JP2003268553A - Thin film deposition method - Google Patents

Thin film deposition method

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JP2003268553A
JP2003268553A JP2002068968A JP2002068968A JP2003268553A JP 2003268553 A JP2003268553 A JP 2003268553A JP 2002068968 A JP2002068968 A JP 2002068968A JP 2002068968 A JP2002068968 A JP 2002068968A JP 2003268553 A JP2003268553 A JP 2003268553A
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Japan
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film
compound
thin film
gas
discharge
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JP2002068968A
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Japanese (ja)
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Kazuhiro Fukuda
和浩 福田
Kiyoshi Oishi
清 大石
Yoshikazu Kondo
慶和 近藤
Yoshiro Toda
義朗 戸田
Ko Mizuno
航 水野
Akira Nishiwaki
彰 西脇
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film deposition method using an atmospheric pressure plasma process by which a high-quality film can be obtained with high productivity and which is applicable even to a substrate composed of a resin weak against heat. <P>SOLUTION: Electric discharge gas containing reactant gas is supplied under atmospheric pressure or under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure, and high-frequency voltage is impressed between opposed electrodes to carry out electric discharge, by which the electric discharge gas is formed into a plasma state. Then the substrate is exposed to the reactant gas in the plasma state to deposit a thin film onto the surface of the substrate. In this thin film deposition method, the electric discharge gas is supplied at a temperature not lower than 100°C and not higher than the deposition temperature of the reactant gas, preferably at ≥150°C. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧または大気
圧近傍の圧力の下で反応ガスをプラズマ状態とし、基材
の表面に薄膜を形成する薄膜形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming method for forming a thin film on a surface of a base material by bringing a reaction gas into a plasma state under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より0.01〜10Torr程度の
減圧下で放電プラズマを発生させ、プラズマCVD(ch
emical vapor deposition)により基材表面に製膜する
製膜法が知られている。しかし、この方法では真空装置
が必要となり製膜前後の複数の工程を連続して行えず作
業効率が悪いことや、プラズマ密度が低いために製膜速
度が遅いことから生産性が低い。そこで、近年では大気
圧または大気圧近傍でのプラズマを発生させ製膜する大
気圧プラズマ法が開発されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, discharge plasma is generated under a reduced pressure of about 0.01 to 10 Torr and plasma CVD (ch
A film forming method is known in which a film is formed on the surface of a base material by emical vapor deposition). However, this method requires a vacuum device and cannot perform a plurality of steps before and after film formation in succession, resulting in poor work efficiency, and since the plasma density is low, the film formation rate is low, resulting in low productivity. Therefore, in recent years, an atmospheric pressure plasma method has been developed in which plasma is generated at or near atmospheric pressure to form a film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、大気圧プラ
ズマ法により効率よく製膜するには、膜の原料となる反
応ガスを分解(イオン化)するだけの十分なエネルギー
を加える必要がある。具体的には、電極に印加する電圧
を上げて放電出力を上げる方法があるが、出力を上げ過
ぎると放電空間が大きく広がる。このように大きく広が
ってしまうと、薄膜を形成すべき基材表面から離れた位
置でも反応ガスが分解し、そこで薄膜を形成する場合と
同じ結合反応が生じ、その結果生成された粒子が基材表
面に付着し、膜が白濁化し不良品となる。また、上記の
ことからも分かるようにプラズマを用いた製膜方法で
は、なるべく基材表面で反応が進むことが良質な膜を形
成するために好ましく、そのために基材を加熱すること
も知られている。しかし、無機薄膜を形成するために基
材を500℃以上の高い温度で加熱しなければならない
こともあり、熱に弱い樹脂などからなる基材には応用す
ることはできない。
By the way, in order to efficiently form a film by the atmospheric pressure plasma method, it is necessary to add sufficient energy to decompose (ionize) the reaction gas that is the raw material of the film. Specifically, there is a method of increasing the voltage applied to the electrodes to increase the discharge output, but if the output is increased too much, the discharge space is greatly expanded. If it spreads to such a large extent, the reaction gas decomposes even at a position distant from the surface of the base material on which the thin film is to be formed, and the same binding reaction as in the case of forming the thin film occurs there. It adheres to the surface and the film becomes cloudy, resulting in a defective product. Further, as can be seen from the above, in the film forming method using plasma, it is preferable that the reaction proceeds on the surface of the base material as much as possible in order to form a high quality film, and it is also known that the base material is heated for that purpose. ing. However, since the base material may have to be heated at a high temperature of 500 ° C. or higher in order to form the inorganic thin film, it cannot be applied to a base material made of a resin which is weak against heat.

【0004】本発明の目的は、良質な膜が得られるとと
もに、なるべく高い生産性を達成でき、熱に弱い樹脂な
どからなる基材にも適用できる大気圧プラズマ法を利用
した薄膜形成方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thin film forming method utilizing an atmospheric pressure plasma method, which can obtain a high quality film, achieve high productivity as much as possible, and can be applied to a substrate made of a resin which is weak against heat. To do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の発明は、大気圧または大気圧近傍の圧力の下で、反応
ガスを含む放電用ガスを供給し、対向する電極間に高周
波電圧を印加し放電させることにより、前記放電用ガス
をプラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応ガ
スに晒すことによって、前記基材の表面に薄膜を形成す
る薄膜形成方法において、放電用ガスを100℃以上
で、かつ、反応ガスの分解温度以下の温度で供給するこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a discharge gas containing a reaction gas is supplied under atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure, and a high frequency wave is applied between opposing electrodes. In the thin film forming method for forming a thin film on the surface of the base material by exposing the base material to the reaction gas in the plasma state by applying a voltage and causing the discharge gas to be in a plasma state, the discharge gas is used. Is supplied at a temperature not lower than 100 ° C. and not higher than the decomposition temperature of the reaction gas.

【0006】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の薄膜形成方法において、放電用ガスを150℃以上の
温度で供給することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the thin film forming method according to the first aspect, the discharge gas is supplied at a temperature of 150 ° C. or higher.

【0007】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の薄膜形成方法において、前記放電用ガスは、
前記反応ガスと不活性ガスとを含み、前記反応ガスを
0.1〜10体積%含有していることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the thin film forming method according to the first or second aspect, the discharge gas is
The reaction gas and the inert gas are included, and the reaction gas is contained in an amount of 0.1 to 10% by volume.

【0008】請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の
いずれかに記載の薄膜形成方法において、前記反応ガス
は、フッ素化合物、珪素化合物、チタン化合物、スズ化
合物、亜鉛化合物、インジウム化合物、アルミニウム化
合物、銅化合物、銀化合物から選択されることを特徴と
する。
The invention according to claim 4 is the method for forming a thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction gas is a fluorine compound, a silicon compound, a titanium compound, a tin compound, a zinc compound, an indium compound. , An aluminum compound, a copper compound, and a silver compound.

