JPH059849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバリウムフエライト層、例えば磁気テ
ープ、磁気デイスク等の磁気記録媒体に用いるバ
リウムフエライト層の形成方法に関するものであ
る。

２ 従来技術 従来、この種の磁気記録媒体は、ビデオ、オー
デイオ、デイジタル等の各種電気信号の記録に幅
広く利用されている。これらは、基体上に被着形
成された磁性層（磁気記録層）の面内長手方向に
おける磁化を用いる方式として発達してきた。と
ころが、近年、磁気記録の高密度化に伴ない、面
内長手方向の磁化を用いる記録方式では、記録信
号が短波長になるにつれ、媒体内の反磁界が増大
して残留磁化の減衰と回転が生じ、再生出力が著
しく減少する。このため、記録波長をサブミクロ
ン以下にすることは極めて困難である。

一方、磁気記録媒体の磁性層の厚さ方向の磁化
（いわゆる垂直磁化）を用いる垂直磁化記録方式
が、最近になつて提案されている（例えば、「日
経エレクトロニクス」1978年８月７日号No.192）。
この記録方式によれば、記録波長が短かくなるに
伴なつて媒体内の残留磁化に作用する反磁界が減
少するので、高密度化にとつて好ましい特性を有
し、本質的に高密度記録に適した方式であると考
えられる。

ところで、このような垂直記録を能率良く行な
うには、磁気記録媒体の記録層が垂直方向（磁性
層の厚さ方向）に磁化容易軸を有していなければ
ならない。こうした磁気記録媒体としては、基体
（支持体）上に、磁性粉末とバインダーとを主成
分とする磁性塗料を塗布し、磁性層の垂直方向に
磁化容易軸が向くように配向させた塗布型の媒体
が知られている。この塗布型媒体には、Co、
Fe₃O₄、γ−Fe₂O₃、Co添加Fe₃O₄、Co添加γ−
Fe₂O₃、六方晶フエライト（例えばバリウムフエ
ライト）、MnBi等が磁性粉末として用いられる
（特開昭52−46803号、同53−67406号、同52−
78403号、同55−86103号、同54−87202号各公
報）。しかしながら、これらの塗布型媒体は、磁
性層中に非磁性のバインダーが存在しているため
に、磁性粉末の充填密度を高めることには限界が
あり、従つてＳ／Ｎ比を充分高くすることができ
ない。しかも、記録される信号の大きさは磁性粒
子の寸法で制限される等、磁性塗膜からなる磁性
層を有する媒体は垂直磁化記録用としては不適当
である。

そこで、垂直磁化する磁性層を、例えばバイン
ダーを用いることなく磁性体を支持体上に連続的
に被着したもので形成した連続薄膜型磁気記録媒
体が、高密度記録に適したものとして注目されて
いる。

本発明者は、これまでに提案された垂直磁気記
録用の磁性層の製膜について検討を加えた結果、
極めて有用な方法を見出し、本発明に到達した。

３ 発明の目的 本発明の目的は、安定なスパツタリングを継続
して行なうことが可能であり、特に垂直磁気記録
用として好適なバリウムフエライト層を非常に効
果的に形成できる方法を提供するものである。

４ 発明の構成 即ち、本発明は、互いに対向したターゲツト間
の側方に基体を配置せしめ、前記ターゲツトに高
周波電力を供給して前記ターゲツトをスパツタ
し、生じた粒子を前記基体上に堆積させてバリウ
ムフエライト層を形成する方法であつて、前記供
給される高周波電力密度Pavは8W／cm²以上であ
り、かつ、全ガス圧Ptotalが10mTorr以上であ
り、さらにスパツタは前記両ターゲツト間にほぼ
位相差が生じないようにして行うことを特徴とす
るバリウムフエライト層の形成方法に係るもので
ある。

５ 実施例 以下、本発明の実施例を図面参照下に詳細に説
明する。

本発明の方法は特に、高周波放電方式の対向タ
ーゲツトスパツタ装置を用いる方法で実施され
る。

第１図は、高周波放電型対向ターゲツトスパツ
タ装置を示すものである。

図面において、１は真空槽、２は真空槽１を排
気する真空ポンプ等からなる排気系、３は真空槽
１内に所定のガスを導入してガス圧力を10^-1〜
10^-4Torr程度に設定するガス導入系である。

