JP2000340166A

JP2000340166A - 成膜方法及び成膜物

Info

Publication number: JP2000340166A
Application number: JP11148906A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Ueda; 充紀植田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック等の有機物からなる基材上に無
機物薄膜を形成した場合にも、高い密着強度が得られる
ようにする。【解決手段】有機物からなる基材２の上に無機物薄膜
２２を成膜する際に、先ず、無機物をイオン化させたプ
ラズマ中で基材２に電圧を印加してイオン注入を行い、
無機物イオンが注入されてなるイオン注入層２１を基材
２の表面に形成する。その後、イオン注入層２１の上に
無機物薄膜２２を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機物からなる基
材上に無機物からなる薄膜を成膜する成膜方法、並び
に、有機物からなる基材上に無機物からなる薄膜が成膜
されてなる成膜物に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック等の有機物からなる基材の
表面に、異種材料からなる薄膜を形成することは、エレ
クトロニクス、化学又は機械等の各種分野における応用
において、機能性付与や物性改善等を行うために極めて
有意義な技術である。

【０００３】しかしながら、プラスチック等の有機物か
らなる基材の表面に形成する薄膜が無機物からなる場合
には、薄膜の密着性が悪いという問題があった。

【０００４】例えば、プラスチックからなる基材上に、
アルミニウム等の金属や、シリコンなどの半導体や、窒
化シリコン等の誘電体などのような無機物からなる薄膜
を形成するとする。このように、有機ポリマーから構成
されるプラスチック基材上に、アモルファス又は多結晶
構造を呈する無機物薄膜を形成した場合、当該無機物薄
膜の密着性は極めて悪いものとなる。具体的には例え
ば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなる基
材上に、膜厚が４００ｎｍ程度の銀薄膜を形成した場
合、当該銀薄膜はテープテストにより容易に剥離してし
まう。

【０００５】このように、プラスチックからなる基材上
に形成された無機物薄膜の密着性が極めて悪い理由の一
つとして、膜応力の影響が挙げられる。一般に膜応力は
加熱処理を行うことに緩和することができる。しかし、
プラスチックは耐熱性が低いため、成膜中や成膜後に基
材の加熱をすることができない。そのため、プラスチッ
クからなる基材上に無機物薄膜を形成した場合には、膜
応力が大きくなる傾向にあり、その結果、基材に対する
薄膜の付着力が弱くなってしまっていた。

【０００６】以上のように、プラスチック等の有機物か
らなる基材上に、無機物からなる薄膜をそのまま形成す
ると密着性が極めて悪い。そこで、この密着性を改善す
るために、従来より様々な手法が試みられている。

【０００７】具体的には例えば、基材上にバインダーを
塗布して密着層としての下地層を形成し、その上に無機
物薄膜を成膜することで、無機物薄膜の密着性を向上す
るようにしたり、或いは、基材と無機物薄膜の間に炭化
物からなる中間層を入れて、基材から無機物薄膜に至る
組成及び構造の変化を緩やかなものとすることで、無機
物薄膜の密着性を向上するようにしたり、或いは、基材
表面に対してイオンクリーニングを施すことで、無機物
薄膜の密着性を向上するようにしたり、或いは、イオン
プレーティング法やイオンアシスト蒸着法などのように
高い密着強度が得られる成膜法を採用することで、無機
物薄膜の密着性を向上するようにしたりしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、プラス
チック等の有機物からなる基材上に無機物薄膜を形成し
た場合には密着性が極めて悪く、この密着性を改善する
ために、従来より様々な手法が試みられている。しかし
ながら、従来の手法では、未だ十分な密着強度が得られ
ておらず、密着性をより高めて成膜できるようにするこ
とが望まれている。

【０００９】また、密着性を改善するために従来より行
われていた手法では、例えば、膜厚の制御が困難である
とか、比較的に高い密着強度が得られても、それ以外の
物性値が中間層の影響で変わってしまうとか、溶液や懸
濁液の調整や洗浄工程が必要であるなどの問題もあっ
た。

