JP2006002224A - Thin-film-forming method - Google Patents

Thin-film-forming method Download PDF

Info

Publication number
JP2006002224A
JP2006002224A JP2004180862A JP2004180862A JP2006002224A JP 2006002224 A JP2006002224 A JP 2006002224A JP 2004180862 A JP2004180862 A JP 2004180862A JP 2004180862 A JP2004180862 A JP 2004180862A JP 2006002224 A JP2006002224 A JP 2006002224A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
discharge
thin film
temperature
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004180862A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Fukuda
和浩 福田
Kiyoshi Oishi
清 大石
Hiroaki Arita
浩了 有田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2004180862A priority Critical patent/JP2006002224A/en
Publication of JP2006002224A publication Critical patent/JP2006002224A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film forming method which forms a high functional thin-film with great productivity, and forms the thin film having a crystalline property and high quality even on a heat-sensitive substrate such as a plastic material. <P>SOLUTION: The thin-film-forming method for supplying a gas containing a discharge gas and a thin-film-forming gas into a discharge space under ambient pressure or under the vicinity of the pressure, activating the gas by applying a high-frequency electric field to the discharge space, and forming the thin film on the substrate by exposing the substrate to the activated gas comprises: separately supplying the gas containing the discharge gas and the gas containing the thin-film-forming gas to the discharge space; and controlling the temperature of a gas mixture containing the discharge gas and the thin-film-forming gas in the discharge space to a range between 300°C and 3,000°C. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、大気圧プラズマ放電処理を用いた新規な薄膜形成方法並びに該薄膜形成方法により形成された薄膜を有する基材に関する。   The present invention relates to a novel thin film forming method using atmospheric pressure plasma discharge treatment and a substrate having a thin film formed by the thin film forming method.

半導体デバイスや表示、記録、光電変換のための各種のデバイスには、基材上に高機能性の薄膜を設けた、例えば、電極膜、誘電体保護膜、半導体膜、透明導電膜、反射防止膜、光学干渉膜、ハードコート膜、下引き膜、バリア膜等の各種の材料が用いられている。   Semiconductor devices and various devices for display, recording, and photoelectric conversion are provided with a high-functional thin film on a substrate, for example, electrode film, dielectric protective film, semiconductor film, transparent conductive film, antireflection Various materials such as a film, an optical interference film, a hard coat film, an undercoat film, and a barrier film are used.

このような高機能性の薄膜生成においては、従来、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の真空を用いた乾式成膜法が用いられてきた。   In the production of such a highly functional thin film, conventionally, a dry film forming method using a vacuum such as a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, an ion plating method or the like has been used.

このような成膜方法は、真空設備を必要とする為、設備費用が高額となる。更に、連続生産が出来ず、成膜速度が低いことから、生産性が低いという課題を有していた。   Since such a film forming method requires vacuum equipment, the equipment cost is high. Furthermore, since continuous production was not possible and the film formation rate was low, there was a problem that productivity was low.

これらの真空装置を用いることによる低生産性のデメリットを克服する方法として、特開昭61−238961号等において、大気圧下で放電プラズマを発生させ、該放電プラズマにより高い処理効果を得る大気圧プラズマ処理方法が提案されている。大気圧プラズマ処理方法は、基材の表面に、均一な組成、物性、分布で成膜することができる。また、大気圧又は大気圧近傍下で処理を行うことができることから、真空設備を必要とせず、設備費用を抑えることができ、連続生産にも対応でき、成膜速度を速くすることができる。また、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する応用例が、特開平11−133205号、特開2000−185362、特開平11−61406号、特開2000−147209、同2000−121804等に記載されている(以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これら公報に開示される大気圧プラズマ法は、対向する電極間に、パルス化され、周波数が0.5〜100kHzであり、且つ、電界の強さが1〜100V/cmの電界を印加し、反応性ガスの放電プラズマを発生させるというものである。   As a method for overcoming the disadvantages of low productivity due to the use of these vacuum devices, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-238961, etc., generates a discharge plasma under atmospheric pressure, and obtains a high treatment effect by the discharge plasma. Plasma processing methods have been proposed. In the atmospheric pressure plasma treatment method, a film can be formed on the surface of a substrate with a uniform composition, physical properties, and distribution. Further, since the treatment can be performed under atmospheric pressure or near atmospheric pressure, vacuum equipment is not required, equipment cost can be suppressed, continuous production can be supported, and a film formation rate can be increased. Examples of applications in which a thin film is formed on a substrate by discharging at atmospheric pressure or under a pressure near atmospheric pressure to excite a reactive gas to form a thin film on a substrate are disclosed in JP-A-11-133205, JP-A-2000-185362, 11-61406, JP-A 2000-147209, 2000-121804, etc. (hereinafter also referred to as atmospheric pressure plasma method). In the atmospheric pressure plasma method disclosed in these publications, an electric field that is pulsed between opposing electrodes, has a frequency of 0.5 to 100 kHz, and an electric field strength of 1 to 100 V / cm is applied. A discharge plasma of a reactive gas is generated.

大気圧プラズマ放電処理においては、希ガスと薄膜形成性ガスの混合ガスを使用するが、また、特開平10−154598号公報には、パルス電界を用いることにより、放電ガスとして希ガス以外の安価なガス、例えば、放電開始電界強度が高く従来の高周波電界のもとでは安定な放電が得られにくい、窒素ガスのようなガスを用いても放電が達成出来ることが開示されている。   In the atmospheric pressure plasma discharge treatment, a mixed gas of a rare gas and a thin film-forming gas is used. However, in JP-A-10-154598, a pulse electric field is used so that a discharge gas other than a rare gas is inexpensive. It is disclosed that the discharge can be achieved even using a gas such as nitrogen gas, which has a high discharge starting electric field strength and is difficult to obtain a stable discharge under a conventional high-frequency electric field.

これら大気圧プラズマ放電処理を用いて薄膜を形成する方法として、例えば、特開平6−330326号には、大気圧プラズマ放電中に、金属アルコキシド等を微量添加することで、金属酸化膜を形成する方法が提案されている。   As a method of forming a thin film using these atmospheric pressure plasma discharge treatments, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-330326, a metal oxide film is formed by adding a small amount of metal alkoxide or the like during atmospheric pressure plasma discharge. A method has been proposed.

しかしながら、上記の金属アルコキシド、例えば、有機珪素化合物、有機チタン化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機アルミ化合物、有機銅化合物、有機銀化合物等は、常温下では液体であり、蒸気圧も高くないことから、加熱気化させたのち、ヘリウム又はアルゴン等の希ガスと混合し、対向する放電電極間に導入する必要があるが、電極表面温度が混合ガスよりも低い場合、上記金属アルコキシド等の成分が電極表面でコンデンスし、常に一定の混合ガスでなくなり、均一な成膜を達成するのが困難となる他、コンデンスした部分が反応して固化し、ガス通路を詰まらせるという課題を抱えている。これに対し、電極における露結防止策として、例えば、電極を加熱しすぎると、部分的な絶縁破壊等による不均一放電を誘発し、均一な成膜ができない。   However, the above metal alkoxides, for example, organosilicon compounds, organotitanium compounds, organotin compounds, organozinc compounds, organoindium compounds, organoaluminum compounds, organocopper compounds, organosilver compounds, etc. are liquids at room temperature, Since the vapor pressure is not high, after vaporization by heating, it is necessary to mix with a rare gas such as helium or argon and introduce it between the opposing discharge electrodes, but if the electrode surface temperature is lower than the mixed gas, Components such as metal alkoxide condense on the electrode surface, it is not always a constant gas mixture, it is difficult to achieve uniform film formation, and the condensed part reacts and solidifies, clogging the gas passage I have a problem. On the other hand, as an anti-condensation measure in the electrode, for example, if the electrode is heated too much, non-uniform discharge due to partial dielectric breakdown or the like is induced, and uniform film formation cannot be performed.

特許文献1においては、これら金属アルコキシド等の薄膜形成ガスを用いた薄膜形成において均一な成膜を達成するために、かつ電極への或いはガス通路への、原料ガスのコンデンスを抑制するために、放電ガスと反応性ガスを分離供給する方法を採用している。   In Patent Document 1, in order to achieve uniform film formation in thin film formation using a thin film forming gas such as these metal alkoxides, and in order to suppress the condensation of the raw material gas to the electrode or gas passage, A method of separately supplying the discharge gas and the reactive gas is adopted.

また、特許文献2においては、希ガスと反応性ガスをそれぞれ層流とし、かつ電極の放電面が、反応性ガスと直接接触させない様にすることで電極汚れ等を抑制している。   Further, in Patent Document 2, electrode contamination and the like are suppressed by making the rare gas and the reactive gas laminar flow and preventing the discharge surface of the electrode from being in direct contact with the reactive gas.

このようにして金属アルコキシドのような薄膜形成ガスを用いた薄膜形成においてもコンデンス等による電極や流路の汚れを引き起こすことなく、均一な薄膜を得ることが出来ることができるが、一方で、従来より、大気圧プラズマ放電処理においては、成膜中において基材温度を上げると、基材表面での拡散効果により、膜質が向上することが知られており、また更に、基材温度を薄膜の結晶化温度まで高めると薄膜は結晶化し、アモルファスでは得られなかった特性が得られるようになることも知られている。例えば、ITO薄膜においては結晶化を行うことで透明度と電気伝導性が向上し、更にTiO2薄膜では、アナターゼ構造へ結晶転移させることで光触媒機能が発現する。 In this way, even in thin film formation using a thin film forming gas such as a metal alkoxide, a uniform thin film can be obtained without causing contamination of electrodes and flow paths due to condensation or the like. In atmospheric pressure plasma discharge treatment, it is known that increasing the substrate temperature during film formation improves the film quality due to the diffusion effect on the substrate surface. It is also known that when the temperature is increased to the crystallization temperature, the thin film is crystallized, and characteristics that cannot be obtained with amorphous are obtained. For example, in an ITO thin film, transparency and electrical conductivity are improved by crystallization, and in a TiO 2 thin film, a photocatalytic function is exhibited by crystal transition to an anatase structure.

しかしこれらの温度は、非常に高く、薄膜を形成する基材が例えば樹脂材料からなる場合等には、樹脂の温度による変形がおこるため、適用できないものであった。   However, these temperatures are extremely high, and when the base material on which the thin film is formed is made of, for example, a resin material, the deformation due to the temperature of the resin occurs, so that it cannot be applied.

本発明は、前記のように不活性ガス(放電ガス)と、反応性ガス(薄膜形成ガス)を放電空間に分離供給し、それぞれの温度を制御することで、基材を変形させることなく、かつ放電空間でのプラズマ温度を確保し、均一な薄膜を得る方法を提供するものである。
特開2003−155571号公報 特開2003−166063号公報
In the present invention, as described above, the inert gas (discharge gas) and the reactive gas (thin film forming gas) are separately supplied to the discharge space, and the respective temperatures are controlled without deforming the substrate. In addition, the present invention provides a method for securing a plasma temperature in the discharge space and obtaining a uniform thin film.
JP 2003-155571 A JP 2003-166063 A

従って、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、高機能性薄膜を、生産性高く形成する薄膜形成方法であり、結晶性を有する非常に高品質な薄膜をプラスティック等の熱に弱い基材にも形成できる方法を提供することにある。   Accordingly, in view of the above problems, an object of the present invention is a thin film forming method for forming a highly functional thin film with high productivity. A very high quality thin film having crystallinity is a substrate that is weak against heat such as plastic. Another object is to provide a method that can also be formed.

本発明の上記目的は下記の手段により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

(請求項1)
大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有するガスを放電空間に供給し、前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起し、基材を励起した前記ガスに晒すことにより前記基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法に於いて、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含有するガスが、分離して前記放電空間に供給され、かつ、前記放電空間における、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度が、300℃以上3000℃以下であることを特徴とする薄膜形成方法。
(Claim 1)
A gas containing a discharge gas and a thin film forming gas is supplied to the discharge space under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, the gas is excited by applying a high-frequency electric field to the discharge space, and the gas that excites the substrate In the thin film forming method of forming a thin film on the substrate by exposing to the gas, the discharge gas and the gas containing the thin film forming gas are separately supplied to the discharge space, and in the discharge space The method of forming a thin film, wherein the temperature of the mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas is 300 ° C. or higher and 3000 ° C. or lower.

(請求項2)
前記放電空間における、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度が、500℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。
(Claim 2)
2. The thin film forming method according to claim 1, wherein a temperature of a mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas in the discharge space is 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

(請求項3)
前記放電空間において、基材を支持する電極の温度は、前記基材のガラス転移温度に対して±50℃の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜形成方法。
(Claim 3)
3. The thin film forming method according to claim 1, wherein in the discharge space, the temperature of the electrode supporting the base material is within a range of ± 50 ° C. with respect to the glass transition temperature of the base material.

(請求項4)
前記放電空間において、基材を支持する電極の温度は、前記基材のガラス転移温度に対して−50℃〜0℃の範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成方法。
(Claim 4)
The method of forming a thin film according to claim 3, wherein the temperature of the electrode supporting the substrate in the discharge space is in the range of -50 ° C to 0 ° C with respect to the glass transition temperature of the substrate.

(請求項5)
前記放電空間において、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度は、前記基材上に形成される薄膜の結晶化温度近傍又はそれ以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の薄膜形成方法。
(Claim 5)
5. The temperature of the mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas in the discharge space is near or above the crystallization temperature of the thin film formed on the substrate. A method for forming a thin film according to 1.

本発明により、高い性能を有する高機能性薄膜を、生産性高く形成することが可能となり、良質なアモルファスな薄膜に加え、結晶性を有する非常に高品質な薄膜についても、プラスティック等、熱に弱い基材に形成できる方法が得られる。   The present invention makes it possible to form highly functional thin films with high performance with high productivity. In addition to high-quality amorphous thin films, extremely high-quality thin films with crystallinity can A process that can be formed on a weak substrate is obtained.

次に本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

本発明者等は、基材自体はそのガラス転移温度近傍望ましくはそれ以下に保持し、プラズマガス温度を高めることで基材の極表面のみの温度を高め、基材の変形なしに、良質の緻密な膜形成が出来ることを見いだした。そして、真空下で行うプラズマCVDよりは、大気圧下で行うプラズマCVDの方が、顕著にその効果が発現することを見出した。   The inventors of the present invention maintain the substrate itself in the vicinity of its glass transition temperature, desirably lower than that, increase the temperature of only the extreme surface of the substrate by increasing the plasma gas temperature, and improve the quality of the substrate without deformation. We found that a dense film can be formed. And it discovered that the effect of plasma CVD performed under atmospheric pressure was more remarkable than plasma CVD performed under vacuum.

しかし放電ガスと薄膜形成ガスを含む反応性ガスを混合した状態でガス温度を高めると、混合ガス中の薄膜形成ガス(原料ガス)の分解が始まり、放電空間に至るまでにパーティクルの発生を生じてしまう。
そこで鋭意検討した結果、放電ガスと薄膜形成ガスを含む反応性ガスを分離供給し、該放電ガスのみ高温化し供給する、そして、反応性ガスを薄膜形成ガスの熱分解温度以下として供給し、放電空間またはその直前で混合することにより基材極表面のみ温度を高め緻密な膜を形成することが可能となる。
However, if the gas temperature is raised with the discharge gas and the reactive gas containing the thin film forming gas mixed, the decomposition of the thin film forming gas (raw material gas) in the mixed gas begins, and particles are generated before reaching the discharge space. End up.
As a result of diligent examination, a reactive gas containing a discharge gas and a thin film forming gas was separated and supplied, and only the discharge gas was supplied at a high temperature, and the reactive gas was supplied below the thermal decomposition temperature of the thin film forming gas. By mixing in the space or immediately before it, it becomes possible to increase the temperature only on the surface of the substrate and form a dense film.

また、基材自体をそのガラス転移温度近傍、ないしそれ以下に保持するために、放電空間中において、基材を支持する電極の温度を、そのガラス転移温度に対して±50℃の範囲に制御することで、基材極表面以外は、変形を起こさないようにすることが可能となる。   In addition, in order to keep the substrate itself at or near its glass transition temperature, the temperature of the electrode supporting the substrate is controlled within a range of ± 50 ° C with respect to the glass transition temperature in the discharge space. By doing so, it is possible to prevent deformation other than the surface of the base electrode.

本発明の薄膜形成方法は、印加電極と、アース電極とを対向させて配置した放電空間と、前記印加電極およびアース電極に電圧を印加する電圧印加手段と、前記放電空間に薄膜形成ガスを含有する反応性ガスおよび放電ガスを流入させるガス導入手段とにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下、放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有するガスを放電空間に供給し、前記電圧印加手段にて電圧を印加して、前記放電空間に流入した前記反応性ガスを励起して放電プラズマを発生させ、基材を放電プラズマに晒すことにより前記基材の表面処理を行う薄膜形成方法であって、前記反応性ガスおよび放電ガスをそれぞれ分離して別々に、前記放電空間に導入し、かつ、放電空間における混合ガスの温度が300℃〜3000℃の範囲としたことを特徴とする薄膜形成方法である。   The thin film forming method of the present invention includes a discharge space in which an application electrode and a ground electrode are arranged to face each other, voltage application means for applying a voltage to the application electrode and the ground electrode, and a thin film forming gas in the discharge space. The gas containing the discharge gas and the thin film forming gas is supplied to the discharge space under the atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure by the reactive gas and the gas introducing means for introducing the discharge gas. A thin film forming method for performing surface treatment of the substrate by exciting the reactive gas flowing into the discharge space to generate discharge plasma and exposing the substrate to the discharge plasma, The reactive gas and the discharge gas are separated and introduced separately into the discharge space, and the temperature of the mixed gas in the discharge space is in the range of 300 ° C. to 3000 ° C. A thin film forming method according to.

前記放電空間における、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む反応性ガスの混合ガスの温度は、より好ましくは、500℃以上1000℃以下である。   The temperature of the mixed gas of the reactive gas containing the discharge gas and the thin film forming gas in the discharge space is more preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

混合ガスの温度を上記のような温度とするためには、分離供給した放電ガスと反応性ガス(薄膜形成ガス)について、反応性ガスの温度を反応性ガス中の薄膜形成ガスの熱分解温度以下で、また、放電ガスについては、放電空間におけるこれらの混合ガスの温度を前記の温度範囲とするため、例えば、300℃〜3000℃という高温にて供給することが好ましく、これにより、基材極表面を高い温度とすることが可能となる。   In order to set the temperature of the mixed gas as described above, for the discharge gas and the reactive gas (thin film forming gas) supplied separately, the temperature of the reactive gas is changed to the thermal decomposition temperature of the thin film forming gas in the reactive gas. In the following, the discharge gas is preferably supplied at a high temperature of 300 ° C. to 3000 ° C., for example, in order to set the temperature of the mixed gas in the discharge space to the above temperature range. It becomes possible to make a pole surface into high temperature.

前記放電ガス温度は、300℃以上であることが好ましいが、望ましくは500℃以上であることが好ましい。   The discharge gas temperature is preferably 300 ° C. or higher, and desirably 500 ° C. or higher.

ここにおいて極表面とは、基材表面より数nmの範囲を指す。   Here, the extreme surface refers to a range of several nm from the substrate surface.

また、薄膜形成ガスの熱分解温度は、形成しようとする薄膜の種類即ち原料ガスの種類により変わるものである。例えば、SiO2を形成する場合に用いられるテトラエトキシシランは(230℃)、TiO2を形成する場合に用いられるチタンイソプロポキシドは(280℃)である。 The thermal decomposition temperature of the thin film forming gas varies depending on the type of thin film to be formed, that is, the type of source gas. For example, tetraethoxysilane used for forming SiO 2 is (230 ° C.), and titanium isopropoxide used for forming TiO 2 is (280 ° C.).