ターゲツト電極は、ターゲツトホルダー４によ
り一対のターゲツトT₁，T₂（化学量論組成の
BaO・6Fe₂O₃）を互いに隔てて平行に縦に対向
配置した対向ターゲツト電極として構成されてい
る。これらのターゲツト間には、磁界発生手段で
ある永久磁石１０による磁界（例えば150Oeのプ
ラズマ収束磁界）が形成される。一方、磁性薄膜
を形成すべき基体６は両ターゲツト間の両方（図
面では上方）に配され、ヒーター７によつて所定
温度に加熱される。両ターゲツトT₁，T₂には、
整合回路を有する高周波電源R_fが接続され、真
空槽１が接地されている。なお、第１図中の１４
はシールド用の絶縁体、１５は冷却導入管、及び
同導出管である。

なお、使用可能な基体６の材料は、磁性材料が
被着可能なものであれば種々のものが採用可能で
ある。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リ塩化ビニル、三酢酸セルロース、ポリカーボネ
ート、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルメタ
クリレートの如きプラスチツクス、ガラス等のセ
ラミツクス等が使用可能である。さらにMg、
Al、Si、Ti、Ｖ、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、
Ge、Zr、Nb、Mo、Ru、Te、Ta、Co、Ｗなど
の金属、半金属およびその合金等も使用可能であ
る。

上記のように構成されたスパツタ装置におい
て、平行に対向し合つた両ターゲツトT₁，T₂の
各表面と垂直方向に磁界を形成し、この磁界によ
り陰極降下部（却ち、ターゲツトT₁−T₂間に発
生したプラズマ雰囲気と各ターゲツトT₁及びT₂
との間の領域）での電界で加速されたスパツタガ
スイオンのターゲツト表面に対する衝撃で放出さ
れたγ電子をターゲツト間の空間にとじ込め、対
向した他方のターゲツト方向へ移動させる。他方
のターゲツト表面へ移動したγ電子は、その近傍
の陰極降下部で反射される。こうして、γ電子は
ターゲツトT₁−T₂間において磁界に束縛されな
がら往復運動を繰返すことになる。この往復運動
の間にγ電子は中性の雰囲気ガスと衝突して雰囲
気ガスのイオンと電子とを生成させ、これらの生
成物がターゲツトからのγ電子の放出と雰囲気ガ
スのイオン化を促進させる。従つて、ターゲツト
T₁−T₂間の空間には高密度のプラズマが形成さ
れ、これに伴なつてターゲツト物質が充分にスパ
ツタされ、上方の基体６上にバリウムフエライト
として堆積してゆくことになる。

この対向ターゲツトスパツタ装置は、他の飛翔
手段に比べて、高速スパツタによる高堆積速度の
製膜が可能であり、また基体がプラズマに直接曝
されることがなく、低い基体温度での製膜が可能
でである等のことから、垂直磁化膜を形成するの
に有利である。しかも、対向ターゲツトスパツタ
装置によつて飛翔した磁性膜材料の基板への入射
エネルギーは、通常のスパツタ装置のものよりも
小さいので、材料が所望の方向へ方向性を以つて
堆積し易く、垂直磁化記録に適した構造の膜を得
易くなる。

この対向ターゲツトスパツタ装置を用いるスパ
ツタ法で注目すべきことは、スパツタに際して高
周波電源R_fによる高周波電力を供給しているこ
とである。これを次に詳述する。

例えば、電子通信学会論文誌VOL.J66−Ｃ
No.1p9−p16に示されている如く、直流電源を用
いたDC対向ターゲツト式スパツタが用いられる
場合、ターゲツト間に高電圧を印加して両者間に
グロー放電を発生させ、これを継続させてプラズ
マ中のイオンによるスパツタを行なうが、高速度
でスパツタを行なうときには特に、通常の異常グ
ロー放電からアーク放電への移行が頻に起こり、
安定なスパツタを継続できないことが多い。特に
バリウムフエライトからなるターゲツトを用いる
際に、上記のアーク放電への移行が顕著となる。
この対策として、直流電源内に電子ヒユーズ回路
を設けて、アーク放電に移行した場合にターゲツ
ト印加電圧を自動的に減少させてアーク放電を止
め、その後再び電圧を元の状態に戻すという特別
の操作を行なわばならない。

これに対し、本実施例の如き高周波電源R_fを
用いると、１周期の間にターゲツトの表面は必ず
正の電圧となるために、直流電源を用いる場合の
上記対策は全く必要でなく、かつ安定なスパツタ
を継続させることができる。

なお、高速スパツタを目的として上記スパツタ
装置を設計する場合、スパツタ領域以外で消費さ
れる電力損を低く抑えることが望ましい。こうし
た電力損としては、(1)電磁放射損 (2)マツチング
回路損 (3)中間径由損等が考えられるが、このう
ち電磁放射損をできるだけ小さくするためには、
装置のアースを十分にとること、アースレベル以
外の部分はアース電位のもので完全に遮蔽するこ
とが必要である。