【0009】請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の薄膜形成方法において、有機フッ素化合物は、フッ化
炭素又はフッ化炭化水素であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the thin film forming method according to the fourth aspect, the organic fluorine compound is fluorocarbon or fluorohydrocarbon.

【0010】請求項6に記載の発明は、請求項4に記載
の薄膜形成方法において、珪素化合物、チタン化合物、
スズ化合物、亜鉛化合物、インジウム化合物、アルミニ
ウム化合物は、有機金属化合物、金属水素化合物、金属
ハロゲン化合物、または金属アルコキシドであることを
特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the thin film forming method according to the fourth aspect, a silicon compound, a titanium compound,
The tin compound, the zinc compound, the indium compound, and the aluminum compound are characterized by being an organic metal compound, a metal hydrogen compound, a metal halogen compound, or a metal alkoxide.

【0011】請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の
いずれか記載の薄膜形成方法において、対向する電極間
に印加する電圧の周波数は、100kHz以上であるこ
とを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the thin film forming method according to any one of the first to sixth aspects, the frequency of the voltage applied between the opposing electrodes is 100 kHz or more.

【0012】請求項8に記載の発明は、請求項1〜7の
いずれか記載の薄膜形成方法において、対向する電極間
に印加する電圧の電力は、1W/cm2以上であること
を特徴とする。
The invention according to claim 8 is the method for forming a thin film according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the electric power of the voltage applied between the opposing electrodes is 1 W / cm 2 or more. To do.

【0013】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明は、大気圧または大気圧近傍の圧力の下で、反応ガ
スを含む放電用ガスを供給し、対向する電極間に高周波
電圧を印加し放電させることにより、前記放電用ガスを
プラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応ガス
に晒すことによって、前記基材の表面に薄膜を形成する
薄膜形成方法において、放電用ガスを100℃以上で、
かつ、反応ガスの分解温度以下の温度で供給することを
特徴とする。ここで、大気圧または大気圧近傍の圧力と
は、20kPa〜110kPaの圧力であり、さらに好
ましくは93kPa〜104kPaである。
The present invention will be described in detail below. The present invention supplies a discharge gas containing a reactive gas under atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure, and applies a high-frequency voltage between opposing electrodes to discharge the discharge gas to bring the discharge gas into a plasma state. In a thin film forming method of forming a thin film on the surface of the base material by exposing the base material to the reaction gas in the plasma state, the discharge gas is 100 ° C. or higher,
Further, it is characterized in that the gas is supplied at a temperature not higher than the decomposition temperature of the reaction gas. Here, the atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure is a pressure of 20 kPa to 110 kPa, and more preferably 93 kPa to 104 kPa.

【0014】反応ガスを含む放電用ガスを100℃以上
で供給することで、例えば常温でプラズマ空間に供給す
ることに比較して、放電用ガスはより活性化した、つま
りイオンなどに分離しやすい状態で供給されることにな
る。このように活性化した放電用ガスは放電空間に入れ
ば容易にプラズマ化する。逆に言えば、電極間に印加す
る電圧の周波数や電力を、製膜する基材表面付近のみが
放電状態となる程度に抑えても、その付近に流れてきた
反応ガスを含む放電用ガスを確実にプラズマ化でき、基
材表面あるいはその近傍で反応させ膜を生成することが
できる。つまり、基材表面から離れた場所では反応させ
ずに、しかも確実にプラズマ反応を発生させることがで
きるようになり、反応後の粒子が空間内から落ちてくる
ようなことは起こらず、基材表面に良質の膜を形成する
ことができるのである。勿論、反応ガスが容易にプラズ
マ化するということは、製膜速度も大きくなり生産効率
も上がる。
By supplying the discharge gas containing the reaction gas at 100 ° C. or higher, the discharge gas is more activated, that is, easily separated into ions as compared with the case of supplying the discharge gas to the plasma space at room temperature. It will be supplied in the state. The discharge gas thus activated is easily turned into plasma when it enters the discharge space. Conversely, even if the frequency and power of the voltage applied between the electrodes are suppressed to such an extent that only the surface of the substrate on which the film is formed is in a discharged state, the discharge gas containing the reactive gas that has flowed in the vicinity of It can be surely turned into plasma, and a film can be formed by causing the reaction on or near the surface of the substrate. In other words, it becomes possible to reliably generate a plasma reaction without reacting at a place away from the surface of the base material, so that particles after the reaction do not fall from the space, A good quality film can be formed on the surface. Of course, the fact that the reaction gas is easily turned into plasma increases the film formation rate and increases the production efficiency.

【0015】なお、反応ガスの分解温度を越えてしまう
と、反応ガスが放電現象に寄って分解されるのではな
く、熱によって分解した状態で放電空間に供給されてし
まい、放電空間に供給されると直ぐに粒子を生成する反
応を起こし、この粒子が膜に落ち膜質が悪くなる。よっ
て、供給温度は反応ガスの分解温度以下でなければなら
ない。具体的な値は、反応ガスの種類にもよるが、上記
で挙げたような化合物を反応ガスで用いる場合400℃
以下、好ましくは350℃以下である。
When the decomposition temperature of the reaction gas is exceeded, the reaction gas is not decomposed by the discharge phenomenon but is decomposed by heat and is supplied to the discharge space and is supplied to the discharge space. Immediately after that, a reaction for producing particles occurs, and the particles fall on the film, resulting in poor film quality. Therefore, the supply temperature must be lower than the decomposition temperature of the reaction gas. The specific value depends on the type of the reaction gas, but when the above-mentioned compounds are used as the reaction gas, the temperature is 400 ° C.
The temperature is preferably 350 ° C or lower.

【0016】本発明で用いられる放電用ガスは、主に基
材表面の薄膜の原料となる反応ガスと、不活性ガスから
なる混合ガスを使用することが好ましい。不活性ガスと
しては、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。緻密
で、高精度の薄膜を形成するためにはアルゴンを用いる
ことが最も好ましい。アルゴンを用いると、高密度プラ
ズマが発生しやすいと考えられる。不活性ガスの割合
は、放電用ガス中、90〜99.9体積%である。本発
明においては放電用ガスを100℃の高温で放電空間に
供給するが、放電用ガスの大部分を占めるアルゴンやヘ
リウムなどの不活性ガスは、熱容量が小さいため、ある
程度温度を上げても基材の極表面の温度が上昇するだけ
で基材内部まで温度が上がることはない。
As the discharge gas used in the present invention, it is preferable to use a mixed gas consisting mainly of a reaction gas which is a raw material of the thin film on the surface of the substrate and an inert gas. Examples of the inert gas include elements belonging to Group 18 of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, etc. To obtain the effect described in the present invention, helium, Argon is preferably used. Argon is most preferably used to form a dense and highly accurate thin film. It is considered that high density plasma is easily generated when argon is used. The proportion of the inert gas is 90 to 99.9% by volume in the discharge gas. In the present invention, the discharge gas is supplied to the discharge space at a high temperature of 100 ° C. However, since the inert gas such as argon and helium, which occupies most of the discharge gas, has a small heat capacity, even if the temperature is raised to some extent, Only the temperature of the extreme surface of the material rises, but the temperature does not rise to the inside of the base material.