しかしこれら熱分解温度は、実際上は、その雰囲気により変わるため、薄膜形成ガスは、N2、He、Ar等の不活性ガス中に希釈されて、供給されるのが好ましい。 However, since these thermal decomposition temperatures actually vary depending on the atmosphere, the thin film forming gas is preferably supplied after being diluted in an inert gas such as N 2 , He, or Ar.

これら薄膜形成ガスの熱分解温度とは、熱分析装置(TG/DTA、DSC等)により測定できる。
TG:熱重量測定(試料に熱を加えた時に生じる重量変化を連続的に検出・測定する)、DTA:示差熱分析装置(試料と基準物質(一般的にはアルミナ)に熱を加えた時に生じる、温度差を温度の関数として測定する)、また、DSC:示差走査熱量計(試料と基準物質に熱を加えた時に試料と基準物質に対する熱量の入力の差を温度の関数として測定する)等によって測定できる。本発明においては、DSCを用いて測定した。
The thermal decomposition temperature of these thin film forming gases can be measured by a thermal analyzer (TG / DTA, DSC, etc.).
TG: Thermogravimetry (continuously detects and measures weight changes that occur when heat is applied to the sample), DTA: Differential thermal analyzer (when heat is applied to the sample and reference material (generally alumina)) The resulting temperature difference is measured as a function of temperature) and DSC: Differential Scanning Calorimeter (when the sample and reference material are heated, the difference in heat input to the sample and reference material is measured as a function of temperature) It can be measured by etc. In this invention, it measured using DSC.

例えば、SiGe薄膜の原料ガスに用いるジシラン(Si26)においては熱分解温度400℃、フッ化ゲルマニウム(GeF4)においては熱分解温度>1000℃である。 For example, the thermal decomposition temperature is 400 ° C. for disilane (Si 2 H 6 ) used as the source gas for the SiGe thin film, and the thermal decomposition temperature> 1000 ° C. for germanium fluoride (GeF 4 ).

熱分解温度よりは低い温度にて、供給しても、前記の高温の放電ガスと混合することで高温の混合ガス(プラズマ)を発生させることができるので、緻密な膜形成が効率よく実現できる。   Even if it is supplied at a temperature lower than the thermal decomposition temperature, a high-temperature mixed gas (plasma) can be generated by mixing with the above-mentioned high-temperature discharge gas, so that a dense film can be formed efficiently. .

従って、形成しようとする膜、必要とする膜により、必要な混合ガスの温度が決まってくる。又、結晶化膜を得ようとするとより高い温度が必要である。   Therefore, the required mixed gas temperature is determined by the film to be formed and the required film. Also, higher temperatures are required to obtain a crystallized film.

以上の様に、各ガスを分離供給し、各々のガスの気体温度を個別に設定することにより、緻密な膜を得るに必要な、放電空間での混合ガス(プラズマ)温度を確保できる。また、反応性ガスを供給する配管内部に、温度制御システムを設けることにより、反応性ガス中の薄膜形成ガスの熱分解温度以下に温度を制御して、パーティクルの発生を抑制できる。また、反応性ガス温度を、薄膜形成ガスの飽和蒸気圧に対応する温度より高い温度に設定することも、薄膜形成ガスの電極表面へのコンデンスや付着物の発生、分解物の発生を防止し、その結果、均一な成膜を達成できるためには好ましい。   As described above, by separately supplying each gas and individually setting the gas temperature of each gas, it is possible to ensure the mixed gas (plasma) temperature in the discharge space necessary for obtaining a dense film. In addition, by providing a temperature control system inside the piping that supplies the reactive gas, the temperature can be controlled to be equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the thin film forming gas in the reactive gas, and generation of particles can be suppressed. In addition, setting the reactive gas temperature to a temperature higher than the temperature corresponding to the saturated vapor pressure of the thin film forming gas also prevents condensation of the thin film forming gas on the electrode surface, generation of deposits, and generation of decomposition products. As a result, it is preferable in order to achieve uniform film formation.

また、基材自体をそのガラス転移温度近傍、以下に保持するために、放電空間中において、基材を支持する電極の温度を、そのガラス転移温度に対して±50℃の近傍範囲に制御し、基材極表面以外は、変形を起こさないようにすることが好ましい。即ち、基材を支持しこれと接触する電極の温度を前記温度に制御することにより基材自体の温度が過剰に上昇しないようにする。前記電極の温度は、基材のガラス転移温度に対して±50℃の範囲というガラス転移温度近傍の温度であればよいが、ガラス転移温度(Tg)にたいし、これより低いTg−50℃〜Tgの範囲がより好ましい。   In addition, in order to keep the substrate itself in the vicinity of the glass transition temperature, or below, the temperature of the electrode supporting the substrate in the discharge space is controlled in the vicinity of ± 50 ° C. with respect to the glass transition temperature. It is preferable not to cause deformation except for the surface of the substrate. That is, by controlling the temperature of the electrode that supports and contacts the substrate to the above temperature, the temperature of the substrate itself is prevented from rising excessively. Although the temperature of the said electrode should just be the temperature of the glass transition temperature vicinity called the range of +/- 50 degreeC with respect to the glass transition temperature of a base material, it is Tg-50 degreeC lower than this with respect to glass transition temperature (Tg). The range of ~ Tg is more preferable.

(発明の実施形態)
本発明の大気圧プラズマ処理方法及び大気圧プラズマ処理装置について、以下にその実施の形態を図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。また、以下の説明には用語等に対する断定的な表現が含まれている場合があるが、本発明の好ましい例を示すものであって、本発明の用語の意義や技術的な範囲を限定するものではない。
(Embodiment of the Invention)
Embodiments of an atmospheric pressure plasma processing method and an atmospheric pressure plasma processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In addition, the following description may include affirmative expressions for terms and the like, but it shows preferred examples of the present invention and limits the meaning and technical scope of the terms of the present invention. It is not a thing.

本発明の大気圧プラズマ処理装置は、基材上に高機能の各種薄膜を形成することができ、例えば、電極膜、誘電体保護膜、半導体膜、透明導電膜、エレクトロクロミック膜、蛍光膜、超伝導膜、誘電体膜、太陽電池膜、反射防止膜、耐摩耗性膜、光学干渉膜、反射膜、帯電防止膜、導電膜、防汚膜、ハードコート膜、下引き膜、バリア膜、電磁波遮蔽膜、赤外線遮蔽膜、紫外線吸収膜、潤滑膜、形状記憶膜、磁気記録膜、発光素子膜、生体適合膜、耐食性膜、触媒膜、ガスセンサ膜、装飾膜等の形成に用いることができる。   The atmospheric pressure plasma processing apparatus of the present invention can form various high-performance thin films on a substrate, for example, an electrode film, a dielectric protective film, a semiconductor film, a transparent conductive film, an electrochromic film, a fluorescent film, Superconducting film, dielectric film, solar cell film, antireflection film, abrasion resistant film, optical interference film, reflection film, antistatic film, conductive film, antifouling film, hard coat film, undercoat film, barrier film, Can be used for forming electromagnetic shielding film, infrared shielding film, ultraviolet absorbing film, lubricating film, shape memory film, magnetic recording film, light emitting element film, biocompatible film, corrosion resistant film, catalyst film, gas sensor film, decorative film, etc. .

図1は、本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置のガス導入部および電極部の一例を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a gas introduction part and an electrode part of a film forming apparatus used in the thin film forming method of the present invention.

図1において、1は薄膜を形成する基材である。本発明で用いることができる基材としては、ガラス、樹脂等の基板、フィルム状のもの、レンズ状等の立体形状のもの等、薄膜をその表面に形成できるものであれば特に限定はない。   In FIG. 1, 1 is a base material which forms a thin film. The substrate that can be used in the present invention is not particularly limited as long as a thin film can be formed on the surface thereof, such as a substrate such as glass or resin, a film-like material, or a three-dimensional material such as a lens shape.

基材を構成する材料も特に限定はないが、大気圧または大気圧近傍の圧力下であることと、高温が極表面に限られることから、樹脂を好ましく用いることができる。   The material constituting the substrate is not particularly limited, but a resin can be preferably used because it is under atmospheric pressure or near atmospheric pressure, and high temperature is limited to the extreme surface.

例えば、本発明に係る薄膜が反射防止膜である場合、基材として好ましくはフィルム状のセルローストリアセテート等のセルロースエステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、更にこれらの上にゼラチン、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂等を塗設したもの等を使用することが出来る。また、これら基材は、支持体上にエチレン性不飽和モノマーを含む成分を重合させて形成した樹脂層等を塗装した防眩層やクリアハードコート層を有するもの、バックコート層、帯電防止層を塗設したものを用いることが出来る。   For example, when the thin film according to the present invention is an antireflection film, the substrate is preferably a cellulose ester such as a cellulose triacetate film, polyester, polycarbonate, polystyrene, and further gelatin, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic on these. A resin, polyester resin, cellulose-based resin, or the like can be used. Further, these base materials have an antiglare layer or a clear hard coat layer coated with a resin layer formed by polymerizing a component containing an ethylenically unsaturated monomer on a support, a back coat layer, an antistatic layer. Can be used.

上記の支持体(基材としても用いられる)としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、セロファン、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルロースアセテートフタレートフィルム、セルローストリアセテート、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体からなるフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン樹脂系フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリスルホン系フィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、アクリルフィルムあるいはポリアリレート系フィルム等を挙げることができる。   As the above support (also used as a base material), specifically, polyester films such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyethylene film, polypropylene film, cellophane, cellulose diacetate film, cellulose acetate butyrate film, Cellulose acetate propionate film, cellulose acetate phthalate film, cellulose triacetate, cellulose ester film such as cellulose nitrate, or derivatives thereof, polyvinylidene chloride film, polyvinyl alcohol film, ethylene vinyl alcohol film, syndiotactic polystyrene series Film, polycarbonate film, norbornene resin film, polymethylpen Film, polyetherketone film, polyimide film, polyethersulfone film, polysulfone film, polyetherketoneimide film, polyamide film, fluororesin film, nylon film, polymethylmethacrylate film, acrylic film or polyarylate film Can be mentioned.

これらの素材は単独であるいは適宜混合されて使用することもできる。中でもゼオネックス(日本ゼオン(株)製)、ARTON(日本合成ゴム(株)製)などの市販品を好ましく使用することができる。更に、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン及びポリエーテルスルフォンなどの固有複屈折率の大きい素材であっても、溶液流延、溶融押し出し等の条件、更には縦、横方向に延伸条件等を適宜設定することにより、得ることが出来る。また、本発明に係る支持体は、上記の記載に限定されない。膜厚としては10〜1000nmのフィルムが好ましく用いられる。   These materials can be used alone or in combination as appropriate. Among these, commercially available products such as ZEONEX (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and ARTON (manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.) can be preferably used. Furthermore, even for materials with a large intrinsic birefringence, such as polycarbonate, polyarylate, polysulfone, and polyethersulfone, conditions such as solution casting and melt extrusion, as well as stretching conditions in the longitudinal and lateral directions are set as appropriate. Can be obtained. Moreover, the support body which concerns on this invention is not limited to said description. A film thickness of 10 to 1000 nm is preferably used.

本発明において、基材上に設ける薄膜が、反射防止膜である場合には、本発明に係る支持体としては、中でもセルロースエステルフィルムを用いることが低い反射率の積層体が得られる為、好ましい。本発明に記載の効果を好ましく得る観点から、セルロースエステルとしてはセルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネートが好ましく、中でもセルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネートが好ましく用いられる。   In the present invention, when the thin film provided on the substrate is an antireflection film, it is preferable to use a cellulose ester film as the support according to the present invention, because a laminate having a low reflectance can be obtained. . From the viewpoint of preferably obtaining the effects described in the present invention, as the cellulose ester, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, and cellulose acetate propionate are preferable, and among them, cellulose acetate butyrate and cellulose acetate propionate are preferably used.

これらの基材となるフィルムの材料のガラス転移温度Tgにあわせて、基材を搬送し接触する電極の温度が、その近傍となるように制御されることが好ましい。   In accordance with the glass transition temperature Tg of the film material used as the base material, it is preferable that the temperature of the electrode that transports and contacts the base material is controlled to be in the vicinity thereof.

代表的な材料のガラス転移温度Tgは示差走査熱量計で測定することによって求められ、例えば、サンプルフィルム10mgをヘリウム−窒素気流中、20℃/分で昇温していった時、ベースラインから偏奇しはじめる温度と新たにベースラインに戻る温度の算術平均温度、若しくはTgに吸熱ピークが現れた時はこの吸熱ピークの最大値を示す温度をTgと定義する。   The glass transition temperature Tg of a typical material is determined by measuring with a differential scanning calorimeter. For example, when a sample film 10 mg is heated at 20 ° C./min in a helium-nitrogen stream, The arithmetic average temperature of the temperature that starts to deviate and the temperature that newly returns to the baseline, or when an endothermic peak appears in Tg, the temperature that shows the maximum value of this endothermic peak is defined as Tg.

例えば、ポリエステルフィルムのガラス転移温度Tgは、その材料となるチップの重合度や添加剤等、又結晶化度等、製造方法によっても異なるが、大凡90℃以上、200℃以下である。   For example, the glass transition temperature Tg of a polyester film is approximately 90 ° C. or more and 200 ° C. or less, although it varies depending on the production method such as the degree of polymerization and additives of the chip as the material, and the degree of crystallization.

図1において、印加電極2a、2bは、各々高圧の印加電極であり、印加電極2a、2bは、金属母体3a、3bの表面を誘電体4a、4bで被覆したものであり、放電中はその内部が冷却水等による冷却が出来るよう、印加電極2a、2bの冷却手段を有していることが好ましい。   In FIG. 1, the application electrodes 2a and 2b are high-voltage application electrodes, respectively. The application electrodes 2a and 2b are obtained by coating the surfaces of the metal bases 3a and 3b with dielectrics 4a and 4b. It is preferable to have a cooling means for the application electrodes 2a and 2b so that the inside can be cooled by cooling water or the like.

一方、上記印加電極2a、2bに対向する位置には、基材が接触して搬送される電極として、基材保持用のアース電極5が配置されている。アース電極5は、金属母体7上に、誘電体6を被覆したものであることが好ましい。   On the other hand, at a position facing the application electrodes 2a and 2b, a ground electrode 5 for holding the base material is disposed as an electrode which is transported in contact with the base material. The ground electrode 5 is preferably a metal base 7 coated with a dielectric 6.

上記各電極において、金属母体(3a、3b、7)としては、例えば、銀、白金、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属等が挙げられるが、加工の観点からステンレスであることが好ましい。   In each of the electrodes, examples of the metal matrix (3a, 3b, 7) include metals such as silver, platinum, stainless steel, aluminum, and iron. Stainless steel is preferable from the viewpoint of processing.

また、誘電体(4a、4b、6)は、無機材料が好ましく、更に、誘電体が、アルミナセラミックス溶射後、更にゾルゲル反応により硬化する珪素化合物にて封孔処理を行ったもが好ましい。   The dielectric (4a, 4b, 6) is preferably an inorganic material, and the dielectric is preferably subjected to a sealing treatment with a silicon compound that is cured by a sol-gel reaction after thermal spraying of alumina ceramics.

誘電体としては、無機材料であるケイ酸塩系ガラス・ホウ酸塩系ガラス・リン酸塩系ガラス・ゲルマン酸塩系ガラス・亜テルル酸塩ガラス・アルミン酸塩ガラス・バナジン酸塩ガラス等を用いることができる。この中でもホウ酸塩系ガラスが加工し易い。また、溶射法により気密性の高い高耐熱性のセラミックを用いることも好ましい。セラミックスの材質としては例えばアルミナ系、ジルコニア系、窒化珪素系、炭化珪素系のセラミックスが挙げられるが、中でもアルミナ系のセラミックスが好ましく、アルミナ系のセラミックスの中でも特にAl23を用いるのが好ましい。アルミナ系のセラミックスの厚みは1mm程度が好ましく、体積固有抵抗は108Ω・cm以上が好ましい。 Dielectrics include inorganic materials such as silicate glass, borate glass, phosphate glass, germanate glass, tellurite glass, aluminate glass, vanadate glass, etc. Can be used. Of these, borate glass is easy to process. It is also preferable to use a highly heat-resistant ceramic with high hermeticity by thermal spraying. Examples of the ceramic material include alumina-based, zirconia-based, silicon nitride-based, and silicon carbide-based ceramics. Among them, alumina-based ceramics are preferable, and among alumina-based ceramics, Al 2 O 3 is particularly preferable. . The thickness of the alumina ceramic is preferably about 1 mm, and the volume resistivity is preferably 10 8 Ω · cm or more.

セラミックスは、無機質材料で封孔処理されているのが好ましく、これにより電極の耐久性を向上させることができる。上記アルミナ系のセラミックスを被覆した上に、封孔剤である、ゾルゲル反応により硬化する珪素化合物(アルコキシシランが好ましい)を主原料とするゾルを塗布した後に、ゲル化させて硬化させることで、強固な3次元結合を形成させ均一な構造を有する珪素酸化物を形成することによって、セラミックスの封孔処理をすることができる。   The ceramic is preferably sealed with an inorganic material, whereby the durability of the electrode can be improved. After coating the alumina-based ceramics and applying a sol that is a sealant, a silicon compound that is cured by a sol-gel reaction (preferably alkoxysilane), and then gelled and cured, Ceramic sealing can be performed by forming a strong three-dimensional bond to form a silicon oxide having a uniform structure.

また、ゾルゲル反応を促進するためにエネルギー処理を行うことが好ましい。ゾルにエネルギー処理をすることによって、金属−酸素−金属の3次元結合を促進することができる。該エネルギー処理には、プラズマ処理や、200℃以下の加熱処理、UV処理が好ましい。   Moreover, it is preferable to perform energy treatment in order to promote the sol-gel reaction. By applying energy treatment to the sol, a three-dimensional bond of metal-oxygen-metal can be promoted. The energy treatment is preferably plasma treatment, heat treatment at 200 ° C. or lower, and UV treatment.

高温下での金属母材に誘電体を被覆して電極を製作する方法において、少なくとも基材と接する側の誘電体を研磨仕上げすること、更に電極の金属母材と誘電体間の熱膨張の差をなるべく小さくすることが必要であり、そのため製作方法において、母材表面に、応力を吸収出来る層として泡混入量をコントロールして無機質の材料をライニングする、特に材質としては琺瑯等で知られる溶融法により得られるガラスであることが良く、更に導電性金属母材に接する最下層の泡混入量を20〜30体積%とし、次層以降を5体積%以下とすることで、緻密でかつひび割れ等が発生しない良好な電極が出来る。   In a method of manufacturing an electrode by coating a dielectric on a metal base material at a high temperature, at least the dielectric on the side in contact with the substrate is polished and further, thermal expansion between the metal base material and the dielectric of the electrode It is necessary to make the difference as small as possible. Therefore, in the manufacturing method, the surface of the base material is lined with an inorganic material by controlling the amount of bubbles mixed as a layer capable of absorbing stress. It is preferable that the glass is obtained by a melting method, and the amount of bubbles mixed in the lowermost layer in contact with the conductive metal base material is set to 20 to 30% by volume, and the subsequent layer and the subsequent layers are set to 5% by volume or less, thereby being dense and A good electrode without cracks and the like can be produced.

