JP2004068143A - 薄膜形成方法並びに該薄膜形成方法により薄膜が形成された基材 - Google Patents
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Abstract
【課題】窒素のような安価な放電ガスを用いても、高密度プラズマが達成出来、良質な薄膜を高速で製膜出来る薄膜形成方法を提供し、これにより良質で緻密な薄膜を有する基材を安価に提供する。
【解決手段】本発明の大気圧プラズマ放電処理装置を用いる薄膜形成方法により、第１電極から印加する高周波電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＶ１、第２電極から印加する高周波電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＶ２、放電開始電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＩＶとしたとき、Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２またはＶ１＞ＩＶ≧Ｖ２なる関係を有し、第２電極から印加する高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上である高周波電界を印加して薄膜を形成させる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の大気圧プラズマ放電処理装置を用いる薄膜形成方法により、第１電極から印加する高周波電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＶ１、第２電極から印加する高周波電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＶ２、放電開始電界の強さ（ｋＶ／ｍｍ）をＩＶとしたとき、Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２またはＶ１＞ＩＶ≧Ｖ２なる関係を有し、第２電極から印加する高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上である高周波電界を印加して薄膜を形成させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ放電処理を用いることによって、希ガスと薄膜形成性ガスの混合ガスを使用して高品位の薄膜を得ることが知られているが、放電ガスに使用しているヘリウムやアルゴンが高価なためコストアップの原因になっている。従来のこの方法では、放電ガスとして希ガス以外の安価なガス、例えば、空気成分中の酸素ガス、窒素ガスや二酸化炭素等を使用するには放電を開始する電界の強さ（以下、電界強度とも言う）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ず、薄膜が形成されにくい。
【０００３】
特開平１０−１５４５９８号公報には、パルス電界を用いることにより、窒素ガスのような放電開始電界強度の高いガスでも放電が達成出来ることが開示されているが、プラズマ密度が低く、良質な膜が得られないばかりか、製膜速度も遅く、生産性が非常に低い。
【０００４】
一方、酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスを、予備放電電極において低周波電界をかけて活性化または電離させ、次にこの電離または活性化されたガスを、電離または活性化されてない酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスと共に、前記予備放電電極に対し併設された主放電電極のもとに送り、大気圧下、主放電電極間に高周波電界を印加してプラズマを発生させ、プラズマによって生成した活性種を被処理体の表面をエッチングあるいは被処理体面上にある有機物をアッシングするという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、本発明者らの研究によると、上記方法を薄膜の形成に応用した場合、酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスを予備放電電極間で低周波電界をかけて電離あるいは活性化したガスとした後、該電離あるいは活性化したガスと、主放電電極の手前で導入した薄膜形成性ガスとを混合して、主放電電極に高周波電界をかけるとパーティクルが発生してしまい、薄膜の形成がほとんど行われないことがわかった。また、プラズマ状態の酸素ガスと薄膜形成性ガスを混合すると爆発の危険性があり、この方法は薄膜形成方法として不適当であることが判明した。
【０００５】
また、アルゴンを放電ガスとして、片側の電極から、パルス化された高周波電界と、パルス化された直流電界とを重畳することによって安定な放電状態を達成でき、それにより薄膜形成も可能である方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、上記で開示されている製膜方法では、最初、トリガーとして直流パルス電界でプラズマを発生させるが、その後、高周波パルス電界への切り替えを行い、プラズマが安定後、基材をプラズマ中へ導入する、とある。すなわち、製膜中は直流パルス電界および高周波パルス電界を重畳していない。本発明者らの研究によると、このような電界の印加法では、結果として高性能な薄膜形成ができないことが判明した。
【０００６】
また、高周波電界と低周波電界とを重畳し、窒素ガスを用い、発生したプラズマによって基材を洗浄する工程を有する電子部品実装方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。電子部品の洗浄しか開示がないが、この様に単に低周波および高周波を重畳したのみでは、高性能な薄膜形成は難しいことが判明した。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１６６９６号公報 （特許請求の範囲）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１１０３９７号公報 （特許請求の範囲）
【０００９】
【特許文献３】
特開平１１−１９１５７６号公報 （特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、例えば、窒素のような安価で且つ安全な放電ガスを用いても、高密度プラズマが達成でき、良質な薄膜を高速で製膜できる薄膜形成方法を提供し、これにより良質で高性能な薄膜を安価に提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の高周波電界を印加することで、窒素等の放電開始電界強度の高い放電ガスでも、高密度プラズマの発生が達成でき、良質な薄膜が得られ、高速に製膜でき、更には、安価、且つ安全に運転でき、環境負荷の低減も達成できることを見いだしたのである。
【００１２】
本発明は、以下の構成よりなる。
（１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００１３】