【0017】本発明で用いられる反応ガスとしては、例
えば金属化合物が好適に用いられ、珪素化合物、チタン
化合物、スズ化合物、亜鉛化合物、インジウム化合物、
アルミニウム化合物、銅化合物、銀化合物から選択され
る1種以上の化合物を用いることができる。この中で
も、珪素化合物、チタン化合物、スズ化合物、亜鉛化合
物、インジウム化合物、アルミニウム化合物としては、
有機金属化合物、金属水素化合物、金属ハロゲン化合
物、金属アルコキシドのいずれかの化合物を好適に用い
ることができる。
As the reaction gas used in the present invention, for example, a metal compound is preferably used, and a silicon compound, a titanium compound, a tin compound, a zinc compound, an indium compound,
It is possible to use one or more compounds selected from aluminum compounds, copper compounds, and silver compounds. Among these, as a silicon compound, a titanium compound, a tin compound, a zinc compound, an indium compound, and an aluminum compound,
A compound of any of an organometallic compound, a metal hydrogen compound, a metal halogen compound and a metal alkoxide can be preferably used.

【0018】具体的には、例えば、ジエチル亜鉛、ジメ
チル亜鉛、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、テトラエチル錫、テ
トラメチル錫、ジブチル錫ジアセテート、テトラブチル
錫、テトラオクチル錫などが挙げられる。また、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金
属アルコキシドなどを用いることができる。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できる。
Specific examples include diethylzinc, dimethylzinc, zinc acetylacetonate, triethylindium, trimethylindium, tetraethyltin, tetramethyltin, dibutyltin diacetate, tetrabutyltin and tetraoctyltin. Examples of the silicon compound 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. A metal alkoxide such as silane or dimethyldiethoxysilane can be used. Titanium compounds 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, tetraethoxytitanium and tetraisopropoxytitanium. A metal alkoxide such as tetrabutoxytitanium can be used.

【0019】また、金属化合物だけでなく、薄膜の物性
を制御する目的で各種反応ガスを放電用ガスに含有させ
ることができる。例えば、導電率を上げるといった目的
で、ハロゲン化合物、特にフッ素化合物を用いることが
できる。フッ素化合物としては、フッ化炭素又はフッ化
炭化水素が特に好ましい。フッ化炭素としては、4フッ
化メタン、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。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。
Further, not only the metal compound but also various reaction gases can be contained in the discharge gas for the purpose of controlling the physical properties of the thin film. For example, a halogen compound, especially a fluorine compound can be used for the purpose of increasing the conductivity. As the fluorine compound, fluorocarbon or fluorohydrocarbon is particularly preferable. Examples of the carbon fluoride include methane tetrafluoride, propylene hexafluoride, and cyclobutane octafluoride. Examples of the fluorohydrocarbon gas include methane difluoride, tetrafluoroethane, propylene tetrafluoride, propylene trifluoride, and the like.

【0020】これら反応ガスに用いる化合物としては、
特にプラズマ空間内にガス状またはミスト状で供給可能
な化合物が好ましい。「ガス状またはミスト状で供給可
能」とは、常温・常圧でそのまま供給可能でもよいし、
常温・常圧で液体又は固定である場合には、加熱、減
圧、超音波照射等の方法で気化したり、適切な溶剤に溶
解してもよい。希釈時の溶剤はプラズマ中で分子レベ
ル、原子レベルで分解されるため、金属膜の形成への影
響はほとんど無視できる。上記の反応ガスは、放電用ガ
スのうち、0.1〜10体積%含有させることが好まし
い。
The compounds used for these reaction gases include
A compound that can be supplied in the form of gas or mist into the plasma space is particularly preferable. "Can be supplied in the form of gas or mist" may be supplied as it is at normal temperature and pressure,
When it is liquid or fixed at room temperature and atmospheric pressure, it may be vaporized by a method such as heating, reduced pressure, ultrasonic irradiation, or dissolved in a suitable solvent. Since the solvent at the time of dilution is decomposed in plasma at the molecular level and the atomic level, the influence on the formation of the metal film can be almost ignored. The above reaction gas is preferably contained in the discharge gas in an amount of 0.1 to 10% by volume.

【0021】また、放電用ガス中に酸素、オゾン、過酸
化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、窒素から選択
される成分を0.01〜5体積%含有させることによ
り、反応が促進され、且つ、緻密で良質な薄膜を形成す
ることができる。
The reaction is promoted by adding 0.01 to 5% by volume of a component selected from oxygen, ozone, hydrogen peroxide, carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen and nitrogen in the discharge gas. In addition, a dense and high-quality thin film can be formed.

【0022】本発明において薄膜が表面に形成される基
材としては、フィルム状、ファイバー状、バルク状な
ど、膜をその表面に形成することができる形状であれば
特に限定されない。また、その材質についても全く限定
されず、金属、ガラス、樹脂など使用できる。本発明の
薄膜形成方法は大気圧プラズマ法であって低温のグロー
放電下での製膜であって、また前述のように放電用ガス
を高温で供給しそれにより十分な反応性を確保するので
基材を積極的に加熱する必要がないことから、特に樹脂
を好ましく用いることができる。
In the present invention, the substrate on which the thin film is formed is not particularly limited as long as it has a shape capable of forming a film on its surface, such as a film, fiber or bulk. Further, the material thereof is not limited at all, and metal, glass, resin or the like can be used. Since the thin film forming method of the present invention is an atmospheric pressure plasma method and is a film formation under low temperature glow discharge, and as described above, the discharge gas is supplied at a high temperature to secure sufficient reactivity. A resin can be particularly preferably used since it is not necessary to actively heat the substrate.

【0023】上記の基材を主に構成する樹脂としては、
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。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。さら
に、これらフィルムを支持体としてその表面に保護層や
帯電防止層などの機能性膜を塗設したものを基材として
用いることもできる。
As the resin mainly constituting the above-mentioned base material,
Specifically, polyethylene terephthalate, polyester film such as polyethylene naphthalate, polyethylene film, polypropylene film, cellophane, cellulose diacetate film, cellulose acetate butyrate film, cellulose acetate propionate film, cellulose acetate phthalate film, cellulose triacetate, Films made of cellulose esters such as cellulose nitrate or derivatives thereof, polyvinylidene chloride films, polyvinyl alcohol films, ethylene vinyl alcohol films, syndiotactic polystyrene films,
Polycarbonate film, norbornene resin film, polymethylpentene film, polyetherketone film, polyimide film, polyethersulfone film, polysulfone film, polyetherketoneimide film, polyamide film, fluororesin film, nylon film, polymethylmethacrylate film An acrylic film or a polyarylate film can be used. These materials may be used alone or in an appropriate mixture. Further, it is also possible to use, as a substrate, those films having these films as a support and coated with a functional film such as a protective layer or an antistatic layer on the surface thereof.