また、電極の金属母材に誘電体を被覆する本発明に係る方法として、セラミックスの溶射を空隙率10体積%以下まで緻密に行い、更にゾルゲル反応により硬化する無機質の材料にて封孔処理を行うことであり、ここでゾルゲル反応の促進には、熱硬化やUV硬化が良く、更に封孔液を希釈し、コーティングと硬化を逐次で数回繰り返すと、よりいっそう無機質化が向上し、劣化の無い緻密な電極ができる。   In addition, as a method according to the present invention for coating the metal base material of the electrode with a dielectric material, ceramic spraying is performed precisely to a porosity of 10% by volume or less, and sealing treatment is performed with an inorganic material that is cured by a sol-gel reaction. In order to promote the sol-gel reaction, heat curing and UV curing are good. Further, diluting the sealing liquid and repeating coating and curing several times in succession further improves mineralization and deteriorates. A dense electrode without any defects can be formed.

図2に、本発明で用いることのできる高圧印加用電極の一例を示す。図2は、角柱型で固定されている電極の一例を示す斜視図であり、高圧印加用対向電極を例とすると、固定の印加電極2a、2bであり、金属母体3a、3bである中空のステンレスパイプに対して、セラミックスを溶射後、無機材料を用いて封孔処理したセラミック被覆処理の誘電体4a、4bを被覆した組み合わせで構成されているものである。   FIG. 2 shows an example of a high voltage application electrode that can be used in the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of an electrode fixed in a prismatic shape. When the counter electrode for applying a high voltage is taken as an example, the fixed application electrodes 2a and 2b and the hollow metal bases 3a and 3b are formed. The stainless steel pipe is composed of a combination in which ceramics are thermally sprayed and then sealed with a dielectric material 4a, 4b that is sealed with an inorganic material.

前記印加電極2a、2bおよび基材保持用のアース電極5によりこの間に形成される放電空間において、基材と接触しこれを支持するアース電極5の温度は、そのガラス転移温度に対して±50℃の範囲、特に好ましくは、ガラス転移温度−50℃〜ガラス転移温度(Tg)の範囲に温調されていることが好ましい。これにより前記の放電空間におけるプラズマ温度を前記の範囲とし、緻密な膜を形成させるとと共に、基材の温度上昇を抑えることで、樹脂基材の変形を抑えることが出来る。   In the discharge space formed between the application electrodes 2a and 2b and the ground electrode 5 for holding the base material, the temperature of the ground electrode 5 that contacts and supports the base material is ± 50 with respect to its glass transition temperature. It is preferable that the temperature is adjusted in the range of ° C., particularly preferably in the range of glass transition temperature −50 ° C. to glass transition temperature (Tg). As a result, the plasma temperature in the discharge space is set in the above range, a dense film is formed, and the rise in the temperature of the base material is suppressed, whereby the deformation of the resin base material can be suppressed.

ガラス転移温度よりも余り高い温度であれば、基材の変形が問題となり、また、一方、ガラス転移温度よりも低すぎる場合には、緻密な膜を得るための、放電空間における混合ガスの前記高温(300℃以上300℃以下)が得られ難い。また、基材上に形成される薄膜の結晶化という観点でも、充分な表面温度が得られず、好ましくない。   If the temperature is much higher than the glass transition temperature, the deformation of the substrate becomes a problem. On the other hand, if the temperature is too lower than the glass transition temperature, the mixed gas in the discharge space is obtained in order to obtain a dense film. High temperatures (300 ° C. or higher and 300 ° C. or lower) are difficult to obtain. Also, from the viewpoint of crystallization of a thin film formed on a substrate, a sufficient surface temperature cannot be obtained, which is not preferable.

従って、前記放電空間において、必要とされる混合ガス(プラズマ)温度は、緻密な膜を得るためには、前記高温(300℃以上300℃以下)が必要とされるが、放電空間における混合ガス(プラズマ)の温度は、基材上に形成される薄膜の結晶化温度近傍又はそれ以上であれば、さらに好ましい。   Therefore, the mixed gas (plasma) temperature required in the discharge space requires the high temperature (300 ° C. or more and 300 ° C. or less) in order to obtain a dense film. The temperature of (plasma) is more preferable if it is near or above the crystallization temperature of the thin film formed on the substrate.

必要とされる混合ガス温度は、求める膜とその膜質より、適宜変更される。例えば、バリア性能の高い膜として、SiO2膜があるが、これを成膜する際には、前記温度は、300℃以上あればかなり膜が緻密化し、非常にバリア性の高い膜が形成される。一方、ITO膜の場合には、300℃以上、望ましくは、結晶化温度以上、即ち、400℃以上あれば、アモルファスから結晶性が発現することで、非常に低抵抗な膜が形成できる。
更に、TiO2膜に関しても、300℃以上望ましくは500℃以上とすることでアナターゼ構造を有する結晶性の薄膜が形成され、また、望ましくは700℃以上とすることでルチル構造を有する薄膜が形成される。
The required mixed gas temperature is appropriately changed according to the desired film and its film quality. For example, as a film having a high barrier performance, there is a SiO 2 film. When the film is formed, if the temperature is 300 ° C. or higher, the film becomes considerably dense, and a film having a very high barrier property is formed. The On the other hand, in the case of an ITO film, if the temperature is 300 ° C. or higher, desirably, the crystallization temperature or higher, that is, 400 ° C. or higher, crystallinity is manifested from amorphous, so that a very low resistance film can be formed.
Further, regarding the TiO 2 film, a crystalline thin film having an anatase structure is formed by setting the temperature to 300 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, and preferably a thin film having a rutile structure is formed by setting the temperature to 700 ° C. or higher. Is done.

求められる膜の結晶化温度は、例えばシリコン基板等の耐熱性基板上に形成した膜を加熱して、前記膜をX線回折法を用いて分析し、結晶化膜が生じたかどうかをみることが来る。この方法で測定した結晶化温度は、例えば、ITO膜については150℃、またTiO2の結晶化温度は、アナターゼ型へは400℃、ルチル型へは600℃である。結晶化温度は、膜の純度及び密度等の影響によりやや異なることがあるため、混合ガス温度は結晶化温度近傍(±100℃、好ましくは±50℃)であることが好ましく、結晶化温度以上であることが更に好ましい。   The required crystallization temperature of the film is to heat a film formed on a heat-resistant substrate such as a silicon substrate and analyze the film using an X-ray diffraction method to see whether a crystallized film is formed. Come. The crystallization temperature measured by this method is, for example, 150 ° C. for the ITO film, and the crystallization temperature of TiO 2 is 400 ° C. for the anatase type and 600 ° C. for the rutile type. Since the crystallization temperature may be slightly different due to the influence of the purity and density of the film, the mixed gas temperature is preferably close to the crystallization temperature (± 100 ° C., preferably ± 50 ° C.), and more than the crystallization temperature. More preferably.

図1において、8は印加電極2a、2bとアース電極5の間に高周波電圧を印加するための高周波電源であり、印加する電圧が100kHzを越えていることが好ましく。好ましくは上限値が150MHz以下である。本発明で用いることのできる高周波電源としては、特に限定はないが、例えば、パール工業製高周波電源(200kHz)、同(800kHz)、同(2MHz)、日本電子製高周波電源(13.56MHz)、パール工業製高周波電源(150MHz)等を用いることができる。   In FIG. 1, reference numeral 8 denotes a high frequency power source for applying a high frequency voltage between the application electrodes 2a and 2b and the earth electrode 5, and the applied voltage preferably exceeds 100 kHz. Preferably, the upper limit value is 150 MHz or less. The high-frequency power source that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, the high-frequency power source (200 kHz), the same (800 kHz), the same (2 MHz) manufactured by Pearl Industry, the high frequency power source (13.56 MHz) manufactured by JEOL, A high-frequency power source (150 MHz) manufactured by Pearl Industry can be used.

9はアースであり、第2電極5はアース9に接地している。また、上記電極間に供給する電圧の放電出力は、1W/cm2以上であり、好ましくは1〜50W/cm2である。放電出力を上記で規定した範囲とすることにより、放電プラズマのプラズマ密度を上げることができる。 Reference numeral 9 denotes a ground, and the second electrode 5 is grounded to the ground 9. Moreover, the discharge output of the voltage supplied between the said electrodes is 1 W / cm < 2 > or more, Preferably it is 1-50 W / cm < 2 >. By setting the discharge output within the range specified above, the plasma density of the discharge plasma can be increased.

図1において、10はガス導入部である。ガス導入部10は、その中心部に放電ガス通路11を有し、その周囲に反応性ガス通路12a、12bを有している。放電ガス通路11と反応性ガス通路12a、12bは、放電ガス通路壁14a、14bで隔離され、また反応性ガス通路12a、12bは外部と反応性ガス通路壁15a、15bにより隔離されている。   In FIG. 1, 10 is a gas introduction part. The gas introduction part 10 has a discharge gas passage 11 at the center thereof and reactive gas passages 12a and 12b around it. The discharge gas passage 11 and the reactive gas passages 12a and 12b are separated by discharge gas passage walls 14a and 14b, and the reactive gas passages 12a and 12b are separated from the outside by the reactive gas passage walls 15a and 15b.

放電ガス導入手段である放電ガス通路11及び反応性ガス導入手段である反応性ガス通路12a、12bの構造としては、それぞれのガスが放電空間へ導入される前に混合しないように構成されていれば特に限定はない。例えば、直線的な通路壁14a、14b、15a、15bで分離されたスリット状の形態でも、あるいは、それぞれ内径の異なる円筒を組み合わせた構造でも良いが、簡便性及び温度制御の容易性からは、前者が好ましい。本発明においては、放電ガスを加温するために放電ガス通路壁14a、14bの温度を制御する温度制御手段を有することが好ましい。温度制御手段により放電ガスを供給する内部配管部(反応性ガス通路壁14a、14b)の温度を制御して、放電空間における混合ガスの温度を前記300℃〜3000℃という温度にできるように、反応性ガスの放電空間への供給時の温度を制御することが好ましい。   The structures of the discharge gas passage 11 as the discharge gas introduction means and the reactive gas passages 12a and 12b as the reactive gas introduction means are configured so that the respective gases are not mixed before being introduced into the discharge space. There is no particular limitation. For example, it may be a slit-like form separated by straight passage walls 14a, 14b, 15a, 15b, or a structure in which cylinders having different inner diameters are combined, but from the viewpoint of simplicity and ease of temperature control, The former is preferred. In the present invention, it is preferable to have temperature control means for controlling the temperature of the discharge gas passage walls 14a and 14b in order to heat the discharge gas. By controlling the temperature of the internal piping parts (reactive gas passage walls 14a, 14b) for supplying the discharge gas by the temperature control means, the temperature of the mixed gas in the discharge space can be set to a temperature of 300 ° C to 3000 ° C. It is preferable to control the temperature when the reactive gas is supplied to the discharge space.

放電ガス通路11には、従って、温度を制御し、前記の高温のガスとするため、温度制御手段としての保温制御システム13a、13bが設けられている。   Accordingly, the discharge gas passage 11 is provided with heat retention control systems 13a and 13b as temperature control means for controlling the temperature to obtain the above-mentioned high-temperature gas.

該保温制御システムは、温度センサ部、加熱部及び制御部からなり、温度センサで検知した温度を基にして、所望の温度となるように放電ガス通路壁に組み込まれた加熱媒体により昇温を行うものである。   The heat insulation control system includes a temperature sensor unit, a heating unit, and a control unit, and based on the temperature detected by the temperature sensor, the temperature is raised by a heating medium incorporated in the discharge gas passage wall so as to obtain a desired temperature. Is what you do.

このように、放電ガスである希ガス、不活性ガスについては、これらのガスを薄膜形成ガスと混合して、前記範囲の高い温度の放電プラズマを発生させることが可能なように、反応性ガスとは別に、予め、300℃〜3000℃の範囲という比較的高い温度に加熱されていることが好ましい。   As described above, for the rare gas and the inert gas, which are discharge gases, the reactive gas can be mixed with the thin film forming gas to generate discharge plasma at a high temperature in the above range. Apart from that, it is preferable to be heated to a relatively high temperature in the range of 300 ° C. to 3000 ° C. in advance.

本発明に係る放電ガス通路11、あるいは反応性ガス通路12a、12bを構成する通路壁14a、14b、15a、15bの材料は、各ガスに対する耐腐食性と強度を有し、かつ熱伝導率の高い材料であれば、その材質に特に制限はないが、セラミックが好ましい。   The material of the passage walls 14a, 14b, 15a, 15b constituting the discharge gas passage 11 or the reactive gas passages 12a, 12b according to the present invention has corrosion resistance and strength against each gas, and has a thermal conductivity. The material is not particularly limited as long as it is a high material, but ceramic is preferable.

また、本発明においては、前記のように、反応性ガスについては、薄膜形成ガスの熱分解温度以下に維持されることが好ましい。反応性ガス(薄膜形成ガス)中の薄膜形成ガス成分が例えば、テトラエトキシシラン等の場合、この熱分解温度以下に制御して、放電空間に導入される前に薄膜形成ガスが熱分解し、パーティクル等が生じるのを抑えるようにする。従って、薄膜形成ガス導入通路は、薄膜形成成分の熱分解温度以上にならないように温調されていることが好ましい。一方で、該反応性ガス供給時の薄膜形成ガス濃度における飽和蒸気圧を示す温度より高い温度とすることは、また該成分のコンデンス等を防止することができ好ましい。このために、図示されていないが、反応性ガス通路にも、前記の薄膜形成成分が熱分解温度以上にならないように、また、薄膜形成成分のコンデンス等を防止するように別の保温制御システムが備えられている。   In the present invention, as described above, it is preferable that the reactive gas is maintained below the thermal decomposition temperature of the thin film forming gas. When the thin film forming gas component in the reactive gas (thin film forming gas) is, for example, tetraethoxysilane or the like, the thin film forming gas is thermally decomposed before being introduced into the discharge space by being controlled below this thermal decomposition temperature, Try to suppress the generation of particles. Therefore, it is preferable that the temperature of the thin film forming gas introduction passage is adjusted so as not to exceed the thermal decomposition temperature of the thin film forming component. On the other hand, it is preferable to set the temperature higher than the temperature indicating the saturated vapor pressure in the thin film forming gas concentration at the time of supplying the reactive gas, because condensation of the component can be prevented. For this reason, although not shown, another heat retention control system is also provided in the reactive gas passage so that the thin film forming component does not exceed the thermal decomposition temperature and also prevents condensation of the thin film forming component. Is provided.

図3は、本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置の全体構成の別の一例を示す概略図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the overall configuration of the film forming apparatus used in the thin film forming method of the present invention.

図3は、プラズマ放電処理装置30、ガス充填手段50、電圧印加手段40、及び電極温度調節手段60から構成されている。図3では、図1に記載の対向して固定されている印加電極2a、2bとアース電極5を、ロール回転電極25と複数の角柱型固定電極36として、フィルム状の基材1にプラズマ放電処理を施すものである。基材1は、図示されていない元巻きから巻きほぐされて搬送してくるか、または前工程から搬送されてきて、ガイドロール64を経てニップロール65で基材1に同伴してくる空気等をカットし、ロール回転電極25に接触したまま巻き回されながら、複数の角柱型固定電極36との間を移送され、ニップロール66、ガイドロール67を経て、図示してない巻き取り機で巻き取られるか、次工程に移送する。反応性ガスは、ガス供給手段50により、ガス発生装置51で発生させた反応性ガスを、また放電ガス供給手段80によりガス発生装置81で発生させた放電ガスをそれぞれ、流量制御して、図1で示す構成からなる給気口52より放電空間に送られる。処理排ガスG′は排気口53より排出するようにする。図では、ガス導入部10a、10b、排気口53は一つしか示してないが、各角柱型固定電極36が図1に示す2組の印加電極を表している。次に、電圧印加手段40で、高周波電源41により角柱型固定電極36に電圧を印加し、ロール回転電極25にはアースを接地し、放電プラズマを発生させる。図では、省略してあるが、各々の角柱型固定電極36には、それぞれ電圧印加手段40により高周波電源41から同じ高周波電圧が供給されるようになっている。ロール回転電極25または角柱型固定電極36には、それぞれ電極温度調節手段60、70を用いて、媒体を加熱または冷却して電極に送液することができる。電極温度調節手段60、70で温度を調節した媒体を、送液ポンプPで配管61、71を経て、ロール回転電極25または角柱型固定電極36の内部から温度を調節する。   FIG. 3 includes a plasma discharge processing apparatus 30, a gas filling means 50, a voltage applying means 40, and an electrode temperature adjusting means 60. In FIG. 3, plasma discharge is applied to the film-like substrate 1 using the application electrodes 2 a and 2 b and the ground electrode 5 fixed in opposition shown in FIG. 1 as the roll rotation electrode 25 and a plurality of prismatic fixed electrodes 36. Processing is performed. The base material 1 is unwound from an unillustrated original roll and conveyed, or is conveyed from the previous process, and air or the like accompanying the base material 1 by the nip roll 65 via the guide roll 64. While being cut and wound while being in contact with the roll rotation electrode 25, it is transferred between the plurality of prismatic fixed electrodes 36, passed through the nip roll 66 and the guide roll 67, and taken up by a winder (not shown). Or transfer to the next process. The reactive gas is flow-controlled by the gas supply means 50 with the reactive gas generated by the gas generator 51 and the discharge gas generated by the gas generator 81 with the discharge gas supply means 80, respectively. 1 is sent to the discharge space from the air supply port 52 having the configuration indicated by 1. The treated exhaust gas G ′ is discharged from the exhaust port 53. In the figure, only one gas introduction part 10a, 10b and exhaust port 53 are shown, but each prismatic fixed electrode 36 represents two sets of application electrodes shown in FIG. Next, the voltage applying means 40 applies a voltage to the prismatic fixed electrode 36 from the high frequency power source 41, and the roll rotating electrode 25 is grounded to generate discharge plasma. Although not shown in the figure, the same high-frequency voltage is supplied from the high-frequency power source 41 to the respective prismatic fixed electrodes 36 by the voltage applying means 40. The roll rotating electrode 25 or the prismatic fixed electrode 36 can be fed to the electrode by heating or cooling the medium using electrode temperature adjusting means 60 and 70, respectively. The medium whose temperature is adjusted by the electrode temperature adjusting means 60, 70 is adjusted from the inside of the roll rotating electrode 25 or the prismatic fixed electrode 36 via the pipes 61, 71 by the liquid feed pump P.

特に、基材に接触し、これを搬送するロール回転電極25については、前記のように、前記電極温度調節手段70によって、基材1のガラス転移温度近傍に、温度が制御されていることが好ましい。熱媒体としては、空気等の気体を用いることができるが、蒸留水、シリコンオイルの様な油等の絶縁性材料が好ましく用いられる。基材フィルムの温度は処理条件によって異なるが、通常室温〜350℃の温度が用いられる。プラズマ放電処理の際、幅手方向あるいは長手方向での基材フィルムの温度ムラが出来るだけ生じないようにロールを用いた回転電極の内部の温度を制御することが望まれる。   In particular, as described above, the temperature of the roll rotating electrode 25 that contacts and transports the base material is controlled by the electrode temperature adjusting means 70 in the vicinity of the glass transition temperature of the base material 1. preferable. A gas such as air can be used as the heat medium, but insulating materials such as distilled water and oil such as silicon oil are preferably used. Although the temperature of a base film changes with process conditions, the temperature of room temperature-350 degreeC is normally used. During the plasma discharge treatment, it is desired to control the temperature inside the rotating electrode using a roll so that the temperature unevenness of the base film in the width direction or the longitudinal direction does not occur as much as possible.