【００１０】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、プラスチック等の有機物から
なる基材上に無機物薄膜を形成した場合にも、高い密着
強度が得られる成膜方法を提供することも目的としてい
る。また、プラスチック等の有機物からなる基材上に無
機物薄膜が高い密着強度にて形成された成膜物を提供す
ることも目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る成膜方法で
は、有機物からなる基材上に薄膜を成膜する際に、無機
物をイオン化させたプラズマ中で基材に電圧を印加して
イオン注入を行い、無機物イオンが注入されてなるイオ
ン注入層を基材の表面に形成し、イオン注入層の上に無
機物からなる薄膜を成膜する。この成膜方法では、無機
物イオンが注入されてなるイオン注入層の上に無機物薄
膜が成膜されるので、当該無機物薄膜は高い密着強度に
て成膜されることとなる。

【００１２】また、本発明に係る成膜物は、有機物から
なる基材と、基材に無機物イオンが注入されてなるイオ
ン注入層と、イオン注入層上に形成された無機物からな
る薄膜とを備えることを特徴とする。この成膜物におい
て、無機物薄膜は無機物イオンが注入されてなるイオン
注入層の上に形成されているので、当該無機物薄膜の密
着強度は非常に高いものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１４】まず、本発明に係る成膜方法を実施する際
に用いられる成膜装置の具体的な構成例について、図１
を参照しながら説明する。

【００１５】図１に示す成膜装置１は、有機物からなる
基材２の上に無機物薄膜を成膜する装置であり、無機物
イオンを基材２に注入してイオン注入層を形成する機能
と、イオン注入層の上に無機物薄膜を成膜する機能とを
兼ね備えている。

【００１６】この成膜装置１は、真空容器３と、真空容
器３の内部を排気するためのクライオポンプ４と、真空
容器３の内部において被処理物２を支持するホルダー５
と、被処理物２に注入するイオンを供給するイオン発生
装置６と、イオン供給のオン／オフの切り換えを行うシ
ャッタ７と、基材２にパルス状のバイアス電圧を印加す
るためのパルス電源８とを備える。

【００１７】真空容器３は、内部が排気され高真空状態
とされる容器である。この成膜装置１では、この真空容
器３の内部においてプラズマを発生させる。そして、当
該プラズマに含まれるイオンを基材２に注入すること
で、イオン注入層を形成する。また、当該プラズマに含
まれるイオンを基材２に堆積させることで、薄膜の成膜
を行う。

【００１８】クライオポンプ４は、真空容器３の内部を
排気して、高い真空状態を得るための真空ポンプであ
る。この成膜装置１では、クライオポンプ４により真空
容器３の内部を排気して、イオンを真空容器３の内部に
導入する前の真空度、すなわち背景真空度を、例えば１
０^-7Ｔｏｒｒ程度とする。また、クライオポンプ４によ
り真空容器３の内部を排気して、イオンを真空容器３の
内部に導入してプラズマを発生させたときの真空度、す
なわちイオン注入や成膜を行う際の真空度を、例えば１
０^-5Ｔｏｒｒ程度とする。

【００１９】ホルダー５は、基材２を支持するためのも
のであり、真空容器３に取り付けられた絶縁性の支持部
材９により、真空容器３の内部に支持されている。基材
２に対してイオン注入や成膜等の処理を施す際、当該基
材２は、このホルダー５に取り付けられる。

【００２０】このホルダー５には、冷却水導入用パイプ
が組み込まれており、当該パイプに冷却水を流すことに
より、このホルダー５に取り付けられた基材２を冷却で
きるようになされている。ここで、ホルダー５に組み込
まれた冷却水導入用パイプは、支持部材９を介して、真
空容器３の外部に導出されている。そして、図中矢印Ａ
に示すように、真空容器３の外部に導出された冷却水導
入用パイプを介して、ホルダー５に組み込まれた冷却水
導入用パイプに冷却水を供給できるようになされてい
る。