【0024】本発明の形成方法で基材表面に形成される
薄膜の用途としては、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、配線などの導電
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、耐熱膜、耐磨耗
性膜などを挙げることができる。形成される薄膜の膜厚
としては、0.1nm〜1000nmの範囲である。
The thin film formed on the surface of the substrate by the forming method of the present invention is used as an electrode film, a dielectric protective film, a semiconductor film, a transparent conductive film, an electrochromic film, a fluorescent film, a superconducting film, a dielectric. Film, solar cell film, antireflection film, abrasion resistant film, optical interference film, reflection film, antistatic film, conductive film such as wiring, antifouling film, hard coat film, undercoat film, barrier film, electromagnetic wave shielding film , Infrared shielding film, ultraviolet absorption film, lubricating film, shape memory film, magnetic recording film, light emitting device film, biocompatible film, corrosion resistant film, catalyst film, gas sensor film, decorative film, heat resistant film, abrasion resistant film, etc. Can be mentioned. The film thickness of the formed thin film is in the range of 0.1 nm to 1000 nm.

【0025】本発明の薄膜形成方法で使用されるプラズ
マ放電処理装置について、図1、図2に基づいて説明す
る。図1、図2中、符号Fは基材の一例としての長尺な
フィルムである。フィルムFは、プラズマ処理を受ける
前に、帯電防止のための除電処理や、ゴミ除去処理され
ることが好ましい。図1には、プラズマ放電処理装置に
備えられるプラズマ放電処理室30を示した。図1にお
いて、フィルム状の基材Fは搬送方向(図中、時計回
り)に回転するロール電極25に巻回されながら搬送さ
れる。ロール電極25の周囲に固定されている複数の固
定電極36はそれぞれ角筒から構成され、ロール電極2
5に対向して設置される。プラズマ放電処理室30を構
成する放電容器11はパイレックス(登録商標)ガラス
製の処理容器等が好ましく用いられるが、電極との絶縁
がとれれば金属製を用いることも可能である。例えば、
アルミニウムまたは、ステンレスのフレームの内面にポ
リイミド樹脂等を張り付けても良く、該金属フレームに
セラミックス溶射を行い絶縁性をとっても良い。
A plasma discharge treatment apparatus used in the thin film forming method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIGS. 1 and 2, the symbol F is a long film as an example of the base material. It is preferable that the film F is subjected to a static elimination treatment for preventing electrification or a dust removal treatment before being subjected to the plasma treatment. FIG. 1 shows a plasma discharge processing chamber 30 provided in the plasma discharge processing apparatus. In FIG. 1, a film-shaped substrate F is transported while being wound around a roll electrode 25 that rotates in a transport direction (clockwise in the figure). The plurality of fixed electrodes 36 fixed around the roll electrode 25 are each formed of a rectangular tube.
It is installed opposite to 5. The discharge vessel 11 that constitutes the plasma discharge processing chamber 30 is preferably a Pyrex (registered trademark) glass processing vessel or the like, but may be made of metal as long as it is insulated from the electrodes. For example,
A polyimide resin or the like may be attached to the inner surface of an aluminum or stainless steel frame, and the metal frame may be sprayed with ceramics to have an insulating property.

【0026】ロール電極25に巻回された基材Fは、ニ
ップローラ15、15、16で押圧され、ガイドローラ
24で規制されて放電容器11内部に確保された放電処
理空間に搬送され、放電プラズマ処理され、次いで、ガ
イドローラ27を介して次工程に搬送される。本発明で
は、真空系ではなくほぼ大気圧に近い圧力下で製膜する
ことから、このような連続工程が可能となり、高い生産
性を上げることができる。基材Fの搬送に伴って入り込
む空気は、放電容器11内の気体の全体積に対し、1体
積%以下に抑えることが好ましく、0.1体積%以下に
抑えることがより好ましい。前記ニップローラ15およ
び16により、それを達成することが可能である。放電
プラズマ処理に用いられる放電用ガスは、給気口12か
ら放電容器11に導入され、処理後のガスは排気口1
3、13から排気される。
The base material F wound around the roll electrode 25 is pressed by the nip rollers 15, 15, 16 and is regulated by the guide roller 24 to be transported to the discharge processing space secured inside the discharge vessel 11 to discharge plasma. It is processed and then conveyed to the next step via the guide roller 27. In the present invention, since the film is formed not under a vacuum system but under a pressure close to the atmospheric pressure, such a continuous process is possible, and high productivity can be improved. The amount of air entering the base material F as it is conveyed is preferably 1% by volume or less, and more preferably 0.1% by volume or less, based on the total volume of the gas in the discharge vessel 11. This can be achieved by means of the nip rollers 15 and 16. The discharge gas used for the discharge plasma treatment is introduced into the discharge vessel 11 through the air supply port 12, and the treated gas is the exhaust port 1.
Exhausted from 3, 13.

【0027】ロール電極25はアース電極となり、印加
電極である固定電極36、36…との間で放電し、当該
電極間に前述したような加熱した放電用ガスを導入して
プラズマ状態とし、前記ロール電極25に巻回された基
材Fを前記プラズマ状態の反応ガスに晒すことによっ
て、反応ガス由来の膜を形成する。前記電極間には、高
いプラズマ密度を得て製膜速度を大きくするため、高周
波電圧である程度大きな電力を供給することが好まし
い。具体的には、100kHz以上150MHz以下の
高周波数の電圧を印加することが好ましく、200kH
z以上であればより一層好ましい。また、電極間に供給
する電力の下限値は、1W/cm2以上50W/cm2
下であることであることが好ましく、2W/cm2以上
であればより一層好ましい。なお、電極における電圧の
印加面積(/cm2)は放電が起こる範囲の面積のこと
である。また、電極間に印加する高周波電圧は、断続的
なパルス波であっても、連続したサイン波であってもよ
いが、製膜速度が大きくなることから、サイン波である
ことが好ましい。
The roll electrode 25 serves as a ground electrode, discharges between the fixed electrodes 36, 36 ... Which are application electrodes, and introduces the heated discharge gas between the electrodes to form a plasma state. By exposing the base material F wound around the roll electrode 25 to the reaction gas in the plasma state, a film derived from the reaction gas is formed. In order to obtain a high plasma density and increase the film formation rate, it is preferable to supply a certain amount of high-frequency electric power between the electrodes. Specifically, it is preferable to apply a high frequency voltage of 100 kHz or more and 150 MHz or less, and 200 kH
It is even more preferable if it is z or more. The lower limit of the power supplied between the electrodes is preferably 1 W / cm 2 or more and 50 W / cm 2 or less, and more preferably 2 W / cm 2 or more. The voltage application area (/ cm 2 ) at the electrode is the area in which discharge occurs. Further, the high-frequency voltage applied between the electrodes may be an intermittent pulse wave or a continuous sine wave, but a sine wave is preferable because the film forming speed increases.