（２） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（１）に記載の薄膜形成方法。
【００１４】
（３） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の薄膜形成方法。
【００１５】
（４） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３）に記載の薄膜形成方法。
【００１６】
（５） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００１７】
（６） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（５）に記載の薄膜形成方法。
【００１８】
（７） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００１９】
（８） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（２）乃至（７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２０】
（９） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（１）乃至（８）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２１】
（１０） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（９）に記載の薄膜形成方法。
【００２２】
（１１） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（９）または（１０）に記載の薄膜形成方法。
【００２３】
（１２） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（１）乃至（１１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２４】
（１３） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（１２）に記載の薄膜形成方法。
【００２５】
（１４） （１）乃至（１３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００２６】
（１５） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスおよび窒素ガスを含む放電ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００２７】
（１６） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（１５）に記載の薄膜形成方法。
【００２８】
（１７） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１５）または（１６）に記載の薄膜形成方法。
【００２９】
（１８） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１７）に記載の薄膜形成方法。
【００３０】
（１９） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（１５）乃至（１８）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３１】
（２０） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１５）乃至（１９）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３２】
（２１） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（１５）乃至（２０）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３３】
（２２） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（１６）乃至（２１）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３４】
（２３） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が前記放電ガスであることを特徴とする（１５）乃至（２２）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３５】
（２４） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（２３）に記載の薄膜形成方法。
【００３６】
（２５） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（２３）または（２４）に記載の薄膜形成方法。
【００３７】
（２６） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（１５）乃至（２５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３８】
（２７） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（２６）に記載の薄膜形成方法。
【００３９】
（２８） 前記周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１５）乃至（２７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４０】
（２９） 前記周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１５）乃至（２８）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４１】
（３０） （１５）乃至（２９）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００４２】
（３１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２ を満たし、
前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上で、且つ、前記第２の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００４３】
（３２） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（３１）に記載の薄膜形成方法。
【００４４】
（３３） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３１）または（３２）に記載の薄膜形成方法。