本発明において用いられるガスは、基材上に設けたい薄膜の種類によって異なるが、基本的に、不活性ガスと、薄膜を形成するための反応性ガスの混合ガスである。反応性ガスは、混合ガスに対し、0.01〜10体積%含有させることが好ましい。薄膜の膜厚としては、1〜1000nmの範囲の薄膜が得られる。   The gas used in the present invention is basically a mixed gas of an inert gas and a reactive gas for forming a thin film, although it varies depending on the type of thin film to be provided on the substrate. It is preferable to contain 0.01-10 volume% of reactive gas with respect to mixed gas. As the thickness of the thin film, a thin film in the range of 1 to 1000 nm is obtained.

上記不活性ガスとは、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴンが好ましく用いられる。   Examples of the inert gas include Group 18 elements of the periodic table, specifically helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. In order to obtain the effects described in the present invention, helium Argon is preferably used.

本発明に係る反応性ガスは、薄膜の原料となる元素が含まれる薄膜形成ガス(原料ガス)を含有するガスである。   The reactive gas which concerns on this invention is gas containing the thin film formation gas (raw material gas) containing the element used as the raw material of a thin film.

薄膜形成ガスとしては、基材上に設けたい薄膜の種類によって異なるが、例えば、有機フッ素化合物を用いることにより反射防止層等に有用な低屈折率層や防汚層を形成することが出来、珪素化合物を用いることにより、反射防止層等に有用な低屈折率層やガスバリア層を形成することも出来る。また、Ti、Zr、Sn、SiあるいはZnのような金属を含有する有機金属化合物を用いることにより、金属酸化物層または金属窒化物層等を形成することが出来、これらは反射防止層等に有用な中屈折率層や高屈折率層を形成することが出来、更には導電層や帯電防止層を形成することも出来る。薄膜形成ガスの物質として、有機フッ素化合物及び金属化合物を好ましく挙げることが出来る。   The thin film forming gas varies depending on the type of thin film to be provided on the substrate, but for example, an organic fluorine compound can be used to form a low refractive index layer or an antifouling layer useful for an antireflection layer, By using a silicon compound, a low refractive index layer or a gas barrier layer useful for an antireflection layer or the like can be formed. Further, by using an organometallic compound containing a metal such as Ti, Zr, Sn, Si or Zn, a metal oxide layer or a metal nitride layer can be formed. A useful medium refractive index layer or high refractive index layer can be formed, and a conductive layer or an antistatic layer can also be formed. Preferred examples of the thin film forming gas include organic fluorine compounds and metal compounds.

また原料ガスの金属化合物としては、Al、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Cr、Co、Cs、Cu、Dy、Er、Eu、Fe、Ga、Gd、Ge、Hf、Hg、Ho、In、Ir、La、Li、LuMg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Ni、Pb、Pm、Pr、Pt、Rb、Rh、Sb、Sc、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Tb、Ti、Tl、Tm、V、W、Y、Yb、ZnまたはZr等の金属化合物または有機金属化合物を挙げることが出来る。   As the metal compound of the source gas, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Ce, Cr, Co, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, Ge , Hf, Hg, Ho, In, Ir, La, Li, LuMg, Mn, Mo, Na, Nb, Nd, Ni, Pb, Pm, Pr, Pt, Rb, Rh, Sb, Sc, Se, Si, Sn , Sr, Ta, Tb, Ti, Tl, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, Zr, and other metal compounds or organometallic compounds.

これらのうち珪素化合物としては、例えば、ジメチルシラン、テトラメチルシラン等のアルキルシラン;テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等の珪素アルコキシド等の有機珪素化合物;モノシラン、ジシラン等の珪素水素化合物;ジクロルシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン等のハロゲン化珪素化合物;その他オルガノシラン等を挙げることが出来る。   Among these, examples of the silicon compound include alkyl silanes such as dimethylsilane and tetramethylsilane; silicon such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. Examples include organosilicon compounds such as alkoxides; silicon hydrogen compounds such as monosilane and disilane; halogenated silicon compounds such as dichlorosilane, trichlorosilane, and tetrachlorosilane; and other organosilanes.

薄膜形成ガス(原料ガス)としての珪素以外の金属化合物としては、有機金属化合物、ハロゲン化金属化合物、金属水素化合物等を上げることが出来る。有機金属化合物の有機成分としてはアルキル基、アルコキシド基、アミノ基が好ましく、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラジメチルアミノチタン等を好ましく挙げることが出来る。またハロゲン化金属化合物としては、二塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタン等を挙げることが出来、更に金属水素化合物としては、モノチタン、ジチタン等を挙げることが出来る。   Examples of metal compounds other than silicon as a thin film forming gas (raw material gas) include organic metal compounds, metal halide compounds, metal hydrogen compounds, and the like. As the organic component of the organometallic compound, an alkyl group, an alkoxide group, and an amino group are preferable, and tetraethoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetrabutoxytitanium, tetradimethylaminotitanium, and the like can be preferably exemplified. In addition, examples of the metal halide compound include titanium dichloride, titanium trichloride, and titanium tetrachloride, and examples of the metal hydrogen compound include monotitanium and dititanium.

本発明に係る反応性ガスは、反応性ガスに含有される薄膜形成ガス(原料ガス)の種類に応じて反応促進ガスを含有してもよい。反応促進ガスとしては、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、過酸化水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、オゾンガス、アンモニア、窒素酸化物等が挙げられる。   The reactive gas according to the present invention may contain a reaction promoting gas depending on the type of thin film forming gas (raw material gas) contained in the reactive gas. Examples of the reaction promoting gas include oxygen gas, hydrogen gas, water vapor, hydrogen peroxide gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen gas, ozone gas, ammonia, and nitrogen oxide.

例えば、反応性ガスとしてジンクアセチルアセトナート、トリエチルインジウム、トリメチルインジウム、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛、エトラエチル錫、エトラメチル錫、二酢酸ジ−n−ブチル錫、テトラブチル錫、テトラオクチル錫などから選択された少なくとも1つの有機金属化合物を含む反応性ガスを用いて、導電性膜あるいは帯電防止膜、あるいは反射防止膜の中屈折率層として有用な金属酸化物層を形成することができる。   For example, at least selected from zinc acetylacetonate, triethylindium, trimethylindium, diethylzinc, dimethylzinc, etraethyltin, etramethyltin, di-n-butyltin diacetate, tetrabutyltin, tetraoctyltin and the like as the reactive gas A reactive gas containing one organometallic compound can be used to form a metal oxide layer useful as a middle refractive index layer of a conductive film, an antistatic film, or an antireflection film.

また、フッ素含有化合物ガスを用いることによって、基材表面にフッ素含有基を形成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表面を得る撥水膜を得ることが出来る。フッ素元素含有化合物としては、6フッ化プロピレン(CF3CFCF2)、8フッ化シクロブタン(C48)等のフッ素・炭素化合物が挙げられる。安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水素を生成しない6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタンを用いるのが好ましい。 Moreover, by using a fluorine-containing compound gas, a water-repellent film can be obtained in which a fluorine-containing group is formed on the surface of the substrate to reduce the surface energy and obtain a water-repellent surface. Examples of the fluorine element-containing compound include fluorine / carbon compounds such as hexafluoropropylene (CF 3 CFCF 2 ) and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ). From the viewpoint of safety, it is preferable to use propylene hexafluoride or cyclobutane octafluoride that does not generate hydrogen fluoride, which is a harmful gas.

また、分子内に親水性基と重合性不飽和結合を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことにより、親水性の重合膜を堆積させることもできる。上記親水性基としては、水酸基、スルホン酸基、スルホン酸塩基、1級若しくは2級又は3級アミノ基、アミド基、4級アンモニウム塩基、カルボン酸基、カルボン酸塩基等の親水性基等が挙げられる。又、ポリエチレングリコール鎖を有するモノマーを用いても同様に親水性重合膜を堆積が可能である。   Moreover, a hydrophilic polymer film can be deposited by performing the treatment in an atmosphere of a monomer having a hydrophilic group and a polymerizable unsaturated bond in the molecule. Examples of the hydrophilic group include a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a sulfonate group, a primary or secondary or tertiary amino group, an amide group, a quaternary ammonium base, a carboxylic acid group, and a carboxylic acid group. Can be mentioned. Similarly, a hydrophilic polymer film can be deposited using a monomer having a polyethylene glycol chain.

上記モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、メタクリル酸カリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリルアルコール、アリルアミン、ポリエチレングリコールジメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジアクリル酸エステルなどが挙げられ、これらの少なくとも1種が使用できる。   Examples of the monomer include acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, sodium acrylate, sodium methacrylate, potassium acrylate, potassium methacrylate, sodium styrenesulfonate, allyl alcohol, allylamine, polyethylene. Examples thereof include glycol dimethacrylic acid ester and polyethylene glycol diacrylic acid ester, and at least one of them can be used.

また、有機フッ素化合物、珪素化合物またはチタン化合物を含有する反応性ガスを用いることにより、反射防止膜の低屈折率層または高屈折率層を設けることが出来る。   Further, by using a reactive gas containing an organic fluorine compound, a silicon compound, or a titanium compound, the low refractive index layer or the high refractive index layer of the antireflection film can be provided.

有機フッ素化合物としては、フッ化炭素ガス、フッ化炭化水素ガス等が好ましく用いられる。フッ化炭素ガスとしては、4フッ化炭素、6フッ化炭素、具体的には、4フッ化メタン、4フッ化エチレン、6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタン等が挙げられる。前記のフッ化炭化水素ガスとしては、2フッ化メタン、4フッ化エタン、4フッ化プロピレン、3フッ化プロピレン等が挙げられる。   As the organic fluorine compound, a fluorocarbon gas, a fluorinated hydrocarbon gas, or the like is preferably used. Examples of the fluorocarbon gas include carbon tetrafluoride and carbon hexafluoride, specifically, tetrafluoromethane, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, octafluorocyclobutane, and the like. Examples of the fluorinated hydrocarbon gas include difluoromethane, tetrafluoroethane, tetrafluoropropylene, and trifluoride propylene.

更に、1塩化3フッ化メタン、1塩化2フッ化メタン、2塩化4フッ化シクロブタン等のフッ化炭化水素化合物のハロゲン化物やアルコール、酸、ケトン等の有機化合物のフッ素置換体を用いることが出来るがこれらに限定されない。また、これらの化合物が分子内にエチレン性不飽和基を有していても良い。前記の化合物は単独でも混合して用いても良い。   Furthermore, a halogenated fluoride compound such as trichloromethane monochloride, methane difluoride methane, or cyclobutane tetrachloride, or a fluorine-substituted product of an organic compound such as alcohol, acid, or ketone may be used. Yes, but not limited to these. Moreover, these compounds may have an ethylenically unsaturated group in the molecule. The above compounds may be used alone or in combination.

混合ガス中に上記記載の有機フッ素化合物を用いる場合、放電プラズマ処理により基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中の有機フッ素化合物の含有率は、0.1〜10体積%であることが好ましいが、更に好ましくは、0.1〜5体積%である。   When the organic fluorine compound described above is used in the mixed gas, the content of the organic fluorine compound in the mixed gas is 0.1 to 10% by volume from the viewpoint of forming a uniform thin film on the substrate by discharge plasma treatment. Although it is preferable, it is 0.1-5 volume% more preferably.

また、有機フッ素化合物が常温、常圧で気体である場合は、混合ガスの構成成分として、そのまま使用できるので最も容易に本発明の方法を遂行することができる。しかし、有機フッ素化合物が常温・常圧で液体又は固体である場合には、加熱、減圧等の方法により気化して使用すればよく、また、適切な溶剤に溶解して用いてもよい。   Further, when the organic fluorine compound is a gas at normal temperature and pressure, it can be used as it is as a component of the mixed gas, so that the method of the present invention can be performed most easily. However, when the organic fluorine compound is liquid or solid at normal temperature and normal pressure, it may be vaporized by a method such as heating or decompression, or it may be dissolved in an appropriate solvent.

混合ガス中に上記記載のチタン化合物を用いる場合、放電プラズマ処理により基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中のチタン化合物の含有率は、0.01〜10体積%であることが好ましいが、更に好ましくは、0.01〜1体積%である。   When using the above-described titanium compound in the mixed gas, the content of the titanium compound in the mixed gas is 0.01 to 10% by volume from the viewpoint of forming a uniform thin film on the substrate by discharge plasma treatment. Although it is preferable, 0.01 to 1 volume% is more preferable.

また、上記記載の混合ガス中に水素ガスを0.1〜10体積%含有させることにより薄膜の硬度を著しく向上させることが出来る。   Moreover, the hardness of a thin film can be remarkably improved by containing 0.1-10 volume% of hydrogen gas in the said mixed gas.

また、混合ガス中に酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素から選択される成分を0.01〜5体積%含有させることにより、反応促進され、且つ、緻密で良質な薄膜を形成することができる。   In addition, by containing 0.01 to 5% by volume of a component selected from oxygen, ozone, hydrogen peroxide, carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen in the mixed gas, the reaction is promoted and is dense and of high quality. A thin film can be formed.

反応性ガスには、反応性ガスに含有される原料ガスの種類に応じて反応促進ガスを含有してもよい。反応促進ガスとしては、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、過酸化水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、オゾンガス、アンモニア、窒素酸化物等が挙げられる。   The reactive gas may contain a reaction promoting gas depending on the type of raw material gas contained in the reactive gas. Examples of the reaction promoting gas include oxygen gas, hydrogen gas, water vapor, hydrogen peroxide gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, ozone gas, ammonia, and nitrogen oxide.

またこれらの反応促進ガスは、反応性ガスに含有される原料ガスの種類に応じて、放電ガス中に含有してもよく、こちらの方が反応ガス温度を上げることが出来好ましい。   These reaction promoting gases may be contained in the discharge gas according to the type of the raw material gas contained in the reactive gas, and this is preferable because it can increase the reaction gas temperature.

上記記載の珪素化合物、チタン化合物としては、取り扱い上の観点から金属水素化合物、金属アルコキシドが好ましく、腐食性、有害ガスの発生がなく、工程上の汚れなども少ないことから、金属アルコキシドが好ましく用いられる。   As the silicon compounds and titanium compounds described above, metal hydrides and metal alkoxides are preferable from the viewpoint of handling, and metal alkoxides are preferably used because they are not corrosive, do not generate harmful gases, and have little contamination in the process. It is done.

また、上記記載の珪素化合物、チタン化合物を放電空間である電極間に導入するには、両者は常温常圧で、気体、液体、固体いずれの状態であっても構わない。気体の場合は、そのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合は、加熱、減圧、超音波照射等の手段により気化させて使用される。珪素化合物、チタン化合物を加熱により気化して用いる場合、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシチタンなど、常温で液体で、沸点が200℃以下である金属アルコキシドが反射防止膜の形成に好適に用いられる。上記金属アルコキシドは、溶媒によって希釈して使用されても良く、溶媒は、メタノール、エタノール、n−ヘキサンなどの有機溶媒及びこれらの混合溶媒が使用できる。尚、これらの希釈溶媒は、プラズマ放電処理中において、分子状、原子状に分解される為、基材上への薄膜の形成、薄膜の組成などに対する影響は殆ど無視することが出来る。   Further, in order to introduce the silicon compound and the titanium compound described above between the electrodes which are the discharge spaces, both of them may be in the state of gas, liquid or solid at normal temperature and pressure. In the case of gas, it can be introduced into the discharge space as it is, but in the case of liquid or solid, it is used after being vaporized by means such as heating, decompression or ultrasonic irradiation. When a silicon compound or a titanium compound is vaporized by heating, a metal alkoxide that is liquid at room temperature and has a boiling point of 200 ° C. or lower, such as tetraethoxysilane or tetraisopropoxytitanium, is preferably used for forming the antireflection film. The metal alkoxide may be used after being diluted with a solvent. As the solvent, an organic solvent such as methanol, ethanol, n-hexane, or a mixed solvent thereof can be used. Since these diluted solvents are decomposed into molecular and atomic forms during the plasma discharge treatment, the influence on the formation of the thin film on the substrate, the composition of the thin film, etc. can be almost ignored.

上記記載の珪素化合物としては、例えば、ジメチルシラン、テトラメチルシランなどの有機金属化合物、モノシラン、ジシランなどの金属水素化合物、二塩化シラン、三塩化シランなどの金属ハロゲン化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジメチルジエトキシシランなどのアルコキシシラン、オルガノシランなどを用いることが好ましいがこれらに限定されない。また、これらは適宜組み合わせて用いることが出来る。   Examples of the silicon compound described above include organic metal compounds such as dimethylsilane and tetramethylsilane, metal hydrogen compounds such as monosilane and disilane, metal halogen compounds such as silane dichloride and silane trichloride, tetramethoxysilane, and tetraethoxy. It is preferable to use alkoxysilane such as silane or dimethyldiethoxysilane, organosilane, or the like, but the invention is not limited to these. Moreover, these can be used in combination as appropriate.

混合ガス中に上記記載の珪素化合物を用いる場合、放電プラズマ処理により基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中の珪素化合物の含有率は、0.01〜10体積%であることが好ましいが、更に好ましくは、0.01〜1体積%である。   When the silicon compound described above is used in the mixed gas, the content of the silicon compound in the mixed gas is 0.01 to 10% by volume from the viewpoint of forming a uniform thin film on the substrate by discharge plasma treatment. Although it is preferable, 0.01 to 1 volume% is more preferable.

上記記載のチタン化合物としては、テトラジメチルアミノチタンなどの有機金属化合物、モノチタン、ジチタンなどの金属水素化合物、二塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタンなどの金属ハロゲン化合物、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタンなどの金属アルコキシドなどを用いることが好ましいがこれらに限定されない。   Examples of the titanium compounds described above include organometallic compounds such as tetradimethylaminotitanium, metal hydrogen compounds such as monotitanium and dititanium, metal halogen compounds such as titanium dichloride, titanium trichloride, and titanium tetrachloride, tetraethoxy titanium, tetra Metal alkoxides such as isopropoxy titanium and tetrabutoxy titanium are preferably used, but are not limited thereto.

次に、図1で示した大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ処理方法について説明する。   Next, an atmospheric pressure plasma processing method using the atmospheric pressure plasma processing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

基材1は、ベルトコンベア(不図示)等の搬送手段により、印加電極2a、2bと基材保持用アース電極5間に搬送される。ここで基材設置後、基材保持用アース電極5は、成膜中に平行移動を行う。   The substrate 1 is conveyed between the application electrodes 2a and 2b and the substrate holding ground electrode 5 by a conveying means such as a belt conveyor (not shown). Here, after the base material is installed, the ground electrode 5 for holding the base material moves in parallel during film formation.

一方、放電ガス通路11に放電ガスを、反応性ガス通路12a、12bに反応性ガスを導入する。この際、必要に応じて、保温制御システム13a、13bにより、放電ガス通路壁14a、14bを加温する。導入された各ガスは、新たに導入される各ガスに押し出されて、印加電極2a、2bとアース電極5間に導入され、大気圧近傍の圧力下で存在する印加電極2a、2bとアース電極5間に高周波電源8にて高周波電圧を印加し、放電プラズマを発生させる。発生した放電プラズマにて、ベルトコンベアにて運搬されてきた基材1の表面処理を行い、表面処理を終えた基材1はベルトコンベアにて、印加電極2a、2bとアース電極5間の外へと運搬される。   On the other hand, a discharge gas is introduced into the discharge gas passage 11 and a reactive gas is introduced into the reactive gas passages 12a and 12b. At this time, the discharge gas passage walls 14a and 14b are heated by the heat retention control systems 13a and 13b as necessary. Each introduced gas is pushed out to each newly introduced gas and introduced between the application electrodes 2a, 2b and the earth electrode 5, and the application electrodes 2a, 2b and the earth electrode existing under a pressure near atmospheric pressure. A high frequency voltage is applied between the five by a high frequency power source 8 to generate discharge plasma. The surface treatment of the base material 1 that has been transported by the belt conveyor is performed with the generated discharge plasma, and the base material 1 that has been subjected to the surface treatment is placed between the applied electrodes 2a and 2b and the ground electrode 5 by the belt conveyor. It is transported to.