【0028】電極としては、金属母材上に誘電体を被覆
したものであることが好ましい。少なくとも固定電極3
6とロール電極25のいずれか一方に誘電体を被覆する
こと、好ましくは、両方に誘電体を被覆することであ
る。誘電体としては、比誘電率が6〜45の無機物であ
ることが好ましい。電極25、36の一方に固体誘電体
を設置した場合の固体誘電体と電極の最短距離、上記電
極の双方に固体誘電体を設置した場合の固体誘電体同士
の距離としては、いずれの場合も均一な放電を行う観点
から0.5mm〜20mmが好ましく、特に好ましくは
1mm±0.5mmである。この電極間の距離は、電極
周囲の誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ等を考慮して決
定される。また、各固体電極36のロール電極25と対
向している両角のエッジをアール(R)加工し丸みを持
たせてもよい。このようにアールを形成することで、放
電が角に集中しにくくなり、放電集中によって膜に筋が
できるなどの膜質の低下を防ぐことができる。
The electrode is preferably a metal base material coated with a dielectric. At least fixed electrode 3
6 or the roll electrode 25 is coated with a dielectric, and preferably both are coated with a dielectric. The dielectric material is preferably an inorganic material having a relative dielectric constant of 6 to 45. In either case, the shortest distance between the solid dielectric and the electrode when the solid dielectric is installed on one of the electrodes 25 and 36, and the distance between the solid dielectrics when the solid dielectric is installed on both of the electrodes From the viewpoint of performing uniform discharge, 0.5 mm to 20 mm is preferable, and 1 mm ± 0.5 mm is particularly preferable. The distance between the electrodes is determined in consideration of the thickness of the dielectric around the electrodes, the magnitude of the applied voltage, and the like. Further, the edges of both corners of each solid electrode 36 facing the roll electrode 25 may be rounded to have roundness. By forming the radius in this way, it becomes difficult for the discharge to concentrate on the corners, and it is possible to prevent deterioration of the film quality such as streaking on the film due to the discharge concentration.

【0029】また、更に誘電体表面を研磨仕上げし、電
極の表面粗さRmax(JIS B0601)を10μ
m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。
加えて、誘電体の熱収縮差や残留応力による歪やひび割
れを無くし、かつポーラスの無い高精度の無機誘電体を
被覆することで大きく耐久性を向上させることができる
ようになる。
Further, the surface of the dielectric is further polished so that the surface roughness Rmax (JIS B0601) of the electrode is 10 μm.
By setting the thickness to m or less, the thickness of the dielectric and the gap between the electrodes can be kept constant, and the discharge state can be stabilized.
In addition, it is possible to greatly improve durability by eliminating distortion and cracking due to the difference in thermal contraction of the dielectric material and residual stress and by coating with a highly accurate inorganic dielectric material having no porosity.

【0030】金属母材に対する誘電体被覆において、前
記のように、誘電体を研磨仕上げすることや、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
とが必要であるので、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
ニングすることが好ましい。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2
0〜30vol%とし、次層以降を5vol%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 the dielectric coating of the metal base material, it is necessary to polish and finish the dielectric material as described above and to minimize the difference in thermal expansion between the metal base material and the dielectric material of the electrode. It is preferable to line the inorganic material on the surface of the base material by controlling the amount of bubbles mixed as a layer capable of absorbing stress. In particular, the material is preferably glass obtained by the melting method known as enamel, etc., and the amount of bubbles mixed in the lowermost layer in contact with the conductive metal base material is 2
By setting 0 to 30 vol% and 5 vol% or less from the next layer onward, a good electrode that is dense and does not cause cracks or the like can be formed.

【0031】また、電極の母材に誘電体を被覆する別の
方法として、セラミックスの溶射を空隙率10vol%
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が挙げられる。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出来る。
As another method for coating the dielectric material on the base material of the electrode, ceramics thermal spraying is applied with a porosity of 10 vol%.
It can be mentioned that the treatment is performed up to the following densely, and the sealing treatment is further performed with an inorganic material that is cured by a sol-gel reaction. Here, for curing the sol-gel reaction, heat curing or UV curing is good, and further diluting the sealing liquid and repeating coating and curing several times in order to further improve the mineralization and prevent deterioration of the dense electrode. Can be done.

【0032】具体的には、例えばロール電極25は、金
属等の導電性母材に対し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誘電体を被
覆した組み合わせで構成されているものである。溶射に
用いるセラミックス材としては、アルミナ・窒化珪素等
が好ましく用いられるが、この中でもアルミナが加工し
易いので、更に好ましく用いられる。あるいは、ロール
電極25は、金属等の導電性母材へライニングにより無
機材料を設けたライニング処理誘電体を被覆した組み合
わせから構成してもよい。ライニング材としては、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が好ましく用いられ
るが、この中でもホウ酸塩系ガラスが加工し易いので、
更に好ましく用いられる。金属等の導電性母材として
は、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が好まし
い。また、尚、後述の実施例においては、ロール電極2
5の母材は、冷却水によって冷却できるようにステンレ
ス製ジャケットロール母材を使用している。さらに、ロ
ール電極25は、図示しないドライブ機構により回転駆
動されるように構成されている。
Specifically, for example, the roll electrode 25 is composed of a combination of a conductive base material such as a metal sprayed with ceramics, and then a ceramics-coated dielectric material obtained by sealing a pore with an inorganic material. There is something. Alumina, silicon nitride and the like are preferably used as the ceramic material used for the thermal spraying. Among them, alumina is more preferably used because it is easy to process. Alternatively, the roll electrode 25 may be composed of a combination of a conductive base material such as metal coated with a lining-treated dielectric material provided with an inorganic material by lining. As the lining material, silicate glass, borate glass, phosphate glass,
Germanate glass, tellurite glass, aluminate glass, vanadate glass and the like are preferably used, but among them, borate glass is easy to process,
More preferably used. Examples of the conductive base material such as metal include metals such as silver, platinum, stainless steel, aluminum and iron, and stainless steel is preferable from the viewpoint of processing. In addition, in the examples described later, the roll electrode 2
As the base material of No. 5, a stainless steel jacket roll base material is used so that it can be cooled by cooling water. Further, the roll electrode 25 is configured to be rotationally driven by a drive mechanism (not shown).