【００４５】
（３４） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３３）に記載の薄膜形成方法。
【００４６】
（３５） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（３１）乃至（３４）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４７】
（３６） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３５）に記載の薄膜形成方法。
【００４８】
（３７） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（３１）乃至（３６）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４９】
（３８） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（３２）乃至（３７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５０】
（３９） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（３１）乃至（３８）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５１】
（４０） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（３９）に記載の薄膜形成方法。
【００５２】
（４１） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（３９）または（４０）に記載の薄膜形成方法。
【００５３】
（４２） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（３１）乃至（４１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５４】
（４３） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（４２）に記載の薄膜形成方法。
【００５５】
（４４） 前記第１の高周波電界の電流Ｉ１より、前記第２の高周波電界の電流Ｉ２の方が高いことを特徴とする（３１）乃至（４３）に記載の薄膜形成方法。
【００５６】
（４５） 前記周波数ω２の前記周波数ω１に対する比が、１００倍以上であることを特徴とする（４４）に記載の薄膜形成方法。
【００５７】
（４６） （３１）乃至（４５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００５８】
以下は、本発明の好ましい実施形態である。
（１０１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、対向する第１電極と第２電極との間にガスを供給し、該第１電極と該第２電極との間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、基材を励起した該ガスに晒すことにより該基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、該高周波電界が、第１の周波数ω１の電界成分と、該第１の周波数ω１より高い第２の周波数ω２の電界成分とを重ね合わせた成分を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【００５９】
（１０２） 前記第１の周波数ω１の電界波形および前記第２の周波数ω２の電界波形がサイン波であることを特徴とする（１０１）に記載の薄膜形成方法。
【００６０】
（１０３） 前記第１の周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１０１）または（１０２）に記載の薄膜形成方法。
【００６１】
（１０４） 前記第２の周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１０１）乃至（１０３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６２】
（１０５） 前記高周波電界が、第１の高周波電界強度Ｖ１および第２の高周波電界強度Ｖ２を重畳したものであることを特徴とする（１０１）乃至（１０４）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６３】
（１０６） 前記第１の高周波電界強度Ｖ１、前記第２の高周波電界強度Ｖ２および放電開始電界ＩＶとの関係が、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２を満たすことを特徴とする（１０５）に記載の薄膜形成方法。
【００６４】
（１０７） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（１０１）乃至（１０６）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６５】
（１０８） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、対向する第１電極と第２電極との間に放電ガスおよび薄膜形成ガスを供給し、該第１電極と該第２電極との間に高周波電界を印加することにより該放電ガスを励起して放電を開始し、該薄膜形成ガスを励起し、基材を励起した該薄膜形成ガスに晒すことにより該基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、該高周波電界が、第１の高周波電界強度Ｖ１および第２の高周波電界強度Ｖ２を重畳したものであって、放電開始電界をＩＶとしたとき、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２を満たすことを特徴とする薄膜形成方法。
【００６６】
（１０９） 前記第１の高周波電界強度Ｖ１を印加する際の第１の周波数ω１より、前記第２の高周波電界強度Ｖ２を印加する際の第２の周波数ω２の方が高いことを特徴とする（１０８）に記載の薄膜形成方法。
【００６７】
（１１０） 前記第１の周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１０９）に記載の薄膜形成方法。
【００６８】
（１１１） 前記第２の周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１０９）または（１１０）に記載の薄膜形成方法。
【００６９】
（１１２） 前記第１の高周波電界の電界波形および前記第２の高周波電界の電界波形がサイン波であることを特徴とする（１０８）乃至（１１１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７０】