【００２１】基材２に対してイオン注入や成膜等の処理
を施すと、基材２の温度が上昇することがある。しか
し、基材２が、例えばプラスチック等のように高温での
処理が好ましくない材料からなる場合、イオン注入や成
膜等の処理を行っているときに基材２の温度があまりに
上昇することは問題である。

【００２２】しかしながら、この成膜装置１では、水冷
機能を備えたホルダー５を用いることにより、基材２に
対してイオン注入や成膜等の処理を施す際に、基材２の
温度を制御することが可能となっている。したがって、
基材２がプラスチック等のように高温での処理が好まし
くない材料からなる場合でも、基材２の温度上昇を抑え
て、基材２に対してイオン注入や成膜等の処理を行うこ
とができる。

【００２３】イオン発生装置６は、イオンを発生させて
真空容器３の内部に供給するためのものであり、イオン
を発生させるイオン発生源１０を備えるとともに、イオ
ン発生源１０から発生した粒子のうち、所望するイオン
だけを真空容器３の内部に導くためのプラズマダクト１
１を備える。

【００２４】ここで、イオン発生源１０としては、例え
ば、カウフマン型イオンソース、マグネトロンスパッタ
ソース、カソーディックアークソースなどがを使用可能
である。ここで、カウフマン型イオンソース及びマグネ
トロンスパッタソースでは、イオン源となる動作ガスが
導入され、当該動作ガスからイオンが生成される。一
方、カソーディックアークソースは、動作ガスを使用す
ることなくイオンを発生させる。具体的には、カソーデ
ィックアークソースでは、イオン源となる材料からなる
カソードを用いてアーク放電を発生させ、このアーク放
電によりカソードが蒸発してイオン化した粒子を取り出
す。このようなカソーディックアークソースでは、イオ
ン発生に動作ガスを使用しないため、高真空状態を維持
しつつイオンを発生させることができるという利点があ
る。

【００２５】なお、イオン発生源１０としてカソーディ
ックアークソースを用いる場合には、カソードが融ける
ことによる液適の発生が問題になることがある。このよ
うな液適発生の問題を解消するために、電磁フィルター
を用いて液適を除去するようにしたものもあり、そのよ
うなカソーディックアークソースはフィルタードカソー
ディックアークソースと呼ばれている。この成膜装置１
では、そのようなフィルタードカソーディックアークソ
ースをイオン発生源１０として用いるようにしても良
い。

【００２６】イオン発生源１０からは、所望するイオン
とともに、中性の粒子や質量の大きなマクロパーティク
ルも同時に発生する。しかし、所望するイオン以外の粒
子までもが基材２に到達してしまうことは好ましくな
い。そこで、このイオン発生装置６は、イオン発生源１
０からの粒子のうち、所望するイオンだけを、プラズマ
ダクト１１により真空容器３の内部に導くようにしてい
る。

【００２７】このプラズマダクト１１は、例えば約４５
度屈曲した経路を有し、当該経路に沿ってマグネットが
配置されてなる。そして、マグネットからの磁場によ
り、所望するイオンが、屈曲した経路に沿って真空容器
３の内部に導かれるようになされている。一方、中性の
粒子や質量の大きなマクロパーティクルは、磁場に拘束
されにくいため、屈曲した経路を通過できずに遮られ
る。

【００２８】このようなプラズマダクト１１を、イオン
発生源１０と真空容器３との間に配置しておくことで、
中性の粒子や質量の大きなマクロパーティクルを遮り、
所望するイオンだけを真空容器３の内部に導くことが可
能となる。これにより、中性の粒子や質量の大きなマク
ロパーティクルによる影響を除去して、基材２上に成膜
される薄膜の品質を向上することできる。