【0033】固定電極36、36…についても上記記載
のロール電極25と同様に金属母材を誘電体で被覆して
構成される。誘電体の形成方法は、ロール電極25同様
に、セラミック被覆処理誘電体及びライニング処理誘電
体のいずれでもよい。なお、後述の実施例では、中空の
ステンレスパイプの周囲を誘電体で被覆し、放電中は冷
却水による冷却が行えるようになっている。なお、固定
電極36の数は、図1では上記ロール電極25の円周上
に沿って9本設置されているが、具体的な本数は適宜変
更可能である。また、固定電極は、角柱型に限らず、円
筒形状などでもよい。
The fixed electrodes 36, 36, ... Are also formed by coating a metal base material with a dielectric material similarly to the roll electrode 25 described above. As with the roll electrode 25, the method of forming the dielectric may be either a ceramic coating-treated dielectric or a lining-treated dielectric. In the examples described below, a hollow stainless steel pipe is coated with a dielectric material so that cooling can be performed with cooling water during discharge. In addition, the number of the fixed electrodes 36 is set to 9 along the circumference of the roll electrode 25 in FIG. 1, but the specific number can be appropriately changed. Further, the fixed electrode is not limited to the prismatic shape, but may be a cylindrical shape or the like.

【0034】図2には、図1のプラズマ放電処理室30
が設けられたプラズマ放電処理装置50を示した。図2
において、プラズマ放電処理室30の他に、ガス発生装
置51、電源41、電極冷却ユニット55等が装置構成
として配置されている。電極冷却ユニット55は、冷却
材の入ったタンク57とポンプ56とからなる。冷却剤
としては、蒸留水、油等の絶縁性材料が用いられる。
FIG. 2 shows the plasma discharge processing chamber 30 of FIG.
The plasma discharge treatment apparatus 50 provided with is shown. Figure 2
In addition, in addition to the plasma discharge processing chamber 30, a gas generator 51, a power supply 41, an electrode cooling unit 55, etc. are arranged as a device configuration. The electrode cooling unit 55 includes a tank 57 containing a coolant and a pump 56. An insulating material such as distilled water or oil is used as the coolant.

【0035】ガス発生装置51またはガスの流路51a
において、供給する放電用ガスを所定の温度に加熱でき
るように構成され、一方、給気口12の放電容器11側
の出口付近には、図示しない温度検出器が取り付けられ
ており、放電容器11に供給される放電用ガスの温度を
モニターできるようになっている。さらに、放電容器1
1内に通される基材Fの薄膜を形成する表面には、所定
の温度に達すると色が変化する温度検出シールを貼るな
どの方法で、製膜中の基材表面の温度を検出してもよ
い。なお、本発明では、前述のように100℃以上で放
電用ガスを供給するものであるが、これにより製膜中の
基材の表面付近のみ温度が上昇し、膜を形成するための
反応が促進される。
Gas generator 51 or gas flow path 51a
In the above, the discharge gas to be supplied can be heated to a predetermined temperature. On the other hand, a temperature detector (not shown) is attached near the outlet of the air supply port 12 on the side of the discharge container 11, The temperature of the discharge gas supplied to the can be monitored. Furthermore, the discharge vessel 1
The temperature of the base material surface during film formation is detected by a method such as attaching a temperature detection sticker whose color changes when a predetermined temperature is reached on the surface of the base material F through which the thin film is formed. May be. In the present invention, the discharge gas is supplied at 100 ° C. or higher as described above, but this increases the temperature only in the vicinity of the surface of the substrate during film formation, and the reaction for forming the film Be promoted.

【0036】製膜する際には、まず、電源41により固
定電極36、36…に電圧を印加し、ロール電極25は
アースに接地し、放電状態とする。次いで、ガス発生装
置51で発生させた100℃以上の温度に加熱した放電
用ガスを流量制御しながら、給気口12より供給し、処
理容器11内をガスで充填し不要分については排気口1
3より排気する。次にロール状の元巻き基材FFからロ
ーラ54、54、54を介して供給されている基材F
が、ガイドローラ24に誘導されて、プラズマ放電処理
室30内の電極間をロール電極25に片面接触した状態
で搬送される。このとき放電プラズマにより基材Fの表
面に製膜され、その後にガイドローラ27を介して、次
工程に搬送される。ここで、基材Fはロール電極25に
接触していない面のみに膜が形成される。また、この
間、放電時の高温による基材全体への悪影響を抑制する
ため、基材全体の温度を常温〜100℃内で抑えられる
ように、必要に応じて電極冷却ユニット55でロール電
極25を50〜60℃程度に冷却する。
When forming a film, first, a voltage is applied to the fixed electrodes 36, 36 ... By the power supply 41, and the roll electrode 25 is grounded to the ground to bring it into a discharged state. Then, the discharge gas generated by the gas generator 51 and heated to a temperature of 100 ° C. or higher is supplied from the air supply port 12 while controlling the flow rate, the processing container 11 is filled with the gas, and the unnecessary gas is exhausted. 1
Evacuate from 3. Next, the base material F supplied from the roll-shaped original winding base material FF through the rollers 54, 54, 54.
Is guided by the guide roller 24 and is conveyed between the electrodes in the plasma discharge processing chamber 30 while being in one-side contact with the roll electrode 25. At this time, a film is formed on the surface of the base material F by the discharge plasma, and thereafter, it is conveyed to the next step via the guide roller 27. Here, the base material F has a film formed only on the surface that is not in contact with the roll electrode 25. In addition, during this time, in order to suppress the adverse effect on the entire base material due to the high temperature at the time of discharge, the electrode cooling unit 55 controls the roll electrode 25 as necessary so that the temperature of the entire base material can be suppressed within the range of room temperature to 100 ° C. Cool to about 50-60 ° C.