（１１３） 前記第１電極と前記第２電極との間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（１０１）乃至（１１２）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７１】
（１１４） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７２】
（１１５） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１４）に記載の薄膜形成方法。
【００７３】
（１１６） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つの添加ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７４】
（１１７） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（１１６）に記載の薄膜形成方法。
【００７５】
（１１８） （１０１）乃至（１１７）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００７６】
（１１９） 第１電極と第２電極とが対向して配置され、前記第１電極に第１の高周波電界を印加する第１の電源、前記第２電極に第２の高周波電界を印加する第２の電源及び前記第１電極と前記第２電極との放電空間にガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７７】
（１２０） 前記第１電極から前記第１の電源の間に、前記第２の電源からの周波数の電流を通過しにくくし、且つ前記第１の電源からの周波数の電流を通過し易くする第１フィルター、及び前記第２電極から前記第２の電源の間に、前記第１の電源からの周波数の電流を通過しにくくし、且つ前記第２の電源からの周波数の電流を通過し易くする第２フィルターを有することを特徴とする（１１９）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７８】
（１２１） 前記第１電極または前記第２電極の温度を制御する電極温度制御手段を有することを特徴とする（１１９）または（１２０）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７９】
（１２２） 前記第１の電源が、前記第２の電源より高い電界を印加する能力を有することを特徴とする（１１９）乃至（１２１）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８０】
（１２３） 前記第２の電源が、前記第１の電源より高い周波数を印加する能力を有することを特徴とする（１１９）乃至（１２２）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８１】
（１２４） 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の電極が、導電性の金属質母材を誘電体で被覆した誘電体被覆電極であって、前記誘電体の空隙率が１０体積％以下であることを特徴とする（１１９）乃至（１２３）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８２】
（１２５） 前記誘電体の空隙率が８体積％以下であることを特徴とする（１２４）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８３】
（１２６） 前記誘電体被覆電極の耐熱温度が１００℃以上であることを特徴とする（１２４）または（１２５）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８４】
（１２７） 前記誘電体被覆電極の前記導電性の金属質母材と前記誘電体の線熱膨張係数の差が１０×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項２４乃至２６の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８５】
（１２８） 前記誘電体の厚みが、０．５〜３ｍｍであることを特徴とする（１２４）乃至（１２７）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８６】
（１２９） 前記誘電体が、比誘電率６〜４５の無機化合物であることを特徴とする（１２４）乃至（１２８）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８７】
（１３０） 前記誘電体が、セラミックスを溶射した後、更に無機化合物で封孔処理されていることを特徴とする（１２４）乃至（１２９）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８８】
（１３１） 前記セラミックスがアルミナを主成分とすることを特徴とする（１３０）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８９】
（１３２） 前記誘電体の表面が研磨処理によって表面仕上げをされていることを特徴とする（１２４）乃至（１３１）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００９０】
（１３３） 前記誘電体の表面粗さＲｍａｘが１０μｍ以下であることを特徴とする（１３２）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００９１】
以下、本発明を詳述する。
本発明において、プラズマ放電処理は、大気圧もしくはその近傍の圧力下で行われるが、大気圧もしくはその近傍の圧力とは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。
【００９２】
本発明の薄膜形成方法において、対向電極間（放電空間）に供給するガスは、少なくとも、電界により励起する放電ガスと、そのエネルギーを受け取ってプラズマ状態あるいは励起状態になり薄膜を形成する薄膜形成ガスを含んでいる。
【００９３】
しかしながら、上記の薄膜形成方法では、ヘリウムやアルゴン等の希ガスの放電ガスでは、薄膜を形成する際の生産コストが放電ガスのコストに依存するところが多く、また環境的な見地からも代替の放電ガスの使用を本発明者らは検討していた。その代替の放電ガスとして、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、水素等を検討した結果、これらのガスであっても同様に高密度プラズマを発生できる条件を求め、且つ薄膜形成性に優れ、形成した薄膜が緻密且つ均一となる条件及び方法を検討した結果、本発明に至ったものである。
【００９４】
本発明における放電条件は、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、
Ｖ１≧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。
【００９５】
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。