【００２９】なお、この成膜装置１では、後述するよう
に、基材２にバイアス電圧を印加して、イオンを基材２
に引き寄せる。したがって、イオン発生装置６は、高い
エネルギーのイオンを発生させるものである必要はな
く、比較的に低いエネルギー（２ｋｅＶ程度以下）のイ
オンを発生させるものでよい。

【００３０】シャッタ７は、イオン発生装置６のイオン
出射口近傍に配され、イオン供給のオン／オフの切り換
えを行う。すなわち、シャッタ７が開かれたときに、イ
オン発生装置１１からのイオン供給がなされ、シャッタ
７が閉じられたときに、イオン発生装置６からのイオン
供給が停止される。

【００３１】パルス電源８は、ホルダー５に支持された
基材２に対してパルス状電圧を印加するためのものであ
る。すなわち、パルス電源８は、基材２に対してイオン
注入や成膜の処理を施す際に、バイアス電圧としてパル
ス状電圧を基材２に対して印加する。

【００３２】つぎに、以上のような成膜装置１を用いて
行われる本発明に係る成膜方法の実施の形態について説
明する。

【００３３】本発明を適用して、上記成膜装置１により
基材２上に無機物薄膜を成膜する際は、先ず、処理対象
の基材２を、真空容器３の内部に配されたホルダー５に
取り付ける。ここで、処理対象となる基材２は有機物か
らなり、例えば、アモルファスポリオレフィン、ポリカ
ーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン
テレフタラート、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂等か
らなる。

【００３４】次に、真空容器３の内部をクライオポンプ
４により排気して高真空状態とする。このときの真空容
器３の内部の真空度、すなわちイオンを真空容器３の内
部に導入する前の真空度（背景真空度）は、例えば１０
^-7Ｔｏｒｒ程度とする。

【００３５】なお、基材２が、例えばプラスチック等の
ように高温での処理が好ましくない材料からなる場合に
は、ホルダー５に組み込まれた冷却水導入用パイプに冷
却水を流して、基材２の温度が上がりすぎないようにし
ておく。

【００３６】次に、イオン発生装置６により、無機物イ
オンを発生させ、当該無機物イオンを真空容器３の内部
に導入する。これにより、真空容器３の内部に、無機物
イオンを含むプラズマを発生させる。このときの真空容
器３の内部の真空度は、例えば１０^-5Ｔｏｒｒ程度とす
る。

【００３７】そして、無機物イオンを含むプラズマ中に
基材２が配された状態において、パルス電源８によりパ
ルス状電圧を発生させ、当該パルス状電圧をバイアス電
圧として基材２に印加する。このとき、基材２に印加す
るバイアス電圧を調整することにより、基材２に入射す
るイオンのエネルギーを制御することができる。したが
って、基材２に印加するバイアス電圧を調整することに
より、基材２に対してイオン注入を行うようにしたり、
基材２の上にイオンを堆積させて薄膜の成膜を行うよう
にしたり、或いは、基材２の表面をイオンによりスパッ
タリングするようにしたりすることができる。

【００３８】そして、本発明を適用する際は、基材２に
印加するバイアス電圧を調整して、先ず、プラズマ中の
無機物イオンを基材２に注入して、無機物イオンが注入
されてなるイオン注入層を基材２の表面に形成する。そ
の後、イオン注入層の上に、プラズマ中の無機物イオン
を堆積させて、無機物薄膜を形成する。このように、基
材２の表面に無機物イオンを予め注入してイオン注入層
を形成し、当該イオン注入層上に無機物薄膜を形成する
ようにすることで、無機物薄膜の密着性が飛躍的に向上
する。

【００３９】なお、イオン注入層の形成に用いる無機物
は、成膜する無機物薄膜と同一の材料であることが好ま
しいが、無機物薄膜の密着性向上の効果が得られるもの
であれば、成膜する無機物薄膜とは異なる無機物であっ
てもよい。具体的には、イオン注入層の形成に用いる無
機物としては、Ｃ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｍｇなどが挙げられる。すなわ
ち、イオン注入層を形成する際は、これらの無機物をイ
オン発生装置６によりイオン化して真空容器３に導入す
る。