【0037】なお、図2に示したプラズマ放電処理装置
50は、一例に過ぎず、本発明で用いるプラズマ放電処
理装置としては他の構成であってもよい。例えば、互い
に対向する電極が平行平板型であってもよいし、その場
合でも、図1、図2の固定電極36、36…同様に、一
方の側が複数の小電極から構成されてもよい。
The plasma discharge processing apparatus 50 shown in FIG. 2 is merely an example, and the plasma discharge processing apparatus used in the present invention may have other configurations. For example, the electrodes facing each other may be of a parallel plate type, and even in that case, one side may be composed of a plurality of small electrodes similarly to the fixed electrodes 36, 36 ... In FIGS.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例により説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。図2に示すプラズマ放電処理装置50を用いて以下
のように製膜した。ここでは、ロール電極25、固定電
極36,36…のいずれもセラミック溶射加工で誘電体
を1mm被覆したものを用いた。ロール電極25は、ス
テンレス製ジャケットロールを母材とし、誘電体も含め
た直径は200φであり、アース側に接続し、前記ドラ
イブ機構により回転させた。固定電極36,36…それ
ぞれの放電長さW(図1参照)は20mmとし、ロール
電極25に対向している両角部は断面形状の曲率半径が
5mmとなるようにアール加工した。また、図2では固
定電極36は9本であるが、この実施例では20本設置
した。放電処理中、ロール電極25、固定電極36、3
6…共に前述のように媒体を循環させて冷却しつづけ
た。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples. A film was formed as follows using the plasma discharge treatment apparatus 50 shown in FIG. Here, both the roll electrode 25 and the fixed electrodes 36, 36 ... Are coated with a dielectric by 1 mm by ceramic spraying. The roll electrode 25 was made of a stainless steel jacket roll as a base material, had a diameter of 200φ including the dielectric, was connected to the ground side, and was rotated by the drive mechanism. The discharge length W (see FIG. 1) of each of the fixed electrodes 36, 36 ... Was set to 20 mm, and both corners facing the roll electrode 25 were rounded so that the curvature radius of the cross-sectional shape was 5 mm. In addition, although the fixed electrode 36 is 9 in FIG. 2, 20 electrodes are installed in this embodiment. During the discharge treatment, the roll electrode 25, the fixed electrode 36, 3
6 ... In both cases, the medium was circulated as described above to continue cooling.

【0039】次に、電源41をONし、ロール電極25
と各固定電極36間に13.56MHzの周波数で1k
V(電圧をサイン波形で印加したときの正負ピーク間の
電圧差)の電圧を印加した。ここでは、電源41とし
て、パール工業製高周波電源CF−10000−13M
を使用した。次いで、放電用ガスを給気口12から供給
し、製膜を行った。放電の出力密度は、10W/cm2
であった。
Next, the power supply 41 is turned on, and the roll electrode 25
Between the fixed electrode 36 and each fixed electrode 36 at a frequency of 13.56 MHz
A voltage of V (voltage difference between positive and negative peaks when the voltage was applied in a sine waveform) was applied. Here, as the power supply 41, high frequency power supply CF-10000-13M manufactured by Pearl Industrial Co., Ltd.
It was used. Next, a discharge gas was supplied from the gas supply port 12 to form a film. Discharge power density is 10 W / cm 2
Met.

【0040】放電用ガスは、次の4種類のガスを含有す
るものを使用し、FSnO2膜を形成した。 不活性ガス:アルゴン 反応ガス:酸素ガス(混合ガス全体に対して0.5%) 反応ガス:ジブチル錫ジアセテート0.1%蒸気(リン
テック社製の気化器によりアルゴンガスに混合した) 反応ガス:フッ化メタン(反応ガス全体に対し100p
pm) フッ化メタンは、導電率を上げるために添加したもので
ある。ガスの流路51aの途中に加熱装置を設け、該加
熱装置により放電用ガスを加熱し、給気口12の処理室
11近傍で温度をモニタしながら、製膜した。得られた
各膜の厚さは約60nmであった。膜が形成された速度
は、5m/min.であった。得られた膜の表面比抵抗
(導電率の逆数)を測定し、供給したときのガス温度に
対してプロットし、図3に示すようにグラフ化した。
As the discharge gas, one containing the following four kinds of gas was used to form the FSnO 2 film. Inert gas: Argon Reaction gas: Oxygen gas (0.5% of the total mixed gas) Reaction gas: Dibutyltin diacetate 0.1% Steam (mixed with Argon gas by Lintec vaporizer) Reaction gas : Fluorinated methane (100p for the whole reaction gas)
pm) Fluorinated methane was added to increase the conductivity. A heating device was provided in the middle of the gas flow path 51a, the discharge gas was heated by the heating device, and film formation was performed while monitoring the temperature in the vicinity of the processing chamber 11 of the air supply port 12. The thickness of each obtained film was about 60 nm. The speed at which the film was formed was 5 m / min. Met. The surface specific resistance (reciprocal of conductivity) of the obtained film was measured, plotted against the gas temperature at the time of supply, and graphed as shown in FIG.

【0041】図3から明らかに分かるように、ガスの供
給温度が100℃未満であるとき表面比抵抗は少し高
い。これは反応が不十分で膜質が良くないためと考えら
れる。100℃以上になると、明らかに表面比抵抗が下
がり、150〜200℃であるとき最も低い。今回の膜
は、フッ化メタンを入れ表面比抵抗値の低い膜を形成す
るものであるから、100℃以上であって、さらに15
0℃であればより一層、所望の良質の膜が形成できたこ
とが分かる。さらに温度が上がり350℃近くになる
と、急激に表面比抵抗が上がってしまう。これは、反応
ガスが加熱により分解して放電空間に供給され、プラズ
マ空間中で反応し、反応後の粒子が膜に含まれてしまう
ためと考えられる。目視でも、100〜200℃のガス
温度の膜は均一な良好な膜であったが、100℃未満の
温度では少し黄ばんだ膜が得られ、300℃以上の温度
では白濁した様子が明らかに分かる質の低い膜であっ
た。
As can be clearly seen from FIG. 3, when the gas supply temperature is lower than 100 ° C., the surface resistivity is slightly high. It is considered that this is because the reaction is insufficient and the film quality is not good. When the temperature is 100 ° C. or higher, the surface resistivity is obviously decreased, and it is the lowest at 150 to 200 ° C. Since the film this time is one in which fluorinated methane is added to form a film having a low surface specific resistance value, it is 100 ° C. or higher, and further 15
It can be seen that if the temperature is 0 ° C., a desired high-quality film can be formed. When the temperature further rises to near 350 ° C., the surface resistivity suddenly rises. It is considered that this is because the reaction gas is decomposed by heating and supplied to the discharge space, reacts in the plasma space, and the particles after the reaction are contained in the film. Visually, the film having a gas temperature of 100 to 200 ° C. was a uniform and good film, but at a temperature of less than 100 ° C., a slightly yellowed film was obtained, and at a temperature of 300 ° C. or higher, it was clearly opaque. It was a poor quality film.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の大気圧プラズマ法を利用した薄
膜形成方法によれば、反応ガスを含む放電用ガスを10
0℃以上で、かつ、反応ガスの分解温度以下の温度で供
給することで、放電用ガスはより活性化した、つまりイ
オンなどに分離しやすい状態で供給されることになる。
よって、電極間に印加する電圧の周波数や電力について
放電空間が広がりすぎない程度に抑えても、基材表面の
付近に流れてきた反応ガスを含む放電用ガスは確実にプ
ラズマ化し、基材表面あるいはその近傍で反応させ膜を
生成することができる。つまり、基材表面から離れた場
所では反応させずに、しかも確実にプラズマ反応を発生
させることができるようになり、反応後の粒子が空間内
から落ちてくるようなことは起こらず、基材表面に良質
の膜を高速で形成することができる。また、本発明の薄
膜形成方法は大気圧プラズマ法であって低温のグロー放
電下での製膜であって、また前述のように放電用ガスを
高温で供給しそれにより十分な反応性を確保することか
ら基材を積極的に加熱する必要がなく、特に樹脂基材を
好ましく用いることができる。本発明では、真空系では
なくほぼ大気圧に近い圧力下で製膜することから、連続
工程が可能となり、この点においても高い生産性を上げ
ることができる。
According to the thin film forming method using the atmospheric pressure plasma method of the present invention, the discharge gas containing the reactive gas is added to 10
By supplying at a temperature of 0 ° C. or higher and at a temperature not higher than the decomposition temperature of the reaction gas, the discharge gas is supplied in a more activated state, that is, in a state of being easily separated into ions and the like.
Therefore, even if the frequency and power of the voltage applied between the electrodes are suppressed to the extent that the discharge space does not spread too much, the discharge gas containing the reaction gas that has flowed near the surface of the base material is reliably turned into plasma, Alternatively, a film can be formed by reacting in the vicinity thereof. In other words, it becomes possible to reliably generate a plasma reaction without reacting at a place away from the surface of the base material, so that particles after the reaction do not fall from the space, A high quality film can be formed on the surface at high speed. Further, the thin film forming method of the present invention is an atmospheric pressure plasma method and is a film formation under low temperature glow discharge, and as described above, a discharge gas is supplied at a high temperature to secure sufficient reactivity. Therefore, it is not necessary to actively heat the base material, and a resin base material can be particularly preferably used. In the present invention, since the film formation is performed not under a vacuum system but under a pressure close to the atmospheric pressure, continuous processes are possible, and high productivity can be achieved in this respect as well.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄膜形成方法で用いるプラズマ放電処
理室を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a plasma discharge processing chamber used in a thin film forming method of the present invention.