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。
【００９６】
本発明において、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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。前述の特開平１１−１６６９６号公報のように、印加電極を２つ併置し、離間した異なる放電空間それぞれに、異なる高周波電界を印加する方法では、本発明の薄膜形成は達成出来ない。
【００９９】
上記でサイン波等の連続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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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１に示してある。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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、更なる製膜速度の向上と、膜質の向上が両立出来る。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
図１は、本発明に有用なジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示した概略図である。
【０１１８】
ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置は、プラズマ放電処理装置、二つの電源を有する電界印加手段の他に、図１では図示してない（後述の図２に図示してある）が、ガス供給手段、電極温度調節手段を有している装置である。
【０１１９】
プラズマ放電処理装置１０は、第１電極１１と第２電極１２から構成されている対向電極を有しており、該対向電極間に、第１電極１１からは第１電源２１からの周波数ω１、電界強度Ｖ１、電流Ｉ１の第１の高周波電界が印加され、また第２電極１２からは第２電源２２からの周波数ω２、電界強度Ｖ２、電流Ｉ２の第２の高周波電界が印加されるようになっている。第１電源２１は第２電源２２より高い高周波電界強度（Ｖ１＞Ｖ２）を印加出来、また第１電源２１の第１の周波数ω１は第２電源２２の第２の周波数ω２より低い周波数を印加出来る。
【０１２０】
第１電極１１と第１電源２１との間には、第１フィルタ２３が設置されており、第１電源２１から第１電極１１への電流を通過しやすくし、第２電源２２からの電流をアースして、第２電源２２から第１電源２１への電流が通過しにくくなるように設計されている。
【０１２１】
また、第２電極１２と第２電源２２との間には、第２フィルター２４が設置されており、第２電源２２から第２電極への電流を通過しやすくし、第１電源２１からの電流をアースして、第１電源２１から第２電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【０１２２】
第１電極１１と第２電極１２との対向電極間（放電空間）１３に、後述の図２に図示してあるようなガス供給手段からガスＧを導入し、第１電極１１と第２電極１２から高周波電界を印加して放電を発生させ、ガスＧをプラズマ状態にしながら対向電極の下側（紙面下側）にジェット状に吹き出させて、対向電極下面と基材Ｆとで作る処理空間をプラズマ状態のガスＧ°で満たし、図示してない基材の元巻き（アンワインダー）から巻きほぐされて搬送して来るか、あるいは前工程から搬送して来る基材Ｆの上に、処理位置１４付近で薄膜を形成させる。薄膜形成中、後述の図２に図示してあるような電極温度調節手段から媒体が配管を通って電極を加熱または冷却する。プラズマ放電処理の際の基材の温度によっては、得られる薄膜の物性や組成等は変化することがあり、これに対して適宜制御することが望ましい。温度調節の媒体としては、蒸留水、油等の絶縁性材料が好ましく用いられる。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の温度ムラが出来るだけ生じないように電極の内部の温度を均等に調節することが望まれる。
【０１２３】
また、図１に前述の高周波電界強度（印加電界強度）と放電開始電界強度の測定に使用する測定器を示した。２５及び２６は高周波電圧プローブであり、２７及び２８はオシロスコープである。
【０１２４】
ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置を複数基接して直列に並べて同時に同じプラズマ状態のガスを放電させることが出来るので、何回も処理され高速で処理することも出来る。また各装置が異なったプラズマ状態のガスをジェット噴射すれば、異なった層の積層薄膜を形成することも出来る。
【０１２５】
図２は本発明に有用な対向電極間で基材を処理する方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【０１２６】
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置は、少なくとも、プラズマ放電処理装置３０、二つの電源を有する電界印加手段４０、ガス供給手段５０、電極温度調節手段６０を有している装置である。
【０１２７】
図２は、ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との対向電極間（放電空間）３２で、基材Ｆをプラズマ放電処理して薄膜を形成するものである。
【０１２８】
ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との間の放電空間（対向電極間）３２に、ロール回転電極（第１電極）３５には第１電源４１から周波数ω１、電界強度Ｖ１、電流Ｉ１の第１の高周波電界を、また角筒型固定電極群（第２電極）３６には第２電源４２から周波数ω２、電界強度Ｖ２、電流Ｉ２の第２の高周波電界をかけるようになっている。
【０１２９】
ロール回転電極（第１電極）３５と第１電源４１との間には、第１フィルタ４３が設置されており、第１フィルタ４３は第１電源４１から第１電極への電流を通過しやすくし、第２電源４２からの電流をアースして、第２電源４２から第１電源への電流を通過しにくくするように設計されている。また、角筒型固定電極群（第２電極）３６と第２電源４２との間には、第２フィルタ４４が設置されており、第２フィルター４４は、第２電源４２から第２電極への電流を通過しやすくし、第１電源４１からの電流をアースして、第１電源４１から第２電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【０１３０】
なお、本発明においては、ロール回転電極３５を第２電極、また角筒型固定電極群３６を第１電極としてもよい。何れにしろ第１電極には第１電源が、また第２電極には第２電源が接続される。第１電源は第２電源より高い高周波電界強度（Ｖ１＞Ｖ２）を印加することが好ましい。また、周波数はω１＜ω２となる能力を有している。