上記の薄膜形成方法においては、ヘリウムやアルゴン等の希ガスを放電ガスとして用いるが、本発明は、放電ガスとしてより安価な窒素等のガスを用いた方法にも適用できる。   In the above thin film forming method, a rare gas such as helium or argon is used as a discharge gas, but the present invention can also be applied to a method using a cheaper gas such as nitrogen as a discharge gas.

放電開始電界強度が高く従来の高周波電界のもとでは安定な放電が得られにくい窒素等のガスにおいては、放電空間に、前記第1の高周波電界と第2の高周波電界とを重畳し、放電させる方法を用いることが好ましい。   In a gas such as nitrogen, which has a high discharge starting electric field strength and is difficult to obtain a stable discharge under a conventional high frequency electric field, the first high frequency electric field and the second high frequency electric field are superimposed in the discharge space, and the discharge is performed. It is preferable to use the method of making it.

この場合の放電条件としては、放電空間に、前記第1の高周波電界と第2の高周波電界とを重畳し、前記第1の高周波電界の周波数ω1より前記第2の高周波電界の周波数ω2が高く、且つ、前記第1の高周波電界の強さV1、前記第2の高周波電界の強さV2および放電開始電界の強さIVとの関係が、
1≧IV>V2
または V1>IV≧V2 を満たし、
前記第2の高周波電界の出力密度が、1W/cm2以上である。
As the discharge condition of the case, the discharge space, wherein the first superimposing a high frequency electric field and the second high frequency electric field, said first high frequency electric field and the second than the frequency omega 1 of the high-frequency electric field of a frequency omega 2 And the relationship between the first high-frequency electric field strength V 1 , the second high-frequency electric field strength V 2, and the discharge starting electric field strength IV is:
V 1 ≧ IV> V 2
Or V 1 > IV ≧ V 2 is satisfied,
The power density of the second high frequency electric field is 1 W / cm 2 or more.

高周波とは、少なくとも0.5kHzの周波数を有するものを言う。   High frequency refers to one having a frequency of at least 0.5 kHz.

重畳する高周波電界が、ともにサイン波である場合、第1の高周波電界の周波数ω1と該周波数ω1より高い第2の高周波電界の周波数ω2とを重ね合わせた成分となり、その波形は周波数ω1のサイン波上に、それより高い周波数ω2のサイン波が重なった鋸歯状の波形となる。 High frequency electric field to be superimposed, if are both sine wave becomes a first high-frequency electric field of a frequency omega 1 and the frequency omega higher than 1 second high-frequency electric field of a frequency omega 2 and the superposed component, its waveform frequency A sine wave having a higher frequency ω 2 is superimposed on the sine wave of ω 1 , resulting in a sawtooth waveform.

放電開始電界の強さとは、実際の薄膜形成方法に使用される放電空間(電極の構成など)および反応条件(ガス条件など)において放電を起こすことの出来る最低電界強度のことを指す。放電開始電界強度は、放電空間に供給されるガス種や電極の誘電体種または電極間距離などによって多少変動するが、同じ放電空間においては、放電ガスの放電開始電界強度に支配される。   The strength of the electric field at which discharge starts is the lowest electric field intensity that can cause discharge in the discharge space (electrode configuration, etc.) and reaction conditions (gas conditions, etc.) used in the actual thin film formation method. The discharge start electric field strength varies somewhat depending on the type of gas supplied to the discharge space, the dielectric type of the electrode, or the distance between the electrodes, but is controlled by the discharge start electric field strength of the discharge gas in the same discharge space.

上記で述べたような高周波電界を放電空間に印加することによって、薄膜形成可能な放電を起こし、高品位な薄膜形成に必要な高密度プラズマを発生することが出来ると推定される。   By applying a high-frequency electric field as described above to the discharge space, it is presumed that a discharge capable of forming a thin film is generated and high-density plasma necessary for forming a high-quality thin film can be generated.

ここで重要なのは、このような高周波電界が対向する電極に印加され、すなわち、同じ放電空間に印加されることである。   What is important here is that such a high-frequency electric field is applied to the opposing electrodes, that is, applied to the same discharge space.

サイン波等の連続波の重畳が好ましいが、これに限られるものではなく、両方パルス波であっても、一方が連続波でもう一方がパルス波であってもかまわない。また、更に第3の電界を有していてもよい。   Although superposition of continuous waves such as sine waves is preferable, the present invention is not limited to this, and both pulse waves may be used, one may be continuous waves and the other may be pulse waves. Further, it may have a third electric field.

上記本発明の高周波電界を、同一放電空間に印加する具体的な方法としては、対向電極を構成する第1電極に周波数ω1であって電界強度V1である第1の高周波電界を印加する第1電源を接続し、第2電極に周波数ω2であって電界強度V2である第2の高周波電界を印加する第2電源を接続した大気圧プラズマ放電処理装置を用いることである。 As a specific method for applying the high-frequency electric field of the present invention to the same discharge space, a first high-frequency electric field having a frequency ω 1 and an electric field strength V 1 is applied to the first electrode constituting the counter electrode. An atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus is used in which a first power source is connected, and a second power source is connected to the second electrode to apply a second high-frequency electric field having a frequency ω 2 and an electric field strength V 2 .

上記の大気圧プラズマ放電処理装置には、対向電極間に、放電ガスと薄膜形成ガスとを供給するガス供給手段を備える。更に、電極の温度を制御する電極温度制御手段を有することが好ましい。   The atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus includes a gas supply unit that supplies a discharge gas and a thin film forming gas between the counter electrodes. Furthermore, it is preferable to have an electrode temperature control means for controlling the temperature of the electrode.

また、第1電極、第1電源またはそれらの間の何れかには第1フィルタを、また第2電極、第2電源またはそれらの間の何れかには第2フィルタを接続することが好ましく、第1フィルタは第1電源から第1電極への第1の高周波電界の電流を通過しやすくし、第2の高周波電界の電流をアースして、第2電源から第1電源への第2の高周波電界の電流を通過しにくくする。また、第2フィルタはその逆で、第2電源から第2電極への第2の高周波電界の電流を通過しやすくし、第1の高周波電界の電流をアースして、第1電源から第2電源への第1の高周波電界の電流を通過しにくくする機能が備わっているものを使用する。ここで、通過しにくいとは、好ましくは、電流の20%以下、より好ましくは10%以下しか通さないことをいう。逆に通過しやすいとは、好ましくは電流の80%以上、より好ましくは90%以上を通すことをいう。   Further, it is preferable to connect the first filter to the first electrode, the first power source or any of them, and connect the second filter to the second electrode, the second power source or any of them, The first filter facilitates the passage of the first high-frequency electric field current from the first power source to the first electrode, grounds the second high-frequency electric field current, and the second filter from the second power source to the first power source. It makes it difficult to pass the current of the high frequency electric field. On the other hand, the second filter makes it easy to pass the current of the second high-frequency electric field from the second power source to the second electrode, grounds the current of the first high-frequency electric field, and the second power from the first power source. A power supply having a function of making it difficult to pass the current of the first high-frequency electric field to the power supply is used. Here, being difficult to pass means that it preferably passes only 20% or less of the current, more preferably 10% or less. On the contrary, being easy to pass means preferably passing 80% or more of the current, more preferably 90% or more.

更に、本発明の大気圧プラズマ放電処理装置の第1電源は、第2電源より高い高周波電界強度を印加出来る能力を有していることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the first power source of the atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus of the present invention has a capability of applying a higher frequency electric field strength than the second power source.

ここで、本発明でいう高周波電界強度(印加電界強度)と放電開始電界強度は、下記の方法で測定されたものをいう。   Here, the high frequency electric field strength (applied electric field strength) and the discharge starting electric field strength referred to in the present invention are those measured by the following method.

高周波電界強度V1及びV2(単位:kV/mm)の測定方法:
各電極部に高周波電圧プローブ(P6015A)を設置し、該高周波電圧プローブの出力信号をオシロスコープ(Tektronix社製、TDS3012B)に接続し、電界強度を測定する。
Measuring method of high frequency electric field strengths V 1 and V 2 (unit: kV / mm):
A high-frequency voltage probe (P6015A) is installed in each electrode section, and the output signal of the high-frequency voltage probe is connected to an oscilloscope (Tektronix, TDS3012B), and the electric field strength is measured.

放電開始電界強度IV(単位:kV/mm)の測定方法:
電極間に放電ガスを供給し、この電極間の電界強度を増大させていき、放電が始まる電界強度を放電開始電界強度IVと定義する。測定器は上記高周波電界強度測定と同じである。
Measuring method of electric discharge starting electric field intensity IV (unit: kV / mm):
A discharge gas is supplied between the electrodes, the electric field strength between the electrodes is increased, and the electric field strength at which discharge starts is defined as a discharge starting electric field strength IV. The measuring instrument is the same as the high frequency electric field strength measurement.

なお、上記測定に使用する高周波電圧プローブとオシロスコープの位置関係については、後述の図4に示してある。   The positional relationship between the high-frequency voltage probe used for the measurement and the oscilloscope is shown in FIG.

本発明で規定する放電条件をとることにより、例え窒素ガスのように放電開始電界強度が高い放電ガスでも、放電を開始し、高密度で安定なプラズマ状態を維持出来、高性能な薄膜形成を行うことが出来るのである。   By adopting the discharge conditions specified in the present invention, even a discharge gas having a high discharge starting electric field strength, such as nitrogen gas, can start discharge, maintain a high density and stable plasma state, and form a high-performance thin film. It can be done.

上記の測定により放電ガスを窒素ガスとした場合、その放電開始電界強度IV(1/2Vp-p)は3.7kV/mm程度であり、従って、上記の関係において、第1の高周波電界強度を、V1≧3.7kV/mmとして印加することによって窒素ガスを励起し、プラズマ状態にすることが出来る。 When the discharge gas is nitrogen gas by the above measurement, the discharge start electric field strength IV (1/2 V pp ) is about 3.7 kV / mm. Therefore, in the above relationship, the first high frequency electric field strength is By applying V 1 ≧ 3.7 kV / mm, the nitrogen gas can be excited to be in a plasma state.

ここで、第1電源の周波数としては、200kHz以下が好ましく用いることが出来る。またこの電界波形としては、連続波でもパルス波でもよい。下限は1kHz程度が望ましい。   Here, the frequency of the first power source is preferably 200 kHz or less. The electric field waveform may be a continuous wave or a pulse wave. The lower limit is preferably about 1 kHz.

一方、第2電源の周波数としては、800kHz以上が好ましく用いられる。この第2電源の周波数が高い程、プラズマ密度が高くなり、緻密で良質な薄膜が得られる。上限は200MHz程度が望ましい。   On the other hand, the frequency of the second power source is preferably 800 kHz or more. The higher the frequency of the second power source, the higher the plasma density, and a dense and high-quality thin film can be obtained. The upper limit is preferably about 200 MHz.

このような2つの電源から高周波電界を印加することは、第1の高周波電界によって高い放電開始電界強度を有する放電ガスの放電を開始するのに必要であり、また第2の高周波電界の高い周波数および高い出力密度によりプラズマ密度を高くして緻密で良質な薄膜を形成することが本発明の重要な点である。   The application of a high frequency electric field from such two power sources is necessary to start the discharge of a discharge gas having a high discharge start electric field strength by the first high frequency electric field, and the high frequency of the second high frequency electric field. In addition, it is an important point of the present invention to form a dense and high-quality thin film by increasing the plasma density with a high power density.

また、第1の高周波電界の出力密度を高くすることで、放電の均一性を維持したまま、第2の高周波電界の出力密度を向上させることができる。これにより、更なる均一高密度プラズマが生成でき、更なる成膜速度の向上と、膜質の向上が両立出来る。   Also, by increasing the output density of the first high-frequency electric field, the output density of the second high-frequency electric field can be improved while maintaining the uniformity of discharge. Thereby, a further uniform high-density plasma can be generated, and a further improvement in film formation speed and an improvement in film quality can be achieved.

本発明に用いられる大気圧プラズマ放電処理装置において、前記第1フィルタは、第1電源から第1電極への第1の高周波電界の電流を通過しやすくし、第2の高周波電界の電流をアースして、第2電源から第1電源への第2の高周波電界の電流を通過しにくくする。また、第2フィルタはその逆で、第2電源から第2電極への第2の高周波電界の電流を通過しやすくし、第1の高周波電界の電流をアースして、第1電源から第2電源への第1の高周波電界の電流を通過しにくくする。本発明において、かかる性質のあるフィルタであれば制限無く使用出来る。   In the atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus used in the present invention, the first filter facilitates passage of the current of the first high-frequency electric field from the first power source to the first electrode, and grounds the current of the second high-frequency electric field. Thus, it is difficult to pass the current of the second high-frequency electric field from the second power source to the first power source. On the other hand, the second filter makes it easy to pass the current of the second high-frequency electric field from the second power source to the second electrode, grounds the current of the first high-frequency electric field, and the second power from the first power source. The current of the first high-frequency electric field to the power supply is made difficult to pass. In the present invention, any filter having such properties can be used without limitation.

例えば、第1フィルタとしては、第2電源の周波数に応じて数10pF〜数万pFのコンデンサ、もしくは数μH程度のコイルを用いることが出来る。第2フィルタとしては、第1電源の周波数に応じて10μH以上のコイルを用い、これらのコイルまたはコンデンサを介してアース接地することでフィルタとして使用出来る。   For example, as the first filter, a capacitor of several tens of pF to several tens of thousands of pF or a coil of about several μH can be used depending on the frequency of the second power source. As the second filter, a coil of 10 μH or more is used according to the frequency of the first power supply, and it can be used as a filter by grounding through these coils or capacitors.

本発明に用いられる大気圧プラズマ放電処理装置は、上述のように、対向電極の間で放電させ、前記対向電極間に導入したガスをプラズマ状態とし、前記対向電極間に静置あるいは電極間を移送される基材を該プラズマ状態のガスに晒すことによって、該基材の上に薄膜を形成させるものである。また他の方式として、大気圧プラズマ放電処理装置は、上記同様の対向電極間で放電させ、該対向電極間に導入したガスを励起しまたはプラズマ状態とし、該対向電極外にジェット状に励起またはプラズマ状態のガスを吹き出し、該対向電極の近傍にある基材(静置していても移送されていてもよい)を晒すことによって該基材の上に薄膜を形成させるジェット方式の装置がある。   As described above, the atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus used in the present invention discharges between the counter electrodes, puts the gas introduced between the counter electrodes into a plasma state, and places the gas between the counter electrodes or between the electrodes. By exposing the substrate to be transferred to the plasma state gas, a thin film is formed on the substrate. As another method, the atmospheric pressure plasma discharge treatment apparatus discharges between the counter electrodes similar to the above, excites the gas introduced between the counter electrodes or puts it in a plasma state, and excites or jets the gas outside the counter electrode. There is a jet type apparatus that blows out a plasma gas and exposes a substrate (which may be stationary or transferred) in the vicinity of the counter electrode to form a thin film on the substrate. .

図4に本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置のガス導入部および電極部の別の一例を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the gas introduction part and the electrode part of the film forming apparatus used in the thin film forming method of the present invention.

図4は、窒素等のガスを放電ガスとして用いる際に好ましい方法である、放電空間に、前記第1の高周波電界と第2の高周波電界とを重畳し放電させる方法を用いた薄膜成膜装置の一例を示す。   FIG. 4 shows a thin film deposition apparatus using a method in which the first high-frequency electric field and the second high-frequency electric field are superimposed and discharged in the discharge space, which is a preferable method when a gas such as nitrogen is used as the discharge gas. An example is shown.

図4において、1は薄膜を形成する基材である。   In FIG. 4, 1 is a base material which forms a thin film.

基材については前記同様である。   The substrate is the same as described above.

図4において、2′a、2′bは、各々第2電極であり、第2電極2′aと第2電極2′bは、金属母材3a、3bの表面を誘電体4a、4bで被覆した誘電体被覆電極である。放電中は、図示しないが、その内部を冷却水等を流通させることにより、電極表面温度を一定に制御することができる構成となっている。   In FIG. 4, 2'a and 2'b are second electrodes, respectively, and the second electrode 2'a and the second electrode 2'b are formed of dielectrics 4a and 4b on the surfaces of the metal base materials 3a and 3b. It is a coated dielectric coated electrode. Although not shown, the electrode surface temperature can be controlled to be constant during the discharge by circulating cooling water or the like through the inside.

一方、上記第2電極2′a、2′bに対向する位置には、第1電極5′が配置されており放電空間を形成している。放電空間は、対向した第1電極、第2電極で形成される空間であり実際に放電が行われる領域である。   On the other hand, a first electrode 5 'is disposed at a position facing the second electrodes 2'a and 2'b to form a discharge space. The discharge space is a space formed by the opposed first electrode and second electrode, and is a region where discharge is actually performed.

第1電極5′の第2電極2′a、2′b側表面には、基材1が接触して図中矢印方向に搬送される。第1電極5′は、第2電極2′a、2′b同様に、金属母材7上に、誘電体6を被覆した誘電体被覆電極である。第1電極5′も同様に、その内部に冷却水等を流通し、電極表面温度を制御することができる構造となっている。   The substrate 1 comes into contact with the surface of the first electrode 5 'on the second electrode 2'a, 2'b side and is conveyed in the direction of the arrow in the figure. The first electrode 5 ′ is a dielectric-covered electrode in which the dielectric 6 is coated on the metal base material 7 like the second electrodes 2 ′ a and 2 ′ b. Similarly, the first electrode 5 ′ has a structure in which cooling water or the like can be circulated therein to control the electrode surface temperature.

基材1が接触して搬送される。第1電極5′の温度は、基材のガラス転移温度に対して±50℃の範囲、特に好ましくは、ガラス転移温度(Tg)−50℃〜ガラス転移温度(Tg)の範囲に温調されていること等前記の図1における場合と同じである。   The substrate 1 is conveyed in contact. The temperature of the first electrode 5 ′ is adjusted in the range of ± 50 ° C., particularly preferably in the range of glass transition temperature (Tg) −50 ° C. to glass transition temperature (Tg) with respect to the glass transition temperature of the substrate. This is the same as in FIG.

上記各電極において、金属母材(3a、3b、7)としては、前記同様であり、例えば、銀、白金、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属等が挙げられるが、加工の観点からステンレスやチタンであることが好ましい。   In each of the above electrodes, the metal base materials (3a, 3b, 7) are the same as those described above, and examples thereof include metals such as silver, platinum, stainless steel, aluminum, and iron. It is preferable that

誘電体4a、4b、6は、比誘電率が6〜45の無機化合物であることが好ましく、また、このような誘電体としては、アルミナ、窒化珪素等のセラミックス、あるいは、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス等のガラスライニング材等がある。この中では、アルミナを溶射して設けた誘電体が好ましい。   The dielectrics 4a, 4b, and 6 are preferably inorganic compounds having a relative dielectric constant of 6 to 45, and examples of such dielectrics include ceramics such as alumina and silicon nitride, or silicate glass. And glass lining materials such as borate glass. Among these, a dielectric provided by spraying alumina is preferable.

