜は基板に近い側で酸素濃度が高く、表面側で酸素
濃度が低くなり、このため引き続いて行なわれる酸化条
件下での熱処理工程により容易に厚さ方向に−様な酸化
を行なうことができ、均質なγ酸化鉄膜を得ることがで
きる。

（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。

の 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、本発明は一般に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。第３図は第２
図の線■−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１０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、成膜領域において基板面に沿って基板の移送方向と
並流する酸素流を生成するための供給部材１４（この構
造は後で詳しく記載する）および排気手段と、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
ＲＦ’ｌｉ磁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、好ましくは補正板の中央部には支柱１９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１
３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
１５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アルゴン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。

アルゴンと酸素の混合ガスの導入口又は供給部材１４は
ターゲットから見て補正板の外側において基板に近接し
て且つ基板に平行な流れが生じる様に設けられる。これ
によりアルゴンが上記の様にターゲットの近傍で濃密な
アルゴンイオンを形成し易くなる一方、酸素は基板面で
優先的に鉄原子と反応してマグネタイトを生成し易くな
る。

好ましくは、ガス導入口は第５図の様に構成される。導
入口１４は平行な幅広の上下板３０．３１、平行な低い
側板３４．３５及び上流側の低い側板３３より構成され
下流側に開口３２を形成した供給部材と、側板３３に結
合された一個以上のガス導管３６とより成る。開口の幅
Ｗ、高さｈ供給部材の長さβは均一な拡散流が得られる
最短長以上に定める。ガス導管幅Ｗを充分に大きく取り
たいときにはガス導管３６の分岐数を増やす。

マ　　　イト　　　　　゛ 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。基板１１は矢印の方向に一定速度で
移送されるものとする。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、
一方供給部材１４から例えばアルゴン９０％、酸素１０
％程度の混合ガスを成膜領域に向は連続的に導入する。

酸素は基板面に沿い基板の移動方向と同一方向（並流方
向）に流れる。排気はこの並流を実現するように行なう
、ＲＦマグネトロン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の表面近くの酸素と反応してマグネタイト
として基体１１の表面に付着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粒状酸化物とし
て基板に差し向けられ、マグネタイト膜に異物として点
々と付着して膜質な低下す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厚さ、膜質とも平面方向
には均質であり、厚さ方向には基体から表面にかけて順
次酸素濃度を減じる。またターゲット２に堆積する酸化
物に由来する酸化鉄粒子の付着がほとんど無い、第５図
に示す供給部材に導入されたガスは当初粘性のために層
流をなし一定の流れパターンを有するが、流れる内に幅
方向に拡散して行き遂には流路に垂直な断面内の方向に
均一化する。従って供給部材の長さ℃を充分に長（する
ことにより供給部材開口３２においてほぼ完全に均一な
密度が得られる。こうして形成された均一流は上下板３
０．３１に平行に且つ近接位置を移動しつつある基板の
表面に流れて面内方向の均一な酸化反応を行なう。

アルゴンと共に放出される酸素は基板に沿って流れる間
にスパッタされる鉄又は合金粒子と反応してマグネタイ
トを生成することにより酸素欠乏となり、従って基板は
移送されるにつれて最初は酸素濃度が高いマグネタイト
層を生成し、次第に酸素含有量を減じ、表面のマグネタ
イト層は酸素濃度が低くなる。したがって生成したマグ
ネタイト膜は下層はど酸素濃度が大きいものとなる。

なお、この例によるとマグネタイト膜の成膜効率は電極
２０を用いない場合とほとんど変わらない、これはマグ
ネトロンの磁石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。

以下に実施例を述べる。

１鬼ｌ 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。

７ｏｏ〜１５０ｏＷとした。アルゴン９０％、酸素１０
％の混合ガスを３０〜６０ＳＣＣＭ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の超精密研摩した（　Ｒ、、、約１０
０μ）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０．２μに連続成膜した
。なお成膜中基板の温度は１００〜２００℃でありた。

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。

（具体的な作用効果） 得られた膜は分析により基板面と表面の酸素濃度の比が
１対０．８のマグネタイト膜であることが確認された。

これを更に空気中で３００℃に２時間加熱してγ酸化鉄
を得た。

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、第４図はマグネトロンの
磁束密度分布を示すグラフ、及び第５図は反応ガス供給
装置の構造を示す斜視図である。

４、　　　　の　　　ｔ′　Ｂ 第１図はＲＦマグネトロンスパッタ法によるマ第３図 第１図 ↑ Ａｒ＋０２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）反応性スパッタ法により鉄又は鉄を主体とする合金
   より成るターゲットをアルゴン等のイオン形成ガスのイ
   オンにより衝撃し、放出された鉄又は鉄合金の粒子を成
   膜領域を通して連続的に移送されている基板に差し向け
   て、この鉄又は合金の粒子を基板の面で酸素と反応させ
   ることによりマグネタイト膜を基板上に形成する方法に
   おいて、前記成膜箇所への前記酸素又は酸素−イオン形
   成ガス混合物の供給および前記成膜領域の排気は、前記
   成膜領域に基板の移送方向に並流の酸素流又は酸素−イ
   オン形成ガス混合物流を生じるように行なわれることを
   特徴とするマグネタイト膜の製造方法。 ２）真空室と、前記室内に配置された鉄又は鉄を主体と
   する合金とより成るターゲットと、前記ターゲットに対
   向して成膜領域を通して基板を連続的に移送する移送手
   段と、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、より成る装置において、前記導入口と排気手段
   は前記成膜領域に基板の移送方向に並流の酸素流又は酸
   素−イオン形成ガス混合物流を生じるように配置されて
   いることを特徴とするマグネタイトの製造装置。 ３）導入口は出口端が開放した扁平且つ幅広の長い供給
   部材であって前記供給部材の長さが出口全体においてほ
   ぼ一定の拡散流が得られるに充分な長さおよび形状に定
   められたものと、前記供給部材の上流端に開口した少な
   くとも１つのガス供給管とより成ることを特徴とする前
   記第２項記載の製造装置。 ４）供給部材の扁平面は基板の面に平行に設けられてい
   る前記第３項記載の金属酸化物膜の製造装置。