【０１３１】
また、電流はＩ１＜Ｉ２となることが好ましい。第１の高周波電界の電流Ｉ１は、好ましくは０．３ｍＡ／ｃｍ２〜２０ｍＡ／ｃｍ２、さらに好ましくは１．０ｍＡ／ｃｍ２〜２０ｍＡ／ｃｍ２である。また、第２の高周波電界の電流Ｉ２は、好ましくは１０ｍＡ／ｃｍ２〜１００ｍＡ／ｃｍ２、さらに好ましくは２０ｍＡ／ｃｍ２〜１００ｍＡ／ｃｍ２である。
【０１３２】
ガス供給手段５０のガス発生装置５１で発生させたガスＧは、流量を制御して給気口５２よりプラズマ放電処理容器３１内に導入する。
【０１３３】
基材Ｆを、図示されていない元巻きから巻きほぐして搬送されて来るか、または前工程から搬送されて来て、ガイドロール６４を経てニップロール６５で基材に同伴されて来る空気等を遮断し、ロール回転電極３５に接触したまま巻き回しながら角筒型固定電極群３６との間に移送し、ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との両方から電界をかけ、対向電極間（放電空間）３２で放電プラズマを発生させる。基材Ｆはロール回転電極３５に接触したまま巻き回されながらプラズマ状態のガスにより薄膜を形成する。基材Ｆは、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るか、次工程に移送する。
【０１３４】
放電処理済みの処理排ガスＧ′は排気口５３より排出する。
薄膜形成中、ロール回転電極（第１電極）３５及び角筒型固定電極群（第２電極）３６を加熱または冷却するために、電極温度調節手段６０で温度を調節した媒体を、送液ポンプＰで配管６１を経て両電極に送り、電極内側から温度を調節する。なお、６８及び６９はプラズマ放電処理容器３１と外界とを仕切る仕切板である。
【０１３５】
図３は、図２に示したロール回転電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【０１３６】
図３において、ロール電極３５ａは導電性の金属質母材３５Ａとその上に誘電体３５Ｂが被覆されたものである。プラズマ放電処理中の電極表面温度を制御するため、温度調節用の媒体（水もしくはシリコンオイル等）が循環できる構造となっている。
【０１３７】
図４は、角筒型電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【０１３８】
図４において、角筒型電極３６ａは、導電性の金属質母材３６Ａに対し、図３同様の誘電体３６Ｂの被覆を有しており、該電極の構造は金属質のパイプになっていて、それがジャケットとなり、放電中の温度調節が行えるようになっている。
【０１３９】
なお、角筒型固定電極の数は、上記ロール電極の円周より大きな円周上に沿って複数本設置されていおり、該電極の放電面積はロール回転電極３５に対向している全角筒型固定電極面の面積の和で表される。
【０１４０】
図２に示した角筒型電極３６ａは、円筒型電極でもよいが、角筒型電極は円筒型電極に比べて、放電範囲（放電面積）を広げる効果があるので、本発明に好ましく用いられる。
【０１４１】
図３及び４において、ロール電極３５ａ及び角筒型電極３６ａは、それぞれ導電性の金属質母材３５Ａ及び３６Ａの上に誘電体３５Ｂ及び３６Ｂとしてのセラミックスを溶射後、無機化合物の封孔材料を用いて封孔処理したものである。セラミックス誘電体は片肉で１ｍｍ程度被覆あればよい。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、特に好ましく用いられる。また、誘電体層が、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であってもよい。
【０１４２】
導電性の金属質母材３５Ａ及び３６Ａとしては、チタン金属またはチタン合金、銀、白金、ステンレススティール、アルミニウム、鉄等の金属等や、鉄とセラミックスとの複合材料またはアルミニウムとセラミックスとの複合材料を挙げることが出来るが、後述の理由からはチタン金属またはチタン合金が特に好ましい。
【０１４３】
対向する第１電極および第２の電極の電極間距離は、電極の一方に誘電体を設けた場合、該誘電体表面ともう一方の電極の導電性の金属質母材表面との最短距離のことを言う。双方の電極に誘電体を設けた場合、誘電体表面同士の距離の最短距離のことを言う。電極間距離は、導電性の金属質母材に設けた誘電体の厚さ、印加電界強度の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定されるが、いずれの場合も均一な放電を行う観点から０．１〜２０ｍｍが好ましく、特に好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【０１４４】
本発明に有用な導電性の金属質母材及び誘電体についての詳細については後述する。
【０１４５】
プラズマ放電処理容器３１はパイレックス（Ｒ）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、ステンレススティール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よい。図１において、平行した両電極の両側面（基材面近くまで）を上記のような材質の物で覆うことが好ましい。
【０１４６】
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置に設置する第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 製品名
Ａ１ 神鋼電機 ３ｋＨｚ ＳＰＧ３−４５００
Ａ２ 神鋼電機 ５ｋＨｚ ＳＰＧ５−４５００
Ａ３ 春日電機 １５ｋＨｚ ＡＧＩ−０２３
Ａ４ 神鋼電機 ５０ｋＨｚ ＳＰＧ５０−４５００
Ａ５ ハイデン研究所 １００ｋＨｚ＊ ＰＨＦ−６ｋ
Ａ６ パール工業 ２００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−２００ｋ
Ａ７ パール工業 ４００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−４００ｋ
等の市販のものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
【０１４７】
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 製品名
Ｂ１ パール工業 ８００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−８００ｋ
Ｂ２ パール工業 ２ＭＨｚ ＣＦ−２０００−２Ｍ
Ｂ３ パール工業 １３．５６ＭＨｚ ＣＦ−５０００−１３Ｍ
Ｂ４ パール工業 ２７ＭＨｚ ＣＦ−２０００−２７Ｍ
Ｂ５ パール工業 １５０ＭＨｚ ＣＦ−２０００−１５０Ｍ
等の市販のものを挙げることが出来、何れも好ましく使用出来る。
【０１４８】
なお、上記電源のうち、＊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。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。