誘電体被覆電極において、ハイパワーの電力に耐える仕様の一つとして、誘電体の空隙率が10体積%以下、好ましくは8体積%以下である。好ましくは0体積%を越えて5体積%以下である。尚、誘電体の空隙率は、誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーターにより測定することが出来る。後述の実施例においては、島津製作所製の水銀ポロシメーターにより金属母材に被覆された誘電体の空隙率を測定した。誘電体が、低い空隙率を有することにより、高耐久性が達成される。このような空隙を有しつつも空隙率が低い誘電体としては、後述の大気プラズマ溶射法等による高密度、高密着のセラミックス溶射被膜等を挙げることが出来る。さらに空隙率を下げるためには、封孔処理を行うことが好ましい。   In the dielectric-coated electrode, as one of specifications to withstand high power, the dielectric has a porosity of 10% by volume or less, preferably 8% by volume or less. Preferably it is more than 0 volume% and 5 volume% or less. The porosity of the dielectric means a porosity that is penetrable in the thickness direction of the dielectric, and can be measured with a mercury porosimeter. In the examples described later, the porosity of the dielectric covered with the metal base material was measured with a mercury porosimeter manufactured by Shimadzu Corporation. High durability is achieved because the dielectric has a low porosity. Examples of the dielectric having such a void and a low void ratio include a high-density, high-adhesion ceramic spray coating by an atmospheric plasma spraying method described later. In order to further reduce the porosity, it is preferable to perform a sealing treatment.

また、誘電体被覆電極の他の好ましい仕様としては、誘電体を、溶融法により得られるガラスを用いてガラスライニング法で形成したものである。このときの誘電体は、泡混入量の異なる2層以上の層からなることがより耐久性を高める。前記泡混入量としては、金属母材に接する最下層が20〜30体積%であり、次層以降が5体積%以下であることが好ましい。泡混入量は、ガラス自体の固有密度と、ガラスライニング層の密度との関係から算出することが出来る。ガラスへの泡混入量の制御方法としては、もともとガラスの溶融物には泡が混入しているため、脱気を行うが、該脱気度合いを変化させることによって所望の値とできる。このような泡混入量をコントロールし、層状に設けたガラスライニング法による誘電体も、耐久性の高い電極が得られる。また、このときの誘電体層のトータル厚みは0.5mm以上2.0mm以下であり、更に最下層の膜厚が、0.1mm以上あり次層以降のトータル膜厚が0.3mm以上あることが好ましい。   As another preferable specification of the dielectric-coated electrode, a dielectric is formed by a glass lining method using glass obtained by a melting method. In this case, the dielectric is made of two or more layers having different amounts of bubbles mixed in to enhance durability. As the amount of bubbles mixed in, the lowermost layer in contact with the metal base material is preferably 20 to 30% by volume, and the subsequent layers are preferably 5% by volume or less. The amount of bubbles mixed in can be calculated from the relationship between the intrinsic density of the glass itself and the density of the glass lining layer. As a method of controlling the amount of bubbles mixed into the glass, since the bubbles are originally mixed in the glass melt, deaeration is performed, but a desired value can be obtained by changing the degree of deaeration. A highly durable electrode can also be obtained by controlling the amount of bubbles mixed in and a dielectric material by a glass lining method provided in layers. In addition, the total thickness of the dielectric layer at this time is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, the film thickness of the lowermost layer is 0.1 mm or more, and the total film thickness after the next layer is 0.3 mm or more. Is preferred.

また、誘電体被覆電極において、他の好ましい仕様としては、耐熱温度が100℃以上であることである。更に好ましくは120℃以上、特に好ましくは150℃以上である。尚、耐熱温度とは、絶縁破壊が発生せず、正常に放電出来る状態において耐えられる最も高い温度のことを指す。このような耐熱温度は、上記のセラミックス溶射で設けた誘電体を適用したり、下記導電性母材と誘電体の線熱膨張係数の差の範囲内の材料を適宜選択する手段を適宜組み合わせることによって達成可能である。   In the dielectric-coated electrode, another preferred specification is that the heat-resistant temperature is 100 ° C. or higher. More preferably, it is 120 degreeC or more, Most preferably, it is 150 degreeC or more. The heat-resistant temperature refers to the highest temperature that can withstand normal discharge without breakdown. For such heat-resistant temperature, the dielectric provided by the above-mentioned ceramic spraying is applied, or a means for appropriately selecting a material within the range of the difference in linear thermal expansion coefficient between the conductive base material and the dielectric is appropriately combined. Is achievable.

また、本発明に係わる誘電体被覆電極において、別の好ましい仕様としては、誘電体と金属母材との線熱膨張係数の差が10×10-6/℃以下となる組み合わせのものである。好ましくは8×10-6/℃以下、さらに好ましくは5×10-6/℃以下、さらに好ましくは2×10-6/℃以下である。尚、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。 In addition, in the dielectric-coated electrode according to the present invention, another preferable specification is a combination in which the difference in coefficient of linear thermal expansion between the dielectric and the metal base material is 10 × 10 −6 / ° C. or less. It is preferably 8 × 10 −6 / ° C. or less, more preferably 5 × 10 −6 / ° C. or less, and further preferably 2 × 10 −6 / ° C. or less. The linear thermal expansion coefficient is a well-known physical property value of a material.

線熱膨張係数の差が、この範囲にある金属母材と誘電体との組み合わせとしては、
(1)金属母材が純チタンで、誘電体がセラミックス溶射被膜
(2)金属母材が純チタンで、誘電体がガラスライニング
(3)金属母材がチタン合金で、誘電体がセラミックス溶射被膜
(4)金属母材がチタン合金で、誘電体がガラスライニング
(5)金属母材がステンレスで、誘電体がセラミックス溶射被膜
(6)金属母材がステンレスで、誘電体がガラスライニング
(7)金属母材がセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体がセラミックス溶射被膜
(8)金属母材がセラミックスおよび鉄の複合材料で、誘電体がガラスライニング
(9)金属母材がセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体がセラミックス溶射皮膜
(10)金属母材がセラミックスおよびアルミの複合材料で、誘電体がガラスライニング
等がある。線熱膨張係数の差という観点では、上記(1)〜(4)および(7)〜(10)が好ましい。
As a combination of a metal base material and a dielectric that have a difference in linear thermal expansion coefficient within this range,
(1) Metal base material is pure titanium and dielectric is ceramic spray coating (2) Metal base material is pure titanium and dielectric is glass lining (3) Metal base material is titanium alloy and dielectric is ceramic spray coating (4) Metal base material is titanium alloy, dielectric is glass lining (5) Metal base material is stainless steel, dielectric is ceramic sprayed coating (6) Metal base material is stainless steel, dielectric is glass lining (7) Metal base material is ceramic and iron composite material, dielectric is ceramic spray coating (8) Metal base material is ceramic and iron composite material, dielectric is glass lining (9) Metal base material is composite of ceramic and aluminum The material is a ceramic sprayed coating. (10) The metal matrix is a composite material of ceramics and aluminum, and the dielectric is glass lining. From the viewpoint of the difference in linear thermal expansion coefficient, the above (1) to (4) and (7) to (10) are preferable.

また、本発明の誘電体被覆電極において、大電力に耐える別の好ましい仕様としては、誘電体の厚みが0.5〜2mmであることである。この膜厚変動は、5%以下であることが望ましく、好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下である。   In the dielectric-coated electrode of the present invention, another preferred specification that can withstand high power is that the dielectric thickness is 0.5 to 2 mm. The film thickness variation is desirably 5% or less, preferably 3% or less, and more preferably 1% or less.

上記、金属母材に対し、セラミックスを誘電体として高密度に、高密着に溶射する方法としては、大気プラズマ溶射法が挙げられる。大気プラズマ溶射法は、セラミックス等の微粉末、ワイヤ等をプラズマ熱源中に投入し、溶融または半溶融状態の微粒子として被覆対象の母材に吹き付け、皮膜を形成させる技術である。プラズマ熱源とは、分子ガスを高温にし、原子に解離させ、さらにエネルギーを与えて電子を放出させた高温のプラズマガスである。このプラズマガスの噴射速度は大きく、従来のアーク溶射やフレーム溶射に比べて、溶射材料が高速で母材に衝突するため、密着強度が高く、高密度な被膜を得ることが出来る。詳しくは、特開2000−301655号公報に記載の高温被曝部材に熱遮蔽皮膜を形成する溶射方法を参照することが出来る。この方法によれば、被覆する誘電体(セラミック溶射膜)の空隙率を10体積%以下、さらには8体積%以下とすることが可能である。   An example of a method for thermally spraying the metal base material with high density and high adhesion using ceramics as a dielectric is an atmospheric plasma spraying method. The atmospheric plasma spraying technique is a technique in which a fine powder such as ceramics, a wire, or the like is put into a plasma heat source and sprayed onto a base material to be coated as fine particles in a molten or semi-molten state to form a coating. A plasma heat source is a high-temperature plasma gas in which a molecular gas is heated to a high temperature, dissociated into atoms, and energy is given to emit electrons. This plasma gas injection speed is high, and since the sprayed material collides with the base material at a higher speed than conventional arc spraying or flame spraying, high adhesion strength and high density coating can be obtained. Specifically, reference can be made to a thermal spraying method for forming a heat shielding film on a high-temperature exposed member described in JP-A No. 2000-301655. According to this method, the porosity of the dielectric (ceramic sprayed film) to be coated can be 10% by volume or less, and further 8% by volume or less.

誘電体の空隙率をより低減させるためには、セラミックス等の溶射膜に、更に、無機化合物で封孔処理を行うことが好ましい。前記無機化合物としては、金属酸化物が好ましく、この中では特に酸化ケイ素(SiOx)を主成分として含有するものが好ましい。 In order to further reduce the porosity of the dielectric, it is preferable to further seal the sprayed film such as ceramic with an inorganic compound. As the inorganic compound, a metal oxide is preferable, and among these, a compound containing silicon oxide (SiO x ) as a main component is particularly preferable.

封孔処理の無機化合物は、ゾルゲル反応により硬化して形成したものであることが好ましい。封孔処理の無機化合物が金属酸化物を主成分とするものである場合には、金属アルコキシド等を封孔液として前記セラミック溶射膜上に塗布し、ゾルゲル反応により硬化する。無機化合物がシリカを主成分とするものの場合には、アルコキシシランを封孔液として用いることが好ましい。   The inorganic compound for sealing treatment is preferably formed by curing by a sol-gel reaction. In the case where the inorganic compound for sealing treatment contains a metal oxide as a main component, a metal alkoxide or the like is applied as a sealing liquid on the ceramic sprayed film and cured by a sol-gel reaction. When the inorganic compound is mainly composed of silica, it is preferable to use alkoxysilane as the sealing liquid.

ゾルゲル反応の促進には、エネルギー処理を用いることが好ましい。エネルギー処理としては、熱硬化(好ましくは200℃以下)や、UV照射などがある。更に封孔処理の仕方として、封孔液を希釈し、コーティングと硬化を逐次で数回繰り返すと、よりいっそう無機質化が向上し、劣化の無い緻密な電極が出来る。   For promoting the sol-gel reaction, it is preferable to use energy treatment. Examples of the energy treatment include thermosetting (preferably 200 ° C. or less), UV irradiation, and the like. Furthermore, as a method of sealing treatment, when the sealing liquid is diluted and coating and curing are sequentially repeated several times, mineralization is further improved and a dense electrode without deterioration can be obtained.

誘電体被覆電極の金属アルコキシド等を封孔液として、セラミックス溶射膜にコーティングした後、ゾルゲル反応で硬化する封孔処理を行う場合、硬化した後の金属酸化物の含有量は60モル%以上であることが好ましい。封孔液の金属アルコキシドとしてアルコキシシランを用いた場合には、硬化後のSiOx(xは2以下)含有量が60モル%以上であることが好ましい。硬化後のSiOx含有量は、XPS(X−ray Photoelectoron Spectroscopy)により誘電体層の断層を分析することにより測定する。 When a ceramic sprayed coating is applied to a ceramic sprayed film using a metal alkoxide or the like of a dielectric-coated electrode as a sealing liquid, the content of the metal oxide after curing is 60 mol% or more when cured by a sol-gel reaction. Preferably there is. When alkoxysilane is used as the metal alkoxide of the sealing liquid, the content of SiO x (x is 2 or less) after curing is preferably 60 mol% or more. The SiO x content after curing is measured by analyzing the tomographic layer of the dielectric layer by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy).

また、誘電体被覆電極の誘電体表面を研磨仕上げする等の方法により、電極の表面粗さRmax(JIS B 0601)を10μm以下にすることで、誘電体の厚み及び電極間のギャップを一定に保つことができ、放電状態を安定化できること、更に熱収縮差や残留応力による歪やひび割れを無くし、かつ、高精度で、耐久性を大きく向上させることができる。誘電体表面の研磨仕上げは、少なくとも基材と接する側の誘電体において行われることが好ましい。   Further, the surface roughness Rmax (JIS B 0601) of the electrode is reduced to 10 μm or less by a method such as polishing the dielectric surface of the dielectric coated electrode, so that the thickness of the dielectric and the gap between the electrodes are made constant. It can be maintained, the discharge state can be stabilized, distortion and cracking due to thermal shrinkage difference and residual stress can be eliminated, and durability can be greatly improved with high accuracy. The polishing finish of the dielectric surface is preferably performed at least on the dielectric in contact with the substrate.

図4の薄膜製膜装置は、第2電極2′a、2′bに周波数ω2であって電圧V2である第2の高周波電圧を印加する第2の高周波電源20が接続され、第1電極5′に周波数ω1であって電圧V1である第1の高周波電圧を印加する第1の高周波電源21が接続されている。高周波電源20、21は本発明に係る電圧印加手段である。 In the thin film deposition apparatus of FIG. 4, a second high frequency power source 20 for applying a second high frequency voltage having a frequency ω 2 and a voltage V 2 is connected to the second electrodes 2′a and 2′b. A first high-frequency power source 21 that applies a first high-frequency voltage having a frequency ω 1 and a voltage V 1 is connected to one electrode 5 ′. The high frequency power supplies 20 and 21 are voltage applying means according to the present invention.

本発明に係る薄膜成膜装置では、第1電極と第2電極間に高周波電圧を印加することができる高周波電源であれば特に制限はない。   The thin film deposition apparatus according to the present invention is not particularly limited as long as it is a high-frequency power source that can apply a high-frequency voltage between the first electrode and the second electrode.

本発明においては、高周波とは、少なくとも0.5kHzの周波数を有するものを言う。   In the present invention, the high frequency means one having a frequency of at least 0.5 kHz.

本発明において、大気圧又は大気圧近傍の圧力下とは20kPa〜110kPa程度であり、本発明に記載の良好な効果を得るためには、93kPa〜104kPaが好ましい。   In the present invention, the atmospheric pressure or the pressure near atmospheric pressure is about 20 kPa to 110 kPa, and 93 kPa to 104 kPa is preferable in order to obtain a good effect described in the present invention.

これら薄膜成膜装置に用いる第1電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数
A1 神鋼電機 3kHz
A2 神鋼電機 5kHz
A3 春日電機 15kHz
A4 神鋼電機 50kHz
A5 ハイデン研究所 100kHz*
A6 パール工業 200kHz
等の市販のものを挙げることができ、何れも好ましく使用することができる。なお、*印はハイデン研究所インパルス高周波電源(連続モードで100kHz)である。
As the first power source (high frequency power source) used in these thin film deposition apparatuses,
Applied power supply symbol Manufacturer Frequency A1 Shinko Electric 3kHz
A2 Shinko Electric 5kHz
A3 Kasuga Electric 15kHz
A4 Shinko Electric 50kHz
A5 HEIDEN Laboratory 100kHz *
A6 Pearl Industry 200kHz
And the like, and any of them can be preferably used. In addition, * mark is HEIDEN Laboratory impulse high frequency power supply (100 kHz in continuous mode).

また、第2電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数
B1 パール工業 800kHz
B2 パール工業 2MHz
B3 パール工業 13.56MHz
B4 パール工業 27MHz
B5 パール工業 150MHz
等の市販のものを挙げることができ、何れも好ましく使用できる。
As the second power source (high frequency power source),
Applied power symbol Manufacturer Frequency B1 Pearl industry 800 kHz
B2 Pearl Industry 2MHz
B3 Pearl Industry 13.56MHz
B4 Pearl Industry 27MHz
B5 Pearl Industry 150MHz
And the like, and any of them can be preferably used.

本発明の薄膜成膜装置では、第1電極と第2電極間に高周波電圧を印加することができるのであれば第1電極と第2電極間に印加する高周波電圧が、第1の周波数ω1の電圧成分と、前記第1の周波数ω1より高い第2の周波数ω2の電圧成分とを重ね合わせた成分を少なくとも有することが好ましい。 In the thin film deposition apparatus of the present invention, if a high frequency voltage can be applied between the first electrode and the second electrode, the high frequency voltage applied between the first electrode and the second electrode is the first frequency ω 1. And a component obtained by superimposing the voltage component of the second frequency ω 2 higher than the first frequency ω 1 .

これにより、放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。   Thereby, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

ここで、第1電源の周波数としては、200kHz以下が好ましく用いることが出来る。またこの電界波形としては、サイン波でもパルスでもよいが好ましくはサイン波である。下限は1kHz程度が望ましい。これにより、放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。   Here, the frequency of the first power source is preferably 200 kHz or less. The electric field waveform may be a sine wave or a pulse, but is preferably a sine wave. The lower limit is preferably about 1 kHz. Thereby, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

一方、第2電源の周波数としては、800kHz以上が好ましく用いられる。この第2電源の周波数が高い程、プラズマ密度が高くなり、緻密で良質な薄膜が得られる。上限は200MHz程度が望ましい。またこの電界波形としては、サイン波でもパルスでもよいが好ましくはサイン波である。これにより、放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。   On the other hand, the frequency of the second power source is preferably 800 kHz or more. The higher the frequency of the second power source, the higher the plasma density, and a dense and high-quality thin film can be obtained. The upper limit is preferably about 200 MHz. The electric field waveform may be a sine wave or a pulse, but is preferably a sine wave. Thereby, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

サイン波の重畳について説明したが、これに限られるものではなく、両方パルス波であっても、一方がサイン波でもう一方がパルス波であってもかまわない。また、更に第3の電圧成分を有していてもよい。   Although the superposition of sine waves has been described, the present invention is not limited to this, and both pulse waves may be used, one of them may be a sine wave and the other may be a pulse wave. Further, it may have a third voltage component.

このような二つの電源から高周波電圧を印加することは、第1の周波数ω1側によって高い放電開始電圧を有する放電ガスの放電を開始するのに必要であり、また第2の周波数ω2側はプラズマ密度を高くして緻密で良質な薄膜を形成するのに必要であるということが重要な点である。 Application of a high frequency voltage from such two power sources is necessary to start discharge of a discharge gas having a high discharge start voltage on the first frequency ω 1 side, and also on the second frequency ω 2 side. The important point is that it is necessary to increase the plasma density to form a dense and high-quality thin film.