【００４０】また、イオン注入層を形成する際には、プ
ラズマ中に酸素や窒素を導入するようにしてもよい。イ
オン注入層を形成する際に酸素や窒素を導入した場合、
酸素分子や窒素分子はイオン照射の影響で一部プラズマ
化する。したがって、それらも無機物イオンと一緒に基
材２に注入され、結果として、酸化物や窒化物の注入が
なされることとなる。すなわち、プラズマ中でイオン注
入層を形成する際には、プラズマ中に酸素や窒素を導入
することにより、イオン注入層への注入物を酸化物や窒
化物とすることができる。

【００４１】また、成膜対象の無機物としては、Ｃ，Ａ
ｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓ
ｉ，Ｍｇなどが挙げられる。すなわち、イオン注入層の
上に無機物薄膜を成膜する際は、これらの無機物をイオ
ン発生装置６によりイオン化して真空容器３に導入し、
それらのイオンをイオン注入層の上に堆積させて薄膜を
形成する。

【００４２】また、無機物薄膜を成膜する際には、プラ
ズマ中に酸素や窒素を導入するようにしてもよい。無機
物薄膜を成膜する際に酸素や窒素を導入した場合、酸素
分子や窒素分子はイオン照射の影響で一部プラズマ化す
る。したがって、それらも無機物イオンと一緒にイオン
注入層上に堆積し、結果として、酸化物や窒化物の成膜
がなされることとなる。すなわち、プラズマ中で無機物
薄膜を成膜する際には、プラズマ中に酸素や窒素を導入
することにより、イオン注入層上に成膜する無機物薄膜
を酸化物や窒化物とすることができる。

【００４３】なお、基材２に対してバイアス電圧を印加
してイオン注入を行う際、当該バイアス電圧は、負のパ
ルス電圧と正のパルス電圧とを含むパルス状電圧とする
ことが好ましい。このようなパルス状電圧の波形例を図
２に示す。図２に示す例では、正負のパルスが交互に現
れるようになされており、パルス状電圧の正負のパルス
ピーク値は±１０ｋＶ、正負のそれぞれのパルスの幅は
１０μｓｅｃ、パルス間隔は１００μｓｅｃ（１０ｋＨ
ｚ）とされている。

【００４４】このようなパルス状電圧をバイアス電圧と
して基材２に印加した場合、負のパルス電圧が基材２に
印加されたときに、プラズマ中に含まれている正イオン
が基材２に引き込まれ、当該正イオンが基材２に注入さ
れる。このとき、基材２には、正イオンの注入に伴って
電荷がたまる。そのため、基材２が絶縁物からなる場
合、基材２に負電圧を印加し続けたのでは、基材２への
イオン注入を継続することはできない。しかし、基材２
に対して印加するバイアス電圧を、負のパルス電圧と正
のパルス電圧とを含むパルス状電圧としておけば、正の
パルス電圧が印加されたときに、基材２にたまっていた
電荷が中和される。

【００４５】すなわち、正のパルス電圧が基材２に印加
されたときに、電子が基材２に引き込まれ、当該電子に
より基材２にたまっていた電荷が中和される。このよう
にして、基材２にたまっていた電荷を中和しておけば、
その後、負のパルス電圧を印加したときに、改めて、正
イオンが基材２に引き込まれ、基材２へのイオン注入が
なされることとなる。すなわち、基材２に印加するバイ
アス電圧を、正のパルス電圧と負のパルス電圧を含むパ
ルス状電圧とすることで、基材２が絶縁物であってもチ
ャージアップ状態になることなく、基材２へのイオン注
入を行うことができる。

【００４６】以上のようにパルス状電圧をバイアス電圧
として基材２に印加してイオン注入を行う際、基材２へ
のイオンの注入量や注入深さ等は、基材２に印加される
パルス電圧のパルスピーク値、パルス立ち上がり時間、
パルス間隔、パルス幅などに依存する。したがって、基
材２に印加するパルス状電圧の波形を制御することによ
り、基材２にイオンを注入する際の注入量や注入深さを
制御することができる。

【００４７】ところで、イオン注入の方法としては、イ
オンビームを被処理物に直接照射することで、イオンを
被処理物に注入する手法（以下、イオンビーム注入法と
称する。）もある。このようなイオンビーム注入法で
は、一定エネルギーのイオンビームが加速されて被処理
物に注入されるため、その注入プロファイル（被処理物
の表面からの深さと、被処理物に注入されたイオンの濃
度との関係）は、表面からある程度の深さのところにピ
ークを持つガウシアン型の分布となる。

【００４８】このように、表面からある程度の深さのと
ころにイオン濃度のピークを持つようにイオン注入がな
された場合、ある程度の深さのところでは、注入された
イオンによって組成や構造が変化しているが、イオン濃
度の低い表面付近の物性は、もともとの物性から大きな
変化はなく、イオン注入による表面改質効果はあまり得
られない。そのため、たとえイオン注入を行ったとして
も、無機物薄膜の密着性向上の効果はあまり無い。

【００４９】これに対して、無機物をイオン化させたプ
ラズマ中でイオン注入を行う場合には、基材２に印加す
るバイアス電圧を制御することにより、イオンの注入量
や注入深さを制御することが可能である。したがって、
その注入プロファイルを、例えば図３に示すように、表
面近傍にピークを持つようにすることができる。このよ
うに、表面近傍のイオン濃度が高くなるようにイオン注
入を行うことにより、高い表面改質効果が得られ、その
結果として、無機物薄膜の密着性を大幅に向上すること
ができる。

【００５０】ところで、無機物をイオン化させたプラズ
マ中でイオン注入を行う場合には、上述したように、基
材２に印加するバイアス電圧を制御することにより、基
材２に対してイオン注入を行うだけでなく、基材２の上
にイオンを堆積させて薄膜の成膜を行うようにしたり、
或いは、基材２の表面をイオンによりスパッタリングす
るようにしたりすることができる。以下、このことにつ
いて、より詳細に説明する。

【００５１】基材２の周囲にあるイオンは、バイアス電
圧が基材２に印加されたときに、基材方向に向かって加
速される。このとき、基材２に到達したイオンのエネル
ギーの大きさによってイオンの作用が変わる。

【００５２】すなわち、基材２に到達するイオンのエネ
ルギーが小さい場合、当該イオンはそのまま基材２の上
に堆積し、成膜の作用が得られる。それよりもイオンの
エネルギーが大きい場合、当該イオンは基材２の表面を
スパッタリングし、エッチングを引き起こす。更にそれ
よりもイオンのエネルギーが大きい場合、当該イオンは
基材２の内部に入り込み、イオン注入の効果が得られ
る。

【００５３】ここで、基材２に到達するイオンのエネル
ギーは、基材２にバイアス電圧が印加されたときにおけ
る、イオンと基材２までの距離に比例する。すなわち、
基材２から距離的に近いエリアに浮遊していたイオン
は、バイアス電圧による加速をあまり受けず、低いエネ
ルギーにて基材２に入射する。一方、基材２から距離的
に遠いエリアに浮遊していたイオンは、バイアス電圧に
よる加速を十分に受けて、高いエネルギーにて基材２に
入射する。

【００５４】したがって、プラズマ中で基材２にバイア
ス電圧を印加してイオン注入を行う場合、基材２に入射
するイオンのエネルギーは一定ではなく、様々なレベル
のエネルギーを有するイオンを基材２に同時に入射させ
ることができる。

【００５５】したがって、バイアス電圧を調整すること
により、例えば、低いエネルギーのイオンが基材２に堆
積することによる成膜の作用と、高いエネルギーのイオ
ンが基材２に入り込むことによるイオン注入の作用とを
組み合わせることができる。すなわち、成膜とイオン注
入を同時に行う、いわゆるダイナミックミキシングの効
果を持たせることができる。

【００５６】或いは、バイアス電圧を調整することによ
り、低いエネルギーのイオンによるスパッタリングの作
用と、高いエネルギーのイオンが基材２に入り込むこと
によるイオン注入の作用とを組み合わせることもでき
る。或いは、バイアス電圧を調整することにより、低エ
ネルギーのイオンが基材２に堆積することによる成膜の
作用と、それよりも高いエネルギーのイオンによるスパ
ッタリングの作用と、それよりも高いエネルギーのイオ
ンが基材２に入り込むことによるイオン注入の作用とを
組み合わせることもできる。

【００５７】また、基材２にバイアス電圧が印加されて
いない状態において、初期エネルギーで基材２まで到達
したイオンは、そのまま基材２の上に堆積する。すなわ
ち、基材２にバイアス電圧を印加していないときには、
成膜の作用が得られる。したがって、例えば、基材２に
バイアス電圧を印加せずに、基材２にイオンを堆積させ
て成膜し、その後、基材２にバイアス電圧を印加してイ
オン注入を行うようにすることもできる。すなわち、バ
イアス電圧の印加のタイミングを調整することにより、
薄膜の成膜の後にイオン注入を行う、いわゆるスタティ
ックミキシングの効果を持たせることもできる。

【００５８】以上のように、プラズマ中で基材２にバイ
アス電圧を印加してイオン注入を行う場合には、バイア
ス電圧を調整することにより、イオン注入だけでなく、
成膜、スパッタリング、ダイナミックミキシング、スタ
ティックミキシングなどの作用も組み合わせて、基材２
に対して表面処理を施すことが可能となる。これによ
り、例えば、イオン注入を行う際の注入プロファイルを
制御して、例えば図３に示したように、表面近傍のイオ
ン濃度が高くなるようにイオン注入を行うようなことも
可能となる。

【００５９】なお、上述の各作用の中で、スパッタリン
グはエッチングを引き起こす。しかし、無機物薄膜を成
膜する前の処理において、基材２の表面がエッチングさ
れてしまうことは、好ましくない場合が多い。そのよう
な場合には、バイアス電圧を調整して、スパッタリング
があまり生じないようにすることが好ましい。

【００６０】ところで、イオン注入を行う際の注入量や
注入深さ等は、イオン源から基材２までの距離、基材２
の種類、基材２の密度、イオンの種類などに依存する。
したがって、基材２に印加するバイアス電圧は、それら
の諸条件を考慮して、電圧レベル、周波数、パルス波
形、パルスデューティ等を最適化することが望ましい。

【００６１】以上のように本発明を適用して無機物薄膜
の成膜を行った成膜物の一例を図４に示す。図４に示す
成膜物２０は、有機物からなる基材２と、基材２に無機
物イオンが注入されてなるイオン注入層２１と、イオン
注入層２１の上に形成された無機物薄膜２２とを備え
る。なお、図４では便宜上、イオン注入層２１と基材２
の間に実線を引きそれらを区別したが、実際には、基材
２とイオン注入層２１の間に明確な境界がある訳ではな
い。また、バイアス電圧のかけ方により、イオン注入層
２１と無機物薄膜２２の境界も不明確になる。これは、
成膜とイオン注入が同時に行われる場合があるためであ
る。

【００６２】この成膜物２０において、基材２は、例え
ば、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、
ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタラー
ト、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂等からなる。

【００６３】そして、この基材２の表面に、無機物をイ
オン化して注入したイオン注入層２１が形成されてい
る。ここで、イオン注入層２１に注入される無機物は、
例えば、Ｃ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｍｇなど、或いは、これらの酸化物又
は窒化物（例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＴｉＮ，ＴｉＯ₂）などで
ある。