【０１４９】
本発明においては、このような電界を印加して、均一で安定な放電状態を保つことが出来る電極を大気圧プラズマ放電処理装置に採用することが好ましい。
【０１５０】
本発明において、対向する電極間に印加する電力は、第２電極（第２の高周波電界）に１Ｗ／ｃｍ２以上の電力（出力密度）を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、エネルギーを薄膜形成ガスに与え、薄膜を形成する。第２電極に供給する電力の上限値としては、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは２０Ｗ／ｃｍ２である。下限値は、好ましくは１．２Ｗ／ｃｍ２である。なお、放電面積（ｃｍ２）は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。
【０１５１】
また、第１電極（第１の高周波電界）にも、１Ｗ／ｃｍ２以上の電力（出力密度）を供給することにより、第２の高周波電界の均一性を維持したまま、出力密度を向上させることが出来る。これにより、更なる均一高密度プラズマを生成出来、更なる製膜速度の向上と膜質の向上が両立出来る。好ましくは５Ｗ／ｃｍ２以上である。第１電極に供給する電力の上限値は、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ２である。
【０１５２】
ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれるＯＮ／ＯＦＦを断続的に行う断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも第２電極側（第２の高周波電界）は連続サイン波の方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。
【０１５３】
このような大気圧プラズマによる薄膜形成法に使用する電極は、構造的にも、性能的にも過酷な条件に耐えられるものでなければならない。このような電極としては、金属質母材上に誘電体を被覆したものであることが好ましい。
【０１５４】
本発明に使用する誘電体被覆電極においては、様々な金属質母材と誘電体との間に特性が合うものが好ましく、その一つの特性として、金属質母材と誘電体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、更に好ましくは５×１０−６／℃以下、更に好ましくは２×１０−６／℃以下である。なお、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。
【０１５５】
線熱膨張係数の差が、この範囲にある導電性の金属質母材と誘電体との組み合わせとしては、
１：金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がセラミックス溶射被膜
２：金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がガラスライニング
３：金属質母材がステンレススティールで、誘電体がセラミックス溶射被膜
４：金属質母材がステンレススティールで、誘電体がガラスライニング
５：金属質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
６：金属質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
７：金属質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
８：金属質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項または２項および５〜８項が好ましく、特に１項が好ましい。
【０１５６】
本発明において、金属質母材は、上記の特性からはチタンまたはチタン合金が特に有用である。金属質母材をチタンまたはチタン合金とすることにより、誘電体を上記とすることにより、使用中の電極の劣化、特にひび割れ、剥がれ、脱落等がなく、過酷な条件での長時間の使用に耐えることが出来る。
【０１５７】
本発明に有用な電極の金属質母材は、チタンを７０質量％以上含有するチタン合金またはチタン金属である。本発明において、チタン合金またはチタン金属中のチタンの含有量は、７０質量％以上であれば、問題なく使用出来るが、好ましくは８０質量％以上のチタンを含有しているものが好ましい。本発明に有用なチタン合金またはチタン金属は、工業用純チタン、耐食性チタン、高力チタン等として一般に使用されているものを用いることが出来る。工業用純チタンとしては、ＴＩＡ、ＴＩＢ、ＴＩＣ、ＴＩＤ等を挙げることが出来、何れも鉄原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、水素原子等を極僅か含有しているもので、チタンの含有量としては、９９質量％以上を有している。耐食性チタン合金としては、Ｔ１５ＰＢを好ましく用いることが出来、上記含有原子の他に鉛を含有しており、チタン含有量としては、９８質量％以上である。また、チタン合金としては、鉛を除く上記の原子の他に、アルミニウムを含有し、その他バナジウムや錫を含有しているＴ６４、Ｔ３２５、Ｔ５２５、ＴＡ３等を好ましく用いることが出来、これらのチタン含有量としては、８５質量％以上を含有しているものである。これらのチタン合金またはチタン金属はステンレススティール、例えばＡＩＳＩ３１６に比べて、熱膨張係数が１／２程度小さく、金属質母材としてチタン合金またはチタン金属の上に施された後述の誘電体との組み合わせがよく、高温、長時間での使用に耐えることが出来る。
【０１５８】
一方、誘電体の求められる特性としては、具体的には、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、後述のセラミックスを溶射したものやガラスライニングにより設けたものが好ましい。特にアルミナを溶射して設けた誘電体が好ましい。
【０１５９】
または、上述のような大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％以下であることで、好ましくは０体積％を越えて５体積％以下である。なお、誘電体の空隙率は、ＢＥＴ吸着法や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質母材に被覆された誘電体の破片を用い、空隙率を測定する。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。更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。
【０１６０】
上記、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金属質母材に吹き付け、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、更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、溶射材料が高速で金属質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。この方法により、上記のような被覆する誘電体（セラミック溶射膜）の空隙率にすることが出来る。