また、本発明の薄膜成膜装置では、第1電極と第2電極間に印加する高周波電圧が、第1の高周波電圧V1及び第2の高周波電圧V2を重畳したものであって、放電開始電圧をIVとしたとき、前記のように、
1≧IV>V2
または V1>IV≧V2
を満たすことが好ましい。更に好ましくは、
1>IV>V2
を満たすことである。これにより、放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。
In the thin film deposition apparatus of the present invention, the high-frequency voltage applied between the first electrode and the second electrode is a superposition of the first high-frequency voltage V 1 and the second high-frequency voltage V 2 , and discharge When the starting voltage is IV, as described above,
V 1 ≧ IV> V 2
Or V 1 > IV ≧ V 2
It is preferable to satisfy. More preferably,
V 1 >IV> V 2
Is to satisfy. Thereby, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

本発明において、放電開始電圧とは、実際の薄膜形成方法に使用される放電空間(電極の構成など)および反応条件(ガス条件など)において放電を起こすことの出来る最低電圧のことを指す。放電開始電圧は、放電空間に供給されるガス種や電極の誘電体種などによって多少変動するが、放電ガス単独の放電開始電圧と略同一と考えてよい。   In the present invention, the discharge start voltage refers to the lowest voltage that can cause discharge in the discharge space (electrode configuration and the like) and reaction conditions (gas conditions and the like) used in the actual thin film forming method. The discharge start voltage varies somewhat depending on the type of gas supplied to the discharge space, the dielectric type of the electrode, etc., but may be considered to be substantially the same as the discharge start voltage of the discharge gas alone.

また、本発明の薄膜成膜装置では、第1電極に第1の高周波電圧を印加し、第2電極に第2の高周波電圧を印加することが好ましい。これにより、放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。   In the thin film deposition apparatus of the present invention, it is preferable to apply the first high-frequency voltage to the first electrode and apply the second high-frequency voltage to the second electrode. Thereby, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

第2電極2′a、2′bと第2の高周波電源20との間には、第1の高周波電源21からの電流が第2電極2′a、2′bに向かって流れるように第2フィルター23が設置されており、第2電源20からの電流を通過しにくくし、第1電源21からの電流が通過し易くするように設計されている。   Between the second electrodes 2 ′ a and 2 ′ b and the second high frequency power supply 20, the first high frequency power supply 21 flows so as to flow toward the second electrodes 2 ′ a and 2 ′ b. Two filters 23 are installed and designed to make it difficult for the current from the second power source 20 to pass through and to make the current from the first power source 21 easier to pass through.

また、第1電極5′と第1の高周波電源21との間には、第1の高周波電源21からの電流が第1電極5′に向かって流れるように第1フィルター22が設置されており、第1電源21からの電流を通過しにくくし、第2電源20からの電流を通過し易くするように設計されている。   A first filter 22 is installed between the first electrode 5 'and the first high-frequency power source 21 so that the current from the first high-frequency power source 21 flows toward the first electrode 5'. It is designed to make it difficult to pass current from the first power source 21 and to easily pass current from the second power source 20.

本発明において、かかる性質のある第1フィルター22、第2フィルター23であれば制限無く使用することができる。例えば、第1フィルター22としては、第2電源の周波数に応じて数10〜数万pFのコンデンサー、もしくは数μH程度のコイルを用いることが出来る。第2フィルター23としては、第1電源の周波数に応じて10μH以上のコイルを用い、これらのコイルまたはコンデンサーを介してアース接地することでフィルターとして使用出来る。   In the present invention, the first filter 22 and the second filter 23 having such properties can be used without limitation. For example, as the first filter 22, a capacitor of several tens to several tens of thousands pF or a coil of about several μH can be used according to the frequency of the second power source. The second filter 23 can be used as a filter by using a coil of 10 μH or more according to the frequency of the first power source and grounding the coil through these coils or capacitors.

本発明の薄膜成膜装置は、また、第1電極、第1の高周波電源またはそれらの間の何れかには第1フィルターを、また第2電極、第2の高周波電源またはそれらの間の何れかには第2フィルターを接続することが好ましく、第1フィルターは該第1電源からの周波数の電流を通過しにくくし、該第2電源からの周波数の電流を通過し易くし、また、第2フィルターはその逆で、該第2電源からの周波数の電流を通過しにくくし、該第1電源からの周波数の電流を通過し易くするというそれぞれのフィルターには機能が備わっているものを使用するのが好ましい。ここで、通過しにくいとは、好ましくは、電流の20%以下、より好ましくは10%以下しか通さないことをいう。逆に通過し易いとは、好ましくは電流の80%以上、より好ましくは90%以上を通すことをいう。   In the thin film deposition apparatus of the present invention, the first electrode, the first high-frequency power source or any of them is provided with a first filter, and the second electrode, the second high-frequency power source or any of them is provided. Preferably, a second filter is connected to the first filter. The first filter makes it difficult for current of a frequency from the first power source to pass through, makes it easier to pass current of a frequency from the second power source, On the contrary, the two filters use a filter that has a function for making it difficult to pass the current of the frequency from the second power source and to easily pass the current of the frequency from the first power source. It is preferable to do this. Here, being difficult to pass means that it preferably passes only 20% or less of the current, more preferably 10% or less. On the contrary, being easy to pass means preferably passing 80% or more of the current, more preferably 90% or more.

また、24a、24bは高周波プロープであり、25a、25bはオシロスコープである。高周波プロープ24a、24b、オシロスコープ25a、25bは、第2の高周波電源20及び第1の高周波電源21の印加電圧と、放電開始電圧を測定するためのものである。   Reference numerals 24a and 24b are high-frequency probes, and reference numerals 25a and 25b are oscilloscopes. The high frequency probes 24a and 24b and the oscilloscopes 25a and 25b are for measuring the applied voltage and the discharge start voltage of the second high frequency power source 20 and the first high frequency power source 21.

高周波電圧(印加電圧)と放電開始電圧は、下記の方法で測定することができる。   The high frequency voltage (applied voltage) and the discharge start voltage can be measured by the following method.

高周波電圧V1及びV2(単位:kV/mm)の測定方法:
各電極部の高周波プローブ(P6015A)を設置し、該高周波プローブをオシロスコープ(Tektronix社製、TDS3012B)に接続し、電圧を測定する。
Measuring method of high-frequency voltages V 1 and V 2 (unit: kV / mm):
A high-frequency probe (P6015A) for each electrode part is installed, and the high-frequency probe is connected to an oscilloscope (Tektronix, TDS3012B) to measure the voltage.

放電開始電圧IV(単位:kV/mm)の測定方法:
電極間に放電ガスを供給し、該電極間の電圧を増大させていき、放電が始まる電圧を放電開始電圧IVと定義する。測定器は上記高周波電圧測定と同じである。
Measuring method of discharge start voltage IV (unit: kV / mm):
A discharge gas is supplied between the electrodes, the voltage between the electrodes is increased, and a voltage at which discharge starts is defined as a discharge start voltage IV. The measuring instrument is the same as the above high-frequency voltage measurement.

上記の測定により放電ガスに大気(窒素;約80体積%、酸素:約20体積%)を用いた場合、その放電開始電圧IVは3.4kV/mm程度であり、従って、上記の関係において、第1の高周波電圧を、V1≧3.4kV/mmとして印加することによってより一層高密度で安定に放電空間内にプラズマ放電状態を維持することができる。 When air (nitrogen; about 80% by volume, oxygen: about 20% by volume) is used as the discharge gas by the above measurement, the discharge start voltage IV is about 3.4 kV / mm. Therefore, in the above relationship, By applying the first high-frequency voltage as V 1 ≧ 3.4 kV / mm, the plasma discharge state can be maintained in the discharge space with higher density and stability.

ここで重要なのは、このような高周波電圧が対向する電極それぞれに印加され、すなわち、同じ放電空間に両方から印加されることである。   What is important here is that such a high-frequency voltage is applied to each of the opposing electrodes, that is, applied to the same discharge space from both.

26はアースである。また、電極間(放電空間)に導入する電圧の放電出力が、1W/cm2以上であることが同様に高品位な膜を形成する上で好ましく、より好ましくは1〜50W/cm2である。これにより、本発明で用いる放電ガスでも放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。 Reference numeral 26 denotes a ground. In addition, the discharge output of the voltage introduced between the electrodes (discharge space) is preferably 1 W / cm 2 or more in the same manner for forming a high-quality film, and more preferably 1 to 50 W / cm 2 . . Thereby, even with the discharge gas used in the present invention, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

図4において、10は、ガス導入部である。ガス導入部10は、その中心部に薄膜を形成するための放電ガスを導入する放電ガス通路11を有している。放電ガス通路11は本発明に係る放電ガス導入手段である。また、ガス導入部10は、反応性ガスを導入する反応性ガス通路12a、12bを有している。反応性ガス通路12a、12bは本発明に係る反応性ガス導入手段である。放電ガス通路11と反応性ガス通路12a、12bは、ガス通路壁14a、14bで隔離され、また反応性ガス通路12a、12bは外部とガス通路壁15a、15bにより隔離されている。   In FIG. 4, 10 is a gas introduction part. The gas introduction part 10 has a discharge gas passage 11 for introducing a discharge gas for forming a thin film at the center thereof. The discharge gas passage 11 is discharge gas introduction means according to the present invention. Moreover, the gas introduction part 10 has reactive gas passages 12a and 12b for introducing a reactive gas. The reactive gas passages 12a and 12b are reactive gas introduction means according to the present invention. The discharge gas passage 11 and the reactive gas passages 12a and 12b are separated by gas passage walls 14a and 14b, and the reactive gas passages 12a and 12b are separated from the outside by the gas passage walls 15a and 15b.

前記図1における場合と同様に、放電ガスを加温するために放電ガス通路壁14a、14bの温度を制御する温度制御手段13a、13bを有することが好ましい。   As in the case of FIG. 1, it is preferable to have temperature control means 13a and 13b for controlling the temperature of the discharge gas passage walls 14a and 14b in order to heat the discharge gas.

図示しないが、保温制御システム13a、13bは、温度センサ部、加熱部及び制御部からなり、温度センサで検知した温度を基にして、所望の温度となるようにガス通路壁に組み込まれた加熱部により昇温を行うことができる。   Although not shown, the heat insulation control systems 13a and 13b include a temperature sensor unit, a heating unit, and a control unit. Based on the temperature detected by the temperature sensor, heating incorporated in the gas passage wall so as to obtain a desired temperature. The temperature can be raised by the part.

これにより、放電空間における混合ガスの温度を前記300℃〜3000℃という温度にできるように、放電ガスを供給する内部配管部(反応性ガス通路壁14a、14b)の温度を制御して、放電ガスの放電空間への供給時の温度を300℃〜3000℃という温度に制御することが好ましい。   Thereby, the temperature of the internal piping parts (reactive gas passage walls 14a and 14b) for supplying the discharge gas is controlled so that the temperature of the mixed gas in the discharge space can be set to the temperature of 300 ° C to 3000 ° C. It is preferable to control the temperature at the time of supply of gas to the discharge space to a temperature of 300 ° C to 3000 ° C.

また、反応性ガスについては、薄膜形成ガスの熱分解温度以下に維持されることが好ましい。このために、図示されていないが、反応性ガス通路にも、前記の薄膜形成ガス成分が熱分解温度以上にならないように、また、薄膜形成成分のコンデンス等を防止するために、別に保温制御システムが備えられていることが好ましい。   In addition, the reactive gas is preferably maintained below the thermal decomposition temperature of the thin film forming gas. For this reason, although not shown in the figure, in the reactive gas passage, a separate heat retention control is performed in order to prevent the thin film forming gas component from exceeding the thermal decomposition temperature and to prevent condensation of the thin film forming component. A system is preferably provided.

尚、放電ガス通路11、あるいは反応性ガス通路12a、12bを構成する通路壁14a、14b、15a、15bの材料は、各ガスに対する耐腐食性と強度を有し、かつ熱伝導率の高い材料であれば、その材質に特に制限はないが、セラミックが好ましい。   The material of the passage walls 14a, 14b, 15a, 15b constituting the discharge gas passage 11 or the reactive gas passages 12a, 12b is a material having corrosion resistance and strength against each gas and high thermal conductivity. If so, the material is not particularly limited, but ceramic is preferable.

以下、放電ガスと反応性ガスについて説明する。   Hereinafter, the discharge gas and the reactive gas will be described.

反応性ガスは、薄膜の原料となる元素が含まれる薄膜形成ガス(原料ガス)を含むガスであり、薄膜形成ガスについては、前記した通りである。   The reactive gas is a gas containing a thin film forming gas (raw material gas) containing an element that is a raw material of the thin film, and the thin film forming gas is as described above.

一方、放電ガスは、放電するために必要なガスである不活性ガスを含有するガスであり、薄膜形成ガスは含有しない。   On the other hand, the discharge gas is a gas containing an inert gas which is a gas necessary for discharging, and does not contain a thin film forming gas.

第1の高周波電界と第2の高周波電界とを重畳し、放電させる前記の方法においては、放電ガスに安価な窒素ガスを主として含有させることが好ましく、これにより、薄膜形成での低コスト化を図ることができる。   In the above-described method in which the first high-frequency electric field and the second high-frequency electric field are superimposed and discharged, it is preferable that the discharge gas mainly contains an inexpensive nitrogen gas, thereby reducing the cost in forming a thin film. Can be planned.

さらに好ましくは、放電ガスが、75〜100体積%の窒素ガスを含有するガスを用いることが好ましい。また、放電ガスとして、大気を用いることも好ましい。これにより、より一層低コスト化を図ることができる。   More preferably, the discharge gas is a gas containing 75 to 100% by volume of nitrogen gas. It is also preferable to use air as the discharge gas. Thereby, cost can be further reduced.

また、放電ガスは、前記不活性ガスを含有していてもよく、不活性ガスには、周期表の第18属元素であるヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等が挙げられる。   Further, the discharge gas may contain the inert gas, and examples of the inert gas include helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon, which are Group 18 elements of the periodic table.

放電ガスには、反応性ガスに含有される原料ガスの種類に応じて前述した反応促進ガスを含有してもよい。   The discharge gas may contain the reaction promoting gas described above according to the type of the raw material gas contained in the reactive gas.

本発明に係る放電ガスは、露点が−40℃以下であることが好ましい。このような放電ガスを用いることで、本発明で用いる放電ガスでも放電空間内でより一層高密度で安定なプラズマ放電が行われ、高品位な薄膜を形成することができる。   The discharge gas according to the present invention preferably has a dew point of −40 ° C. or lower. By using such a discharge gas, even with the discharge gas used in the present invention, a higher-density and stable plasma discharge is performed in the discharge space, and a high-quality thin film can be formed.

反応性ガスは、放電ガスに対し、0.01〜50体積%で放電空間に供給することが好ましい。   The reactive gas is preferably supplied to the discharge space at 0.01 to 50% by volume with respect to the discharge gas.

次に、図4で示した薄膜成膜装置を用いた薄膜成膜方法について説明する。   Next, a thin film deposition method using the thin film deposition apparatus shown in FIG. 4 will be described.

基材1は、ベルトコンベア(不図示)等の搬送手段により、第2電極2′a、2′bと第1電極5′間の放電空間に搬送される。基材1はベルトコンベアにより放電空間内を矢印方向に反復移動することができる。   The substrate 1 is transported to the discharge space between the second electrodes 2'a, 2'b and the first electrode 5 'by a transporting means such as a belt conveyor (not shown). The base material 1 can be repeatedly moved in the direction of the arrow in the discharge space by a belt conveyor.

一方、放電ガス通路11に放電ガスを、反応性ガス通路12a、12bに反応性ガスを導入する。この際、必要に応じて、保温制御システム13a、13bにより、ガス通路壁14a、14bを加温し、放電ガスを加温する。放電ガスの温度は、反応性ガスと混合したときに放電空間における混合ガスの温度を前記300℃〜3000℃の範囲とすることの出来るように300℃〜3000℃に加温されていることが好ましい。   On the other hand, a discharge gas is introduced into the discharge gas passage 11 and a reactive gas is introduced into the reactive gas passages 12a and 12b. At this time, the gas passage walls 14a and 14b are heated by the heat retention control systems 13a and 13b as necessary, and the discharge gas is heated. The temperature of the discharge gas is heated to 300 ° C. to 3000 ° C. so that the temperature of the mixed gas in the discharge space can be in the range of 300 ° C. to 3000 ° C. when mixed with the reactive gas. preferable.

反応性ガスの温度は、該反応性ガスの濃度を飽和蒸気圧とする温度よりも高いことが好ましいが、反応性ガス中の膜形成ガスの熱分解温度よりも低温であることが好ましい。各ガスは、第2電極2′a、2′bと第1電極5′間、すなわち放電空間に導入され、大気圧近傍の圧力下で、第2電極2′a、2′bと第2電極5′間に高周波電源20、21にて高周波電圧を印加し、放電により薄膜形成ガス(原料ガス)を活性化させる。活性化した前記高温の薄膜形成ガスにて、ベルトコンベアにて運搬されてきた基材1の薄膜形成を行う。基材1はベルトコンベアにより反復運動をして均一に薄膜を形成させる。薄膜形成を終えた基材1はベルトコンベアにて、第2電極2′a、2′bと第2電極5′間の外へと運搬される。   The temperature of the reactive gas is preferably higher than the temperature at which the concentration of the reactive gas is saturated vapor pressure, but is preferably lower than the thermal decomposition temperature of the film-forming gas in the reactive gas. Each gas is introduced between the second electrodes 2'a, 2'b and the first electrode 5 ', that is, into the discharge space, and the second electrodes 2'a, 2'b and the second electrode are under a pressure near atmospheric pressure. A high frequency voltage is applied between the electrodes 5 ′ by the high frequency power sources 20 and 21, and a thin film forming gas (raw material gas) is activated by discharge. Using the activated high-temperature thin film forming gas, the thin film is formed on the base material 1 that has been transported by the belt conveyor. The substrate 1 is repeatedly moved by a belt conveyor to form a thin film uniformly. The substrate 1 after the thin film formation is transported to the outside between the second electrodes 2'a, 2'b and the second electrode 5 'by a belt conveyor.

本発明の薄膜成膜装置は、反応性ガス及び放電ガスが放電空間内を通過する時間を0.5sec以内とすることが好ましい。これは、放電空間に導入される反応性ガスと放電ガスが導入されてから排出されるまでの放電空間内に存在している時間を0.5sec以内と非常に短い時間にすることを意味する(置換回数2回/sec以上に相当する)。これにより薄膜の形成に寄与せずに活性化した原料ガスが電極に付着して電極を汚染するという事態をより一層抑えることができる。本発明の薄膜成膜装置では、反応性ガス及び放電ガスとが放電空間を通過する時間を0.2sec以内とすることがさらに好ましく、0.1sec以内とすることが特に好ましい。これにより、電極汚れを特に抑えることができる。   In the thin film deposition apparatus of the present invention, it is preferable that the time required for the reactive gas and the discharge gas to pass through the discharge space is 0.5 sec or less. This means that the reactive gas introduced into the discharge space and the time that is present in the discharge space from when the discharge gas is introduced to when the discharge gas is discharged are set to a very short time of within 0.5 sec. (Corresponding to the number of substitutions of 2 times / sec or more). As a result, it is possible to further suppress the situation in which the source gas activated without contributing to the formation of the thin film adheres to the electrode and contaminates the electrode. In the thin film deposition apparatus of the present invention, the time for the reactive gas and the discharge gas to pass through the discharge space is more preferably within 0.2 sec, and particularly preferably within 0.1 sec. As a result, electrode contamination can be particularly suppressed.

反応性ガス及び放電ガスが放電空間を通過する時間をTとすると、Tは、例えば、放電空間の体積v(cm3)と、放電空間内に供給される反応性ガスの流量v1(cm3/sec)、放電ガスの流量v2(cm3/sec)とすると下式から求めることができる。 Assuming that the time during which the reactive gas and the discharge gas pass through the discharge space is T, T is, for example, the volume v (cm 3 ) of the discharge space and the flow rate v 1 (cm 2) of the reactive gas supplied into the discharge space. 3 / sec), and the discharge gas flow rate v 2 (cm 3 / sec), it can be obtained from the following equation.