また、一方のターゲツトから放出されたγ電子
に対し他方のターゲツトが反射板として働く必要
があるので、このために両ターゲツト間に位相差
が生じない状態でスパツタするとよい。これを実
現するため、第１図に示した如く、両ターゲツト
ホルダー４を完全に左右対称形にし、マツチング
回路も両ターゲツト間の中央位置にくるように配
置する。このように左右のターゲツトを対称形に
配置することによつて、ほぼ位相差のない状態で
スパツタが可能となる。

次に、上記のスパツタ装置を用いて磁気記録媒
体を作成する具体例を説明する。

この作成条件は以下の通りであつた。

ターゲツト材
1300℃で焼結したバリウムフエライト
（BaO・6Fe₂O₃） 基 体 ガラス 対向ターゲツト間隔 100mm スパツタ空間の磁界 150Oe ターゲツト形状 85mm直径の円盤（５mm厚） 基体とターゲツト端との間隔 40mm 真空槽内の予備排気圧力 ８×10^-7Torr 導入ガス Ar＋O₂（10：１） 導入ガス圧 0.7×10^-3Torr〜20×10^-3Torr スパツタ投入電力
電力密度０〜20W／cm²（高周波13.56MHz） このようにして、第２図に示す如く、ベースフ
イルム６上にバリウムフエライトからなる磁性層
２１を有する磁気記録媒体が得られた。この媒体
について、磁性層の厚みは例えば1500Å（触針式
の膜厚計：タリステツプ、ランクテーラーホブソ
ン社製による）であり、EPMAによりその組成
を同定した。

第３図には、上記したスパツタに際するプラズ
マポテンシヤルV_pと、基板表面に誘起される電
位V_wとの供給電力密度P_av依存性示す。

これによれば、本例の如き高周波（R_f）放電
の場合、V_p及びV_wともP_avの増大に伴なつてその
絶対値は単調に減少するが、直流（dc）放電に
よる場合はV_p及びV_wはいずれも非常に小さくな
り、あまりP_avによつて変化はしない。また、高
周波放電では、V_pとV_wの差V_d（＝V_p−V_w）なる
ポテンシヤルで衝撃を受けているので、de放電
に比べて衝撃電位V_dが大きいことが分る。この
V_dは高P_avになるほど小さくはなるが、電力密度
範囲；P_av≧8W／cm²でほぼ一定値に達している。

第４図には、V_p及びV_wのガス圧依存性を示す
が、これによれば、de放電の場合は全般的にV_d
が小さいが、R_f放電ではV_dが大きい（但、高P_av
になる程小さくはなる）ことが分る。

以上の事実から、衝撃電位V_dはスパツタ条件
に大きく依存し（即ち膜質も同条件に大きく依存
し）、その特性を有効に利用することが必要であ
る。

次に、スパツタによる膜（バリウムフエライト
膜）のBa組成ＸのP_av依存性を第５図に、ガス圧
依存性を第６図に示す。バリウムフエライト層を
Ba_xFe₁₂O_yで表わすと、Ba組成ＸはP_av、ガス圧
に大きく依存することが分る。これは、第３図及
び第４図に示した変化曲線によく対応している。

即ち、化学量論組成（Ｘ＝1.0）のバリウムフ
エライト膜を得ることが磁化膜として望ましい
が、これを実現するには第５図の結果から、P_av
を8W／cm²以上（特に12W／cm²以上）とするのが
望ましいことが明らかである。この場合、高P_av
にするほどV_dが小さくはなる（第３図及び第４
図参照）が、これはR_f放電によるスパツタは本
質的にに高速形成法であるためである。

また、第６図から、全ガス圧Ptotalを
11mTorr以上とすれば、Ba組成Ｘを1.0にできる
ことも分る。

なお、上述の例（第１図参照）では基板６を平
板状で位置固定したが、基板の配置については
種々変更を加えることができる。

例えば第７図のように、基板６がフイルム状に
形成されて、上記両ターゲツト間の上方にて巻出
しロール１１からバツクアツプロール１２の周面
を巡つて巻取りロール１３上に順次巻取られ、こ
の間に磁性材料が順次表面に堆積せしめられるよ
うにしてもよい。これによつて、基板上にバリウ
ムフエライトを連続的に堆積させることができ
る。