【０１６１】
また、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、更に好ましくは１％以下である。
【０１６２】
誘電体の空隙率をより低減させるためには、上記のように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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
ここで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、紫外線照射などがある。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。
【０１６５】
本発明に係る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線光電子分光法）により誘電体層の断層を分析することにより測定する。
【０１６６】
本発明の薄膜形成方法に係る電極においては、電極の少なくとも基材と接する側のＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下になるように調整することが、本発明に記載の効果を得る観点から好ましいが、更に好ましくは、表面粗さの最大値が８μｍ以下であり、特に好ましくは、７μｍ以下に調整することである。このように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、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出来、放電状態を安定化出来ること、更に熱収縮差や残留応力による歪やひび割れを無くし、且つ、高精度で、耐久性を大きく向上させることが出来る。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。更にＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均表面粗さ（Ｒａ）は０．５μｍ以下が好ましく、更に好ましくは０．１μｍ以下である。
【０１６７】
本発明に使用する誘電体被覆電極において、大電力に耐える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。また上限は５００℃である。なお、耐熱温度とは、大気圧プラズマ処理で用いられる電圧において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や、泡混入量の異なる層状のガラスライニングで設けた誘電体を適用したり、上記金属質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。
【０１６８】
次に、放電空間に供給するガスについて説明する。
供給するガスは、少なくとも放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有する。放電ガスと薄膜形成ガスは混合して供給してもよいし、別々に供給してもかまわない。
【０１６９】
放電ガスとは、薄膜形成可能なグロー放電を起こすことの出来るガスである。放電ガスとしては、窒素、希ガス、空気、水素ガス、酸素などがあり、これらを単独で放電ガスとして用いても、混合して用いてもかまわない。本発明において、放電ガスとして好ましいのは窒素である。放電ガスの５０〜１００体積％が窒素ガスであることが好ましい。このとき、放電ガスとして窒素以外の放電ガスとしては、希ガスを５０体積％未満含有することが好ましい。また、放電ガスの量は、放電空間に供給する全ガス量に対し、９０〜９９．９体積％含有することが好ましい。
【０１７０】
薄膜形成ガスとは、それ自身が励起して活性となり、基材上に化学的に堆積して薄膜を形成する原料のことである。
【０１７１】
次に、本発明に使用する薄膜を形成するために放電空間に供給するガスについて説明する。基本的に放電ガスと薄膜形成ガスであるが、更に、添加ガスを加えることもある。放電空間に供給する全ガス量中、放電ガスを９０〜９９．９体積％含有することが好ましい。
【０１７２】
本発明に使用する薄膜形成ガスとしては、有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等を挙げることが出来る。
【０１７３】
本発明に有用な有機金属化合物は下記の一般式（Ｉ）で示すものが好ましい。
一般式（Ｉ）
Ｒ１ ｘＭＲ２ ｙＲ３ ｚ
式中、Ｍは金属、Ｒ１はアルキル基、Ｒ２はアルコキシ基、Ｒ３はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基であり、金属Ｍの価数をｍとした場合、ｘ＋ｙ＋ｚ＝ｍであり、ｘ＝０〜ｍ、またはｘ＝０〜ｍ−１であり、ｙ＝０〜ｍ、ｚ＝０〜ｍで、何れも０または正の整数である。Ｒ１のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることが出来る。Ｒ２のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、３，３，３−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることが出来る。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。Ｒ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう）、１，１，１，５，５，５−ヘキサメチル−２，４−ペンタンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオン、１，１，１−トリフルオロ−２，４−ペンタンジオン等を挙げることが出来、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えば、アセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることが出来、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることが出来、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基（またはアセトキシ基）、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることが出来る。これらの基の炭素原子数は、上記例有機金属示化合物を含んで、１８以下が好ましい。また例示にもあるように直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。
【０１７４】
本発明において取り扱いの問題から、爆発の危険性の少ない有機金属化合物が好ましく、分子内に少なくとも一つ以上の酸素を有する有