【図2】図1のプラズマ放電処理室が設けられたプラズ
マ放電処理装置を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a plasma discharge processing apparatus provided with the plasma discharge processing chamber of FIG.

【図3】放電用ガスの温度に対する薄膜の表面比抵抗値
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the surface specific resistance value of the thin film with respect to the temperature of the discharge gas.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 給気口 13、13 排気口 25 ローラ電極 36、36… 固定電極 30 プラズマ放電処理室 41 電源 50 プラズマ放電処理装置 51 ガス発生装置 51a 流路 F フィルム(基材) 12 Air supply port 13, 13 exhaust port 25 roller electrode 36, 36 ... Fixed electrode 30 Plasma discharge chamber 41 power supply 50 Plasma discharge treatment device 51 gas generator 51a channel F film (base material)

フロントページの続き (72)発明者 近藤 慶和 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 戸田 義朗 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 水野 航 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株式 会社内 (72)発明者 西脇 彰 東京都日野市さくら町1番地 コニカ株式 会社内 Fターム(参考) 4K030 AA04 AA05 AA11 CA17 FA03 JA06 JA09 JA10 JA16 JA18 KA25 Continued front page    (72) Inventor Yoshikazu Kondo             Konica Stock, 1 Sakura-cho, Hino City, Tokyo             In the company (72) Inventor Yoshiro Toda             Konica Stock, 1 Sakura-cho, Hino City, Tokyo             In the company (72) Inventor Wataru Mizuno             Konica Stock, 1 Sakura-cho, Hino City, Tokyo             In the company (72) Inventor Akira Nishiwaki             Konica Stock, 1 Sakura-cho, Hino City, Tokyo             In the company F-term (reference) 4K030 AA04 AA05 AA11 CA17 FA03                       JA06 JA09 JA10 JA16 JA18                       KA25

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】大気圧または大気圧近傍の圧力の下で、反
応ガスを含む放電用ガスを供給し、対向する電極間に高
周波電圧を印加し放電させることにより、前記放電用ガ
スをプラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応
ガスに晒すことによって、前記基材の表面に薄膜を形成
する薄膜形成方法において、 放電用ガスを100℃以上で、かつ、反応ガスの分解温
度以下の温度で供給することを特徴とする薄膜形成方
法。
1. A discharge gas containing a reaction gas is supplied under atmospheric pressure or a pressure near the atmospheric pressure, and a high-frequency voltage is applied between opposing electrodes to discharge the discharge gas. In the thin film forming method of forming a thin film on the surface of the base material by exposing the base material to the reaction gas in the plasma state, the discharge gas is at a temperature of 100 ° C. or higher and the decomposition temperature of the reaction gas or lower. The method of forming a thin film, characterized in that
【請求項2】放電用ガスを150℃以上の温度で供給す
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 the discharge gas is supplied at a temperature of 150 ° C. or higher.
【請求項3】前記放電用ガスは、前記反応ガスと不活性
ガスとを含み、前記反応ガスを0.1〜10体積%含有
してい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 discharge gas contains the reaction gas and an inert gas, and contains the reaction gas in an amount of 0.1 to 10% by volume. Thin film forming method.
【請求項4】前記反応ガスは、フッ素化合物、珪素化合
物、チタン化合物、スズ化合物、亜鉛化合物、インジウ
ム化合物、アルミニウム化合物、銅化合物、銀化合物か
ら選択されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載の薄膜形成方法。
4. The reaction gas is selected from a fluorine compound, a silicon compound, a titanium compound, a tin compound, a zinc compound, an indium compound, an aluminum compound, a copper compound and a silver compound. The method for forming a thin film according to any one of 1.
【請求項5】フッ素化合物は、フッ化炭素又はフッ化炭
化水素であることを特徴とする請求項4に記載の薄膜形
成方法。
5. The method of forming a thin film according to claim 4, wherein the fluorine compound is fluorocarbon or fluorohydrocarbon.
【請求項6】珪素化合物、チタン化合物、スズ化合物、
亜鉛化合物、インジウム化合物、アルミニウム化合物
は、有機金属化合物、金属水素化合物、金属ハロゲン化
合物、または金属アルコキシドであることを特徴とする
請求項4に記載の薄膜形成方法。
6. A silicon compound, a titanium compound, a tin compound,
The thin film forming method according to claim 4, wherein the zinc compound, the indium compound, and the aluminum compound are organic metal compounds, metal hydrogen compounds, metal halogen compounds, or metal alkoxides.
【請求項7】対向する電極間に印加する電圧の周波数
は、100kHz以上であることを特徴とする請求項1
〜6のいずれか記載の薄膜形成方法。
7. The frequency of the voltage applied between the opposing electrodes is 100 kHz or more.
7. The method for forming a thin film according to any one of to 6.
【請求項8】対向する電極間に印加する電圧の電力は、
1W/cm2以上であることを特徴とする請求項1〜7
のいずれか記載の薄膜形成方法。
8. The power of the voltage applied between the opposing electrodes is
It is 1 W / cm 2 or more, 1 to 7 characterized by the above-mentioned.
5. The thin film forming method described in any one of 1.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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