なお、上記のバツクアツプロール１２は第８図
及び第９図に示す如き構造からなつていてよく、
その壁部は冷温媒１７を周面に沿つて一方向へ導
びくことのできる２重壁となつていてよい。外周
側へ冷温媒１７を均一に分配するために、その導
入口１８（例えば回転軸中を貫通して設けられて
いてよい：導出口１９も同様）は、径方向に放射
状に延びて外周側の円筒状通路２０に連通せしめ
られている。使用する冷温媒としては、基板６が
耐熱性に乏しいとき（例えば高分子フイルム場
合）には例えば−数10℃のエチレングリコール等
が、磁化膜の結晶成長を促進させるときには例え
ば250℃の油等が挙げられる。なお、後述の例に
おいても、第８図、第９図に示したと同様の構造
で冷温媒を流してもよい。

なお、スパツタ用のガスは上記のAr以外にも、
Kr、Ne、He等があるが、このスパツタ用ガス
は単独で導入してよいし、上記のO₂やN₂、H₂O
等との混合ガスを用いてもよい。

次に、比較のために、第１図のスパツタ装置に
おいて直流電力（300V×0.4A）を供給した結果、
アーク放電のない安定なスパツタを維持できる時
間は５分と短かくなつた。これに対し、本実施例
の高周波放電による場合は安定なスパツタの継続
時間は数時間に延長することができた。

第１０図は、他の例を示すものであつて、第７
図の例と異なり、ローール１２に対するターゲツ
トT₁，T₂の配置を変えている（90度だけ回転さ
せた位置に配している）上に、図面左左側のター
ゲツトT₁の上端の上方にマスク板２２を張設せ
しめている。このマスク板２２の存在によつて、
ターゲツト間からの粒子のうち、基板６上へ斜め
に入射しようとする成分２３がマスク板２２で遮
蔽され、その垂直入射成分２３′のみが基板６上
に入射して垂直方向に堆積することになる。こう
して、まず基板６上に粒子が垂直に結晶成長した
後、基板６が移動すると、次に粒子成分２３″が
斜めに入射したとしても、既に垂直に結晶成長し
た粒子上に堆積するためにエピタキシヤル的に成
長する。この結果、基板６上に形成される磁性膜
は、粒子が垂直方向に揃えられた良好な膜とな
り、垂直異方性に優れたものとなる。

第１１図は、ターゲツトT₁をロール１２の中
心位置近傍下に配することによつて、ターゲツト
間のプラズマ粒子をまず垂直方向２３′に堆積さ
せる例である。これによつても、第１１図で述べ
たと同様に垂直方向のエピタキシヤル成長が可能
である。また、矢印２４で示すように、ターゲツ
トT₁，T₂を移動させることによつて、スパツタ
条件をコントロールできる。或いは、一点鎖線で
示すようにターゲツトT₂を回動させて条件をコ
ントロールしてもよい。

なお、上述した各例は本発明の技術的思想に基
いて更に変形が可能である。

例えば、高周波を加える部分はターゲツトT₁，
T₂に直接加えなくても例えば冷却水導入管及び
導出管１５であつてもよい。また、ターゲツトの
配置、個数をはじめ、基板の配置及び形状等は
様々に変更してよい。

６ 発明の作用効果 本発明によれば、垂直磁気記録に適した高性能
なバリウムフエライト層が効率良く形成される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図はスパツタ装置の概略断面図、第２図は磁気
記録媒体の断面図、第３図はプラズマポテンシヤ
ル及び基板表面の誘起電位の電力密度依存性を示
すグラフ、第４図はプラズマポテンシヤル及び基
板表面の誘起電位のガス圧依存性を示すグラフ、
第５図はバリウムフエライトのBa組成の電力密
度依存性を示すグラフ、第６図は同Ba組成の全
ガス圧依存性を示すグラフ、第７図は他のスパツ
タ装置の要部正面図、第８図はバツクアツプロー
ルの断面図、第９図は第８図のＸ−Ｘ線断面図、
第１０、第１１図は更に他のスパツタ装置の各概
略図である。 なお、図面に示した符号において、１……真空
槽、２……排気系、３……ガス導入系、４……ホ
ルダー、６……基板、１０……永久磁石、２１…
…バリウムフエライト層、T₁，T₂……ターゲツ
ト、R_f……高周波電源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに対向したターゲツト間の側方に基体を
   配置せしめ、前記ターゲツトに高周波電力を供給
   して前記ターゲツトをスパツタし、生じた粒子を
   前記基体上に堆積させてバリウムフエライト層を
   形成する方法であつて、前記供給される高周波電
   力密度Pavは8W／cm²以上であり、かつ、全ガス
   圧Ptotalが10mTorr以上であり、さらにスパツ
   タは前記両ターゲツト間にほぼ位相差が生じない
   ようにして行うことを特徴とするバリウムフエラ
   イト層の形成方法。