T(sec)=v/(v1+v2
このとき、Tが0.5sec以下となるように、v、v1、v2、を調整すればよい。
T (sec) = v / (v 1 + v 2 )
At this time, v, v 1 , v 2 may be adjusted so that T is 0.5 sec or less.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these.

実施例1
図1に示す電極システムを対向するロール電極に複数配置させた図3に示すロール電極型放電処理装置を用いて処理を実施した。また、ここでは図1で示されるように放電ガス通路11から加熱された放電ガスが供給され反応性ガス通路12a、12bより薄膜形成ガスを含む反応性ガスが所定温度で供給される。ここでは、高周波電源としてパール工業製高周波電源CF−5000−27M(27.12MHz)を使用した。
Example 1
The treatment was carried out using the roll electrode type discharge treatment apparatus shown in FIG. 3 in which a plurality of electrode systems shown in FIG. Further, here, as shown in FIG. 1, a heated discharge gas is supplied from the discharge gas passage 11, and a reactive gas including a thin film forming gas is supplied from the reactive gas passages 12a and 12b at a predetermined temperature. Here, a high frequency power supply CF-5000-27M (27.12 MHz) manufactured by Pearl Industry was used as the high frequency power supply.

以下の条件で、基材ロールから供給されたポリエチレンテレフタレートベース(厚み180μm)上に、ITO薄膜を形成した。   An ITO thin film was formed on a polyethylene terephthalate base (thickness 180 μm) supplied from a base roll under the following conditions.

〈ITO成膜条件〉
(1)放電ガス
不活性ガス:アルゴン
反応促進ガス:水素ガス(希ガスに対し3%)
(2)反応性ガス
不活性ガス:アルゴン
薄膜形成ガス:
薄膜原料1(In(DMHD)3)1.0体積%
DMHD;3,4−dimethyl−2,5−hexanedione
(リンテック社製気化器にてアルゴンガスに混合)
薄膜原料2(テトラブチル錫)0.05体積%
高周波電源出力密度:10W/cm2
処理速度:10m/min
供給ガスの流路中に加熱装置を設け、ガス温度をモニタしながら、薄膜形成ガスを含む反応性ガスは150℃に調整した。
<ITO film formation conditions>
(1) Discharge gas
Inert gas: Argon
Reaction-promoting gas: Hydrogen gas (3% relative to noble gas)
(2) Reactive gas
Inert gas: Argon
Thin film forming gas:
Thin film raw material 1 (In (DMHD) 3 ) 1.0% by volume
DMHD; 3,4-dimethyl-2,5-hexaneone
(Mixed in argon gas with a Lintec vaporizer)
Thin film raw material 2 (tetrabutyltin) 0.05% by volume
High frequency power output density: 10 W / cm 2
Processing speed: 10m / min
The reactive gas including the thin film forming gas was adjusted to 150 ° C. while a heating device was provided in the flow path of the supply gas and the gas temperature was monitored.

基材を搬送するロール電極の温度は50℃とし、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度(Tg=75℃)よりも−25℃に維持した。   The temperature of the roll electrode which conveys a base material was 50 degreeC, and was maintained at -25 degreeC rather than the glass transition temperature (Tg = 75 degreeC) of a polyethylene terephthalate.

ちなみに、薄膜原料であるIn(DMHD)3の熱分解温度は、約260℃であった。熱分解温度はDSCにより測定した。 Incidentally, the thermal decomposition temperature of In (DMHD) 3 as a thin film raw material was about 260 ° C. The thermal decomposition temperature was measured by DSC.

また、放電ガスの温度は、前記図1における放電ガス通路11に設けられた温度制御手段としての保温制御システム13a、13bにより、表1に示す様に変化させ薄膜形成を行った。   Further, the temperature of the discharge gas was changed as shown in Table 1 by the heat retention control systems 13a and 13b as temperature control means provided in the discharge gas passage 11 in FIG.

膜厚は、約100nmに調整し、そのときの表面比抵抗をJIS−R−1637に従い、4端子法により求めた。尚、測定には、三菱化成ロレスターGP,MCP−T600を用いた。   The film thickness was adjusted to about 100 nm, and the surface specific resistance at that time was determined by the 4-terminal method according to JIS-R-1637. In addition, Mitsubishi Kasei Lorester GP, MCP-T600 was used for the measurement.

放電ガス温度をかえて形成した各薄膜について結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1 for each thin film formed by changing the discharge gas temperature.

尚、放電空間における混合ガスの温度を、表中に示す。   The temperature of the mixed gas in the discharge space is shown in the table.

Figure 2006002224
Figure 2006002224

実施例2
実施例1と同じ装置を用い、但し図4に示したように、2周波を重畳して放電できるよう、ロール電極側に応用電気製80kHzの低周波電源を接続し、対向する棒状電極側にパール工業製27.12MHzの電源を接続し、電力を供給した。
ここでは、それぞれの電力の干渉を抑制するために、80kHz電源とロール電極の間に27.12MHzの高周波電力をアース接地する高周波フィルタを設置し、一方27.12MHz電源と棒状電極との間に80kHzの低周波電力をアース接地する低周波フィルターを設置した。
Example 2
Using the same apparatus as in Example 1, however, as shown in FIG. 4, a low frequency power source of 80 kHz made by Applied Electric is connected to the roll electrode side so that two frequencies can be superimposed and discharged, and the opposite rod electrode side is connected. A 27.12 MHz power source manufactured by Pearl Industry was connected to supply power.
Here, in order to suppress interference of each power, a high frequency filter for grounding the 27.12 MHz high frequency power is installed between the 80 kHz power source and the roll electrode, and between the 27.12 MHz power source and the rod electrode. A low frequency filter for grounding 80 kHz low frequency power was installed.

以下の条件で、基材ロールから供給されたポリエチレンテレフタレートベース(厚み180μm)上に、TiO2薄膜を形成した。 Under the following conditions, a TiO 2 thin film was formed on a polyethylene terephthalate base (thickness: 180 μm) supplied from a base roll.

〈TiO2成膜条件〉
(1)放電ガス
窒素ガス
反応促進ガス:水素ガス(窒素ガスに対し3%)
(2)反応性ガス
窒素ガス
薄膜形成ガス:
薄膜原料(TTIP)1.0体積%
TTIP;Titanium Tetraisopropoxyde
(リンテック社製気化器にてアルゴンガスに混合)
出力密度:80kHz電源 8W/cm2
27.12MHz電源 8W/cm2
処理速度:10m/min
それぞれの供給ガス流路中に加熱電源を設け、ガス温度をモニタしながら、反応性ガスを200℃に、又、放電ガスの温度は以下の表2に示したように変化させて、それぞれ形成したTiO2薄膜について、X線回折装置(理学電気製RINT−TTR2によりCu−Kα線に対するX線回折スペクトルを測定した)を用いて結晶性を測定した。尚、形成するTiO2薄膜の膜厚はそれぞれ約100nmに調整した。
<TiO 2 deposition conditions>
(1) Discharge gas
Nitrogen gas
Reaction promoting gas: Hydrogen gas (3% of nitrogen gas)
(2) Reactive gas
Nitrogen gas
Thin film forming gas:
Thin film raw material (TTIP) 1.0 vol%
TTIP; Titanium Tetraisopropoxide
(Mixed in argon gas with a Lintec vaporizer)
Output density: 80 kHz power supply 8 W / cm 2
27.12MHz power supply 8W / cm 2
Processing speed: 10m / min
A heating power source is provided in each supply gas flow path, and while monitoring the gas temperature, the reactive gas is changed to 200 ° C., and the temperature of the discharge gas is changed as shown in Table 2 below. The crystallinity of the obtained TiO 2 thin film was measured using an X-ray diffractometer (X-ray diffraction spectrum for Cu-Kα ray was measured by RINT-TTR2 manufactured by Rigaku Corporation). Note that the thickness of each TiO 2 thin film to be formed was adjusted to about 100 nm.

また、基材を搬送するロール電極の温度は60℃とし、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度(Tg=75℃)よりも−10℃に維持した。   Moreover, the temperature of the roll electrode which conveys a base material was 60 degreeC, and was maintained at -10 degreeC rather than the glass transition temperature (Tg = 75 degreeC) of a polyethylene terephthalate.

ちなみに、薄膜原料であるTTIPの熱分解温度は、約280℃であった(DSCにより測定した。)。
尚、放電空間における混合ガスの温度を、表中に示す。
Incidentally, the thermal decomposition temperature of TTIP as a thin film raw material was about 280 ° C. (measured by DSC).
The temperature of the mixed gas in the discharge space is shown in the table.

Figure 2006002224
Figure 2006002224

放電ガスの温度をかえて、放電空間の混合ガス温度を本発明の範囲としたときに、TiO2薄膜に結晶性が現出し、温度によって、得られる結晶形が異なることが判る。
例えば放電ガス温度を420℃として、混合ガス温度が410℃となったとき、光触媒として有用なアナターゼ型TiO2が現出する。
When the temperature of the discharge gas is changed and the mixed gas temperature in the discharge space is within the range of the present invention, crystallinity appears in the TiO 2 thin film, and it can be seen that the crystal form obtained varies depending on the temperature.
For example, when the discharge gas temperature is 420 ° C. and the mixed gas temperature is 410 ° C., anatase TiO 2 useful as a photocatalyst appears.

実施例3
実施例2と同じ装置を用いて、同様にポリエチレンテレフタレートフィルム上に、正し以下に示す条件でシリカの成膜を行った。
Example 3
Using the same apparatus as in Example 2, a silica film was similarly formed on a polyethylene terephthalate film under the following conditions.

〈SiO2成膜条件〉
(1)放電ガス
窒素ガス
反応促進ガス:酸素ガス(窒素ガスに対し5%)
(2)反応性ガス
窒素ガス
薄膜形成ガス:
薄膜原料(TEOS)1.0体積%
TEOS;テトラエトキシシラン
(リンテック社製気化器にてアルゴンガスに混合)
出力密度:80kHz電源 8W/cm2
27.12MHz電源 8W/cm2
処理速度:10m/min
供給ガスの流露中に加熱装置を設け、ガス温度をモニタしながら、薄膜形成ガスは、150℃に、放電ガスの温度は表3に示すように変化させ成膜を行った。
<SiO 2 film formation conditions>
(1) Discharge gas
Nitrogen gas
Reaction promoting gas: Oxygen gas (5% of nitrogen gas)
(2) Reactive gas
Nitrogen gas
Thin film forming gas:
Thin film material (TEOS) 1.0 vol%
TEOS; tetraethoxysilane
(Mixed in argon gas with a Lintec vaporizer)
Output density: 80 kHz power supply 8 W / cm 2
27.12MHz power supply 8W / cm 2
Processing speed: 10m / min
A heating apparatus was provided during the flow of the supply gas, and while monitoring the gas temperature, the film formation gas was changed to 150 ° C. and the discharge gas temperature was changed as shown in Table 3 to form a film.

ロール電極の温度は50℃とし、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度(Tg=75℃)よりも−25℃に維持した。   The temperature of the roll electrode was 50 ° C. and was maintained at −25 ° C. above the glass transition temperature of polyethylene terephthalate (Tg = 75 ° C.).

ちなみに、薄膜原料であるTEOSの熱分解温度は、約230℃であった(DSCにより測定した。)。   Incidentally, the thermal decomposition temperature of TEOS as a thin film raw material was about 230 ° C. (measured by DSC).

尚、膜厚は約30nmに調整し、得られたSiO2膜を成膜したポリエチレンテレフタレートフィルムについて、水蒸気透過率および酸素透過率の測定ををモコン社製測定器を用いて行った。 The film thickness was adjusted to about 30 nm, and the water vapor transmission rate and oxygen transmission rate of the polyethylene terephthalate film on which the obtained SiO 2 film was formed were measured using a measuring instrument manufactured by Mocon.

Figure 2006002224
Figure 2006002224

本願方法により形成されるシリカ膜は水蒸気透過率、酸素透過率共に低く緻密な膜を形成していることが判る。   It can be seen that the silica film formed by the method of the present application forms a dense film having a low water vapor transmission rate and oxygen transmission rate.

本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置のガス導入部および電極部の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the gas introduction part and electrode part of the film-forming apparatus used for the thin film formation method of this invention. 本発明で用いることのできる角柱型で固定されている電極の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the electrode currently fixed by the prism shape which can be used by this invention. 本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置の全体構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the whole structure of the film-forming apparatus used for the thin film formation method of this invention. 本発明の薄膜形成方法に用いられる成膜装置のガス導入部および電極部の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the gas introduction part and electrode part of the film-forming apparatus used for the thin film formation method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基材
2a、2b 印加電極
2′a、2′b 第2電極
3a、3b、7 金属母体
4a、4b、6 誘電体
5 アース電極
5′ 第1電極
8、20、21 高周波電源
10 ガス導入部
11 放電ガス通路
12a、12b 反応性ガス通路
13a、13b 保温制御システム
14a、14b 放電ガス通路壁
15a、15b 反応性ガス通路壁
22 第1フィルター
23 第2フィルター
24a、24b 高周波プロープ
25a、25b オシロスコープ
25 ロール回転電極
30 プラズマ放電処理装置
31 プラズマ放電処理容器
32 放電処理部
36 角柱型固定電極
40 電圧印加手段
50、80 ガス供給手段
51、81 ガス発生装置
52 給気口
53 排気口
60、70 電極温度調節手段
64、67 ガイドロール
65、66 ニップロール
68、69 仕切板
G′ 処理排ガス
P 送液ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2a, 2b Application electrode 2'a, 2'b 2nd electrode 3a, 3b, 7 Metal base material 4a, 4b, 6 Dielectric material 5 Ground electrode 5 '1st electrode 8, 20, 21 High frequency power supply 10 Gas introduction Part 11 Discharge gas passage 12a, 12b Reactive gas passage 13a, 13b Thermal insulation control system 14a, 14b Discharge gas passage wall 15a, 15b Reactive gas passage wall 22 First filter 23 Second filter 24a, 24b High-frequency probe 25a, 25b Oscilloscope 25 Roll Rotating Electrode 30 Plasma Discharge Treatment Device 31 Plasma Discharge Treatment Container 32 Discharge Treatment Unit 36 Square Column Type Fixed Electrode 40 Voltage Application Means 50, 80 Gas Supply Means 51, 81 Gas Generator 52 Air Supply Port 53 Exhaust Port 60, 70 Electrode Temperature control means 64, 67 Guide roll 65, 66 Nip roll 6 , 69 partition plate G 'treated flue gas P liquid feed pump

Claims (5)

大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有するガスを放電空間に供給し、前記放電空間に高周波電界を印加することにより前記ガスを励起し、基材を励起した前記ガスに晒すことにより前記基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法に於いて、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含有するガスが、分離して前記放電空間に供給され、かつ、前記放電空間における、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度が、300℃以上3000℃以下であることを特徴とする薄膜形成方法。 A gas containing a discharge gas and a thin film forming gas is supplied to the discharge space under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof, the gas is excited by applying a high-frequency electric field to the discharge space, and the gas that excites the substrate In the thin film forming method of forming a thin film on the substrate by exposing to the gas, the discharge gas and the gas containing the thin film forming gas are separately supplied to the discharge space, and in the discharge space The method of forming a thin film, wherein the temperature of the mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas is 300 ° C. or higher and 3000 ° C. or lower. 前記放電空間における、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度が、500℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜形成方法。 2. The thin film forming method according to claim 1, wherein a temperature of a mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas in the discharge space is 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. 前記放電空間において、基材を支持する電極の温度は、前記基材のガラス転移温度に対して±50℃の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜形成方法。 3. The thin film forming method according to claim 1, wherein in the discharge space, the temperature of the electrode supporting the base material is within a range of ± 50 ° C. with respect to the glass transition temperature of the base material. 前記放電空間において、基材を支持する電極の温度は、前記基材のガラス転移温度に対して−50℃〜0℃の範囲にあることを特徴とする請求項3に記載の薄膜形成方法。 The method of forming a thin film according to claim 3, wherein the temperature of the electrode supporting the substrate in the discharge space is in the range of -50 ° C to 0 ° C with respect to the glass transition temperature of the substrate. 前記放電空間において、前記放電ガスと前記薄膜形成ガスを含む混合ガスの温度は、前記基材上に形成される薄膜の結晶化温度近傍又はそれ以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の薄膜形成方法。 5. The temperature of the mixed gas containing the discharge gas and the thin film forming gas in the discharge space is near or above the crystallization temperature of the thin film formed on the substrate. A method for forming a thin film according to 1.
JP2004180862A 2004-06-18 2004-06-18 Thin-film-forming method Pending JP2006002224A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004180862A JP2006002224A (en) 2004-06-18 2004-06-18 Thin-film-forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004180862A JP2006002224A (en) 2004-06-18 2004-06-18 Thin-film-forming method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006002224A true JP2006002224A (en) 2006-01-05

Family

ID=35770871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004180862A Pending JP2006002224A (en) 2004-06-18 2004-06-18 Thin-film-forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006002224A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011009419A (en) * 2009-06-25 2011-01-13 Konica Minolta Holdings Inc Solar cell unit and method for manufacturing the same
JP2011503349A (en) * 2007-11-08 2011-01-27 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Electrode configuration with movable shield

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011503349A (en) * 2007-11-08 2011-01-27 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Electrode configuration with movable shield
JP2011009419A (en) * 2009-06-25 2011-01-13 Konica Minolta Holdings Inc Solar cell unit and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5115522B2 (en) Thin film formation method
JP4433680B2 (en) Thin film formation method
JP4710216B2 (en) Thin film formation method
JPWO2005059202A1 (en) Thin film forming method and substrate on which a thin film is formed by the method
JP2005272957A (en) Surface treatment method and base material surface-treated by the surface treatment method
JP4686956B2 (en) Method for forming functional body
JP2006002224A (en) Thin-film-forming method
JP4140289B2 (en) Atmospheric pressure plasma discharge processing apparatus, atmospheric pressure plasma discharge processing method, and optical element
JP4534081B2 (en) Thin film forming equipment
JP4396088B2 (en) Atmospheric pressure plasma processing apparatus and atmospheric pressure plasma processing method
JP4019712B2 (en) Plasma discharge treatment apparatus and plasma discharge treatment method
JP4345284B2 (en) Thin film deposition equipment
JP2003003266A (en) Atmospheric pressure plasma treatment equipment, atmosphere pressure plasma treatment method, base material, optical film and image display element
JP2005071837A (en) Manufacturing method of transparent conductive film laminate, transparent conductive film laminate, and article using it
JP2005107044A (en) Fresnel lens for display
JP4193476B2 (en) Thin film deposition equipment
JP2004162136A (en) Plasma discharge treatment method
JP4360184B2 (en) Dielectric coated electrode and thin film forming apparatus
JP4821324B2 (en) Transparent and highly gas-barrier substrate and method for producing the same
JP2006267347A (en) Thin film, reflection preventing base material, semiconductor device, particulate manufacturing method and thin film manufacturing method
JP2005060770A (en) Thin film deposition apparatus
JP2005200737A (en) Method of forming transparent electroconductive film
JP4432429B2 (en) Manufacturing method of lenticular lens for display
JP2005307321A (en) Thin film deposition apparatus and thin film deposition method
JP2006175633A (en) Gas barrier thin film laminate, gas barrier resin base material and organic el device