【００６４】このイオン注入層２１において、注入され
たイオンの濃度は、表面近傍にピークを持ち、深くなる
に従ってイオン濃度が減少するようになされる。すなわ
ち、イオン注入層２１のイオン濃度分布は、表面近傍に
ピークを持つ傾斜勾配となるようにする。このように、
表面近傍にイオン濃度のピークを持たせることにより、
イオン注入による表面改質効果が高まり、無機物薄膜２
２の密着性がより向上する。

【００６５】なお、イオン注入層２１の厚さ（すなわち
イオン注入の深さ）は、イオン注入層２１の上に形成さ
れる無機物薄膜２２の密着性が向上する程度良く、あま
り厚くする必要はない。むしろ、無機物薄膜２２の密着
性を向上させるためには、特に表面近傍におけるイオン
濃度を高めた方が好ましく、あまり深くまでイオンを注
入する必要はない。具体的には、表面からの深さが１０
〜１００ｎｍ程度の範囲内にイオン注入を行うようにす
ることが望ましい。

【００６６】そして、このイオン注入層２１の上に、無
機物薄膜２２が形成されている。ここで、無機物薄膜２
２の材料は、例えば、Ｃ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｍｇなど、或いは、これ
らの酸化物又は窒化物（例えばＡｌ₂Ｏ₃，ＴｉＮ，Ｔｉ
Ｏ₂）などである。この無機物薄膜２２は、無機物イオ
ンが注入されてなるイオン注入層２１の上に形成されて
いるので、当該無機物薄膜２２の密着強度は非常に高い
ものとなる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、プラスチック等の有機物からなる基材上に無機物
薄膜を形成した場合にも、高い密着強度が得られる。し
たがって、プラスチック等の有機物からなる基材の表面
に無機物薄膜を成膜することで機能性付与や物性改善等
を行うにあたり、その適用可能分野が大幅に広がり、産
業上非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜方法を実施する際に用いられ
る成膜装置の一構成例を示す図である。

【図２】上記成膜装置によりイオン注入を行う際に基材
に印加するパルス状のバイアス電圧の波形例を示す図で
ある。

【図３】無機物をイオン化させたプラズマ中でイオン注
入を行った場合の注入プロファイルの一例を示す図であ
る。

【図４】本発明を適用して作製した成膜物の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１成膜装置、２基材、３真空容器、４ク
ライオポンプ、５ホルダー、６イオン発生装置、
７シャッタ、８パルス電源、２０成膜物、
２１イオン注入層、２２無機物薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機物からなる基材上に薄膜を成膜する
際に、無機物をイオン化させたプラズマ中で上記基材に電圧を
印加してイオン注入を行い、無機物イオンが注入されて
なるイオン注入層を上記基材の表面に形成し、上記イオン注入層の上に、無機物からなる薄膜を成膜す
ることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】上記イオン注入層を形成する際に、プラ
ズマ中に酸素及び／又は窒素も導入して、上記イオン注
入層への注入物を酸化物及び／又は窒化物とすることを
特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】上記イオン注入層を形成する際に上記基
材に印加する電圧を、正のパルス電圧と負のパルス電圧
を含むパルス状電圧とすることを特徴とする請求項１記
載の成膜方法。
【請求項４】上記基材は、アモルファスポリオレフィ
ン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リエチレンテレフタラート、アクリル樹脂又はポリイミ
ド樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の成膜方
法。
【請求項５】上記イオン注入層の形成に用いる無機物
として、Ｃ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｍｇのうちの少なくとも１種を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項６】上記イオン注入層の上に成膜される薄膜
は、Ｃ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｎｂ，Ｓｉ，Ｍｇのうちの少なくとも１種を含むことを
特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項７】有機物からなる基材と、上記基材に無機物イオンが注入されてなるイオン注入層
と、上記イオン注入層上に形成された、無機物からなる薄膜
とを備えることを特徴とする成膜物。