JP2003080625A

JP2003080625A - プラスチック基板への成膜方法、及び膜形成体

Info

Publication number: JP2003080625A
Application number: JP2001273606A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kozuka; 毅士古塚; Shiro Takigawa; 志朗瀧川; Isao Tokomoto; 勲床本
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック製の基板を用いて金属や金属酸
化物からなる機能性膜を成膜した場合に、成膜した後に
機能性膜が剥離しないように安定して付着させるように
することである。【解決手段】プラスチック基板１５にモノマーを重合
させてポリマーからなるアンダーコート層１６を形成
し、このアンダーコート層１６を親水処理して疎水性の
置換基を親水性の置換基に変化させ、この親水処理され
たアンダーコート層１６上に金属又は金属酸化物からな
る機能性膜１７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック基板
に対して金属又は金属酸化物からなる膜を成膜する方
法、及びプラスチック基板に機能性膜が形成された膜形
成体に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の基板に各種の薄膜が成膜されると
ころであるが、これら薄膜が形成された基板は、光学ミ
ラーや光学フィルターのように光学的な機能を備える等
の、各種の機能を備える製品として用いられている。そ
して、成膜される基板としてアクリル等のプラスチック
製の基板が用いられることがあり、かかるプラスチック
製の基板に金属又は金属酸化物を材質とする各種の機能
性膜が形成されることがある。

【０００３】そして、近年では、前記成膜された基板を
ベースとする製品が各方面で応用されるとともに、その
品質向上に対する需要も高まっており、基板に形成され
た膜の物理的な強度が高いこと等が求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、プラスチック
製の基板に、各種の金属又は金属酸化物の膜を成膜しよ
うとすると、基板に対する密着力の高い膜を形成するこ
とが困難であり、基板上に形成された膜が剥がれ易い等
の問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、プラスチック製の基板
を用いて金属や金属酸化物からなる機能性膜を成膜した
場合に、該機能性膜が剥離することのないように成膜す
るプラスチック基板への成膜方法、及びプラスチック基
板に機能性膜が形成された膜形成体を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、プラスチック基板上にシラン系有機化合
物のモノマーを重合させてポリマーからなるアンダーコ
ート層を形成する重合工程と、前記重合工程で得られた
アンダーコート層を親水処理して疎水性の置換基を親水
性の置換基に変化させる親水処理工程と、前記親水処理
されたアンダーコート層上に金属又は金属酸化物からな
る機能性膜を形成する主成膜工程とを有する、プラスチ
ック基板への成膜方法である（請求項１）。

【０００７】この成膜方法によると、プラスチック基板
に対して密着性の高い上記アンダーコート層を形成し、
該アンダーコート層を親水処理して親水性を備えさせた
後に、かかるアンダーコート層上に前記金属又は金属酸
化物からなる機能性膜を成膜する。

【０００８】これにより、本発明によると、プラスチッ
ク基板に対して密着性の高いアンダーコート層を形成
し、このアンダーコート層に親水性を備えさせて金属又
は金属酸化物からなる機能性膜を形成するので、かかる
機能性膜をアンダーコート層に対して密着させて形成で
きる。これにより、金属又は金属酸化物からなる機能性
膜が基板側から容易に剥離されないものにできる。

【０００９】また、本発明の成膜方法において、前記重
合工程に先がけて前記アンダーコート層を形成するプラ
スチック基板の表面に励起させた不活性ガスもしくは酸
素ガスを作用させてイオンボンバード処理するイオンボ
ンバード処理工程を備えることができる（請求項２）。
これにより、プラスチック基板の表面にイオンボンバー
ド処理を施すことにより、前記アンダーコート層をプラ
スチック基板に対してより密着させて形成することがで
き、プラスチック基板に対して、アンダーコート層及び
機能性膜を安定させることができる。

【００１０】また、本発明の成膜方法において、前記ア
ンダーコート層を形成するためのモノマーとして、ヘキ
サメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）を用いることができ
る（請求項３）。

【００１１】また、本発明の成膜方法において、前記プ
ラスチック基板としてアクリル基板を用いることができ
る（請求項４）。プラスチック基板の中でもアクリル基
板を用いると、アクリルは透明度が高く、安価な上に形
成が容易であり、他のプラスチック基板に比べて硬いた
め、ガラス基板の代用としても有望な材料であるので好
ましい。

【００１２】そして、本発明の成膜方法を実施すること
により、プラスチック基板と、該プラスチック基板上に
形成されたシラン系有機化合物のポリマーからなるアン
ダーコート層と、該アンダーコート層上に形成された金
属又は金属酸化物からなる機能性膜とを備える膜形成体
を得ることができる（請求項５）。

【００１３】また、上記膜形成体について、前記アンダ
ーコート層が、モノマーであるＨＭＤＳ（ヘキサメチル
ジシロキサン）が重合されてなるポリＨＭＤＳによって
形成されたものを得ることができる（請求項６）。

【００１４】また、上記膜形成体について、前記プラス
チック基板がアクリル基板であるものを得ることができ
る（請求項７）。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１６】図１は本発明の成膜方法に用いることがで
きる真空成膜装置１の構成の概略を示している。

【００１７】成膜装置１は、成膜の対象となる基板１５
が内部の空間に配置される真空チャンバ２を備えてい
る。真空チャンバ２の内部の空間は、特に図示されない
真空ポンプにより排気口５を介して排気することがで
き、後に説明するプラズマ放電を生じさせる等の成膜上
の各条件に応じた所要の真空度とすることができる。

【００１８】また、真空チャンバ２にはガス供給口３が
設けられている。そして、このガス供給口３を介して、
イオンボンバード処理を行う場合に必要なアルゴン等の
不活性ガスや酸素ガス、膜の原料となる原料ガスをチャ
ンバ２内に供給できるようにされている。そして、ガス
供給口３は、上記不活性ガスや酸素ガス、膜の原料ガス
が各々に特に図示しないガスボンベにより所要の圧力で
供給されるようにされている。

【００１９】前記成膜の対象となる基板１５は、真空チ
ャンバ２内で基板ホルダ６によって保持される。この基
板ホルダ６は、基板１５を回転させながら成膜できるよ
うに回転駆動されるようにされている。即ち、基板ホル
ダ６は、該基板ホルダ６が保持する基板１５とともに共
通の回転軸回りに回転駆動されるようにされており、特
に図示しないモータによって回転駆動されるようにされ
ている。

【００２０】また、真空チャンバ２内には、基板ホルダ
６の基板１５を保持する側と対向するように電力供給用
電極１０が配置されている。この電力供給用電極１０を
介して真空チャンバ２内に高周波電力を供給し、真空チ
ャンバ２内の不活性ガスや膜の原料ガスを励起してプラ
ズマ化させることができる。

【００２１】電力供給用電極１０は、真空チャンバ２外
部に設けられる高周波電源（ＲＦ）８と接続されてい
る。高周波電源８は、マッチングボックス１１を介して
電力供給用電極１０に電力を伝達するように、電力供給
用電極１０と電気的に接続されている。

【００２２】マッチングボックス１１は、高周波電源８
のインピーダンスと真空チャンバ２側のインピーダンス
とをマッチングさせるべくマッチング動作する。このマ
ッチングボックス１１内の回路は、例えば可変コンデン
サＣ１、Ｃ２及びチョークコイルＬ１からなる周知のも
のである。

【００２３】高周波電源８と真空チャンバ２側とを接続
するにあたり、導電性材料で形成される真空チャンバ２
及び基板ホルダ６を接地するとともに、高周波電源８の
出力端子のうち電力供給用電極１０に対する他方側が接
地される。

【００２４】また、この成膜装置１は、その前方にチャ
ンバ２の扉を２枚備えており、一方の扉は左側に揺動開
閉すべく左端でヒンジ接続され、他方の扉は右側に揺動
開閉すべく右端でヒンジ接続されており、いずれか一方
の扉を開いた状態で他方の扉を閉じることでチャンバ２
を密閉できるように構成されている。そして、いずれか
他方の扉をスパッタ用ターゲットを設けたスパッタリン
グ用ユニットとしておくことで、後に説明するようにス
パッタリングによる成膜も一つの装置で可能なように構
成されている。

【００２５】以上に説明した成膜装置１を用い、プラス
チック基板に成膜する方法について説明する。

【００２６】真空チャンバ２内の基板ホルダ６に成膜の
対象となるプラスチック基板１５をセットし、真空チャ
ンバ２の扉を閉じて大気より密閉する。

【００２７】まず、イオンボンバード処理工程を実行
し、プラスチック基板１５の成膜される表面にイオンボ
ンバード処理を施す。

【００２８】成膜装置１によりイオンボンバード処理を
行うにあたり、ガス供給口３より不活性ガスもしくは酸
素ガスをチャンバ２内に供給しつつ、排気口５を介して
排気してチャンバ２内を所要の真空度に保つ。そして、
高周波電源８を動作させ電力供給用電極１０を介してチ
ャンバ２内に高周波電力を供給しプラズマ放電を生成さ
せる。これにより、プラスチック基板１５は、電離又は
励起された不活性ガスもしくは酸素ガスにその表面が晒
されることによってイオンボンバード処理される。

【００２９】このイオンボンバード処理を施すと、プラ
スチック基板１５上に後に説明するアンダーコート層を
形成するにあたり、プラスチック基板１５に対するアン
ダーコート層の密着性を高めることができる。

【００３０】かかるイオンボンバード処理を前記不活性
ガスを用いて行う場合、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いる
ことができる。アルゴンガスによると、不活性ガスの中
でもコストを低減させることができ、また取り扱いも安
全である。

【００３１】次に、重合工程が実行される。この重合工
程では、プラスチック基板１５の表面にアンダーコート
層が形成される。このアンダーコート層は、シラン系有
機化合物のモノマー（単量体）を重合させることによっ
て形成される。

【００３２】成膜装置１によりアンダーコート層を形成
するにあたり、アンダーコート層の原料となるシラン系
有機化合物のモノマーを含む原料ガスを、所要のガス圧
となるようにガス供給口３よりチャンバ２内に供給す
る。

【００３３】そして、高周波電源８を動作させ電力供給
用電極１０を介して高周波電力をチャンバ２内に供給し
てプラズマ放電させ、プラスチック基板１５上に原料ガ
スに含まれるモノマーをプラズマ重合させることで、ポ
リマーからなるアンダーコート層を形成することができ
る。

【００３４】図２は、基板１５上にモノマー粒子がプラ
ズマ重合されアンダーコート層が形成される様子を表す
図である。図２に示されるように、蒸発させたガス状の
モノマー粒子を真空チャンバ２内に供給しつつ高周波放
電すると、モノマー粒子がイオン化、活性化（ラジカ
ル）される。そして、基板１５の表面上及びその近傍で
のラジカル反応生成物が基板１５の表面で拡散しつつ堆
積して膜が形成される。

【００３５】アンダーコート層を形成するための原料と
なるモノマーとして、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭ
ＤＳ、化学式：（CH₃）₃Si−O−Si（CH₃）₃ ）を用いる
ことができる。このＨＭＤＳを用いてアンダーコート層
を形成する場合、ＨＭＤＳ及び酸素（Ｏ₂）の混合ガス
をガス供給口３を介してチャンバ２内に供給し前記混合
ガス中でプラズマ放電させると、プラズマ重合によって
ポリＨＭＤＳを形成することができる。

【００３６】

【化１】

【００３７】化１で示される反応式（１）は、ＨＭＤＳ
と酸素との混合ガスを反応させることにより、ポリＨＭ
ＤＳからなるアンダーコート層が形成される場合の反応
の一例である。

【００３８】次に、上記アンダーコート層に親水処理を
行う親水処理工程が実行される。親水処理工程では、ア
ンダーコート層に親水処理を施し、アンダーコート層の
疎水性の置換基を親水性の置換基に化学変化させる。

【００３９】成膜装置１により親水処理工程を実行する
にあたり、親水処理するための酸素ガス等の反応ガスを
所要のガス圧となるようにガス供給口３よりチャンバ２
内に供給する。そして、高周波電源８を動作させ電力供
給用電極１０を介してチャンバ２内に高周波電力を供給
してプラズマ放電を生成させる。これにより、チャンバ
２内の反応ガスを励起するとともに、該励起された反応
ガスをアンダーコート層に作用させることで親水処理を
行える。

【００４０】上記ＨＭＤＳによりアンダーコート層を形
成した場合の、該アンダーコート層の親水処理について
説明する。親水処理するための反応ガスとしてチャンバ
２内に酸素ガスを導入する。そして、高周波電源８を動
作させチャンバ２内に高周波電力を供給してプラズマ放
電を生成させる。これにより、チャンバ２内の酸素ガス
を励起するとともに、該励起された酸素ガスをアンダー
コート層のポリＨＭＤＳに作用させることができる。

【００４１】

【化２】

【００４２】化２で示される反応式（２）は、ポリＨＭ
ＤＳに酸素ガスを作用させた場合に生ずる親水処理反応
の一例である。反応式（２）に示されるように、ポリＨ
ＭＤＳは、親水処理する前にあっては置換基としてメタ
ン基（−ＣＨ₃）を有するが、親水処理することでメタ
ン基が酸化されカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）や水酸基
（−ＯＨ）に変化する。

【００４３】上記親水処理する前のメタン基（−Ｃ
Ｈ₃）は、Ｃ−Ｈ結合から構成されており疎水性を示
す。一方、親水処理した後のカルボキシル基及び水酸基
は、親水性を示す。

【００４４】このように、ポリＨＭＤＳに酸素ガスを作
用させることによって親水処理し、疎水性のポリＨＭＤ
Ｓを親水性のポリＨＭＤＳに変化させることができる。

【００４５】次に、前記親水処理されたアンダーコート
層上に、金属又は金属酸化物からなる機能性膜を形成す
る主成膜工程が実行される。成膜装置１を用いることに
より、主成膜工程を以下のように実行することができ
る。

【００４６】図１に示した成膜装置１をスパッタリング
用の装置として構成する。即ち、図１に示された成膜装
置１において親水処理まで行った扉を開き、代わりに他
方のスパッタリング用ユニットが取付けられた扉を閉め
て真空チャンバ２を密閉する。

【００４７】図３は、成膜装置１にスパッタリング用ユ
ニットをセットした状態を表す模式図である。チャンバ
２内には、スパッタ用ターゲット１２が、基板ホルダ６
の基板１５を保持する側と対向するように配置される。
このスパッタ用ターゲット１２は、成膜しようとする機
能性膜の材質により形成されたものが選定される。

【００４８】また、図３に示される成膜装置１にあって
は、真空チャンバ２外部の直流電源（ＤＣ電源）９がス
パッタ用ターゲット１２と接続されており、該ターゲッ
ト１２の裏側には永久磁石が取付けられている。

【００４９】これにより、図３に示される成膜装置１
は、マグネトロンスパッタ法に基づいてターゲット１２
をスパッタすることができる。そして、図３に示される
成膜装置１を動作させると、基板１５に形成されたアン
ダーコート層上に、ターゲット１２をスパッタさせて成
膜することができる。

【００５０】図３に示される成膜装置１によりターゲッ
ト１２をスパッタさせるにあたり、ガス供給口３よりチ
ャンバ２内に不活性ガスを供給して所要のガス圧とす
る。そして、直流電源９を動作させると、マグネトロン
放電を発生させて前記不活性ガスをイオン化させるとと
もに、イオン化した不活性ガスによってターゲット１２
がスパッタされ、このスパッタされたターゲット１２の
材質がアンダーコート層上に析出され機能性膜が形成さ
れる。

【００５１】以上の説明では、図１、図３に示された成
膜装置１を用い、一つの真空チャンバ２内で全ての工程
を実行する例を挙げたが、主成膜工程を他の真空成膜装
置で実行することもできる。即ち、アンダーコート層の
親水処理を終えると、基板１５をチャンバ２より取り出
し、アンダーコート層上に形成するべき機能性膜を他の
真空成膜装置を用いて成膜することができる。

【００５２】この機能性膜の成膜に用いることができる
他の真空成膜装置としては、膜の原料を蒸発させて付着
させる真空蒸着方式に基づくものや、真空チャンバ内に
膜の原料からなるプラズマを生成させて成膜するイオン
プレーティング方式に基づくもの等、金属や金属酸化物
からなる膜の成膜が可能な周知の各種の真空成膜装置を
用いることができる。

【００５３】また、以上の説明ではイオンボンバード処
理工程を実行して基板１５の表面にイオンボンバード処
理を施す例を挙げたが、本発明を実施するにあたり、基
板１５に必ずしもイオンボンバード処理を施す必要はな
い。

【００５４】即ち、プラスチック基板１５に対するイオ
ンボンバード処理を施さなくとも、基板１５上にアンダ
ーコート層を形成することはできる。ただし、イオンボ
ンバード処理を施すことで、アンダーコート層とプラス
チック基板１５との間の密着性をより高めることがで
き、基板１５に対するアンダーコート層及び機能性膜の
付着をより強固にすることができる。

【００５５】以上に説明したように、本発明の成膜方法
を実施すると、図４に示されるように、プラスチック基
板１５上にアンダーコート層１６が形成され、アンダー
コート層１６上に機能性膜１７が形成された膜形成体２
０を得ることができる。

【００５６】そして、この膜形成体２０にあっては、プ
ラスチック基板１５上に該基板１５に対して密着性のあ
るアンダーコート層１６が形成されており、親水処理さ
れて親水性を備えたアンダーコート層１６上に機能性膜
１７が形成されている。これにより、膜形成体２０にあ
っては、金属又は金属酸化物からなる機能性膜１７はア
ンダーコート層１６に密着して形成され、またアンダー
コート層１６が基板１５に密着して形成されているの
で、機能性膜１７が基板１５側から容易に剥離されると
いうことがない。

【００５７】このように、本発明によると、プラスチッ
ク基板に直接に金属や金属酸化物からなる機能性膜を成
膜した場合に生じた前記機能性膜が基板側より容易に剥
離されるという問題を解決できる。

【００５８】本発明における上記プラスチック基板１５
には、その表面に金属や金属酸化物からなる膜を直接成
膜すると、成膜した後に容易に剥離するおそれのある各
種のプラスチック材の基板が含まれる。即ち、基板１５
は、金属や金属酸化物からなる膜を直接成膜すると、該
金属や金属酸化物からなる膜との間で密着性が高くない
ことにより容易に剥離を生ずる各種のプラスチック材の
基板が対象となる。

【００５９】かかるプラスチック基板のうち、アクリル
基板を用いることができる。プラスチック基板の中でも
アクリル基板を用いると、アクリルは透明度が高く、安
価な上に形成が容易であり、他のプラスチック基板に比
べて硬いため、ガラス基板の代用としても有望な材料で
あるので好ましい。

【００６０】また、アンダーコート層１６について、以
上の説明ではＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシロキサン）を
モノマーとして含む原料ガスを用い、ポリＨＭＤＳに重
合させてアンダーコート層１６を形成する例を挙げた
が、ＨＭＤＳを原料とするものに限られない。

【００６１】即ち、アンダーコート層１６は、シラン系
有機化合物をモノマーとして含む原料ガスより重合反応
によってポリマーに形成することができるとともに、プ
ラスチック基板１５に対して密着性良く形成することが
でき、疎水性を示す置換基を親水処理反応によって親水
性を示す置換基に変化させ得るものであればよく、親水
処理された後に前記機能性膜１７との間で密着性を高め
得るものであればよい。

【００６２】また、上記機能性膜１７は、各種の金属や
金属酸化物によって形成できる。例えば、アルミニウム
（Ａｌ）により機能性膜を形成したものは、光学ミラー
等の光学部品として用いられる他、各種の用途に幅広く
需要がある。

【００６３】また、上記機能性膜の一つとして酸化ケイ
素（ＳｉＯ₂）や酸化チタン（ＴｉＯ₂）により反射防止
膜を形成することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、プラスチック基板を用いて金属や金属酸化物により
形成される機能性膜を成膜した場合に、該機能性膜を安
定して付着させることができ、該機能性膜がプラスチッ
ク基板より容易に剥離されないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いることができる真空成膜装
置の構成の概略を模式的に表す図である。

【図２】基板上にモノマー粒子がプラズマ重合されてア
ンダーコート層が形成される様子を模式的に表す図であ
る。

【図３】本発明の実施に用いることができる真空成膜装
置の構成の概略を模式的に表す図である。

【図４】本発明を実施することにより得られた膜形成体
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１真空成膜装置２真空チャンバ３ガス供給口５排気口６基板ホルダ８高周波電源９直流電源１０電力供給用電極１１マッチングボックス１２スパッタ用ターゲット１５基板１６アンダーコート層１７機能性膜２０膜形成体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者床本勲兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発センタ内Ｆターム(参考） 4F100 AA17C AB01C AK01A AK25A AK52B BA03 BA07 EH66C EJ61 GB90 JK06 4K029 AA11 BA01 BA03 BA43 BA46 BA48 BC07 BD09 CA03 CA05 CA11 FA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック基板上にシラン系有機化合
物のモノマーを重合させてポリマーからなるアンダーコ
ート層を形成する重合工程と、前記重合工程で得られたアンダーコート層を親水処理し
て疎水性の置換基を親水性の置換基に変化させる親水処
理工程と、前記親水処理されたアンダーコート層上に金属又は金属
酸化物からなる機能性膜を形成する主成膜工程とを有す
る、プラスチック基板への成膜方法。
【請求項２】前記重合工程に先がけて前記アンダーコ
ート層を形成するプラスチック基板の表面に励起された
不活性ガスもしくは酸素ガスを作用させてイオンボンバ
ード処理するイオンボンバード処理工程を備えることを
特徴とする請求項１に記載のプラスチック基板への成膜
方法。
【請求項３】前記アンダーコート層を形成するための
モノマーがヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）であ
る請求項１又は２に記載のプラスチック基板への成膜方
法。
【請求項４】前記プラスチック基板がアクリル基板で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
のプラスチック基板への成膜方法。
【請求項５】プラスチック基板と、該プラスチック基
板上に形成されたシラン系有機化合物のポリマーからな
るアンダーコート層と、該アンダーコート層上に形成さ
れた金属又は金属酸化物からなる機能性膜とを備える膜
形成体。
【請求項６】前記アンダーコート層が、モノマーであ
るＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシロキサン）が重合されて
なるポリＨＭＤＳにより形成された請求項５に記載の膜
形成体。
【請求項７】前記プラスチック基板がアクリル基板で
あることを特徴とする請求項５又は６に記載の膜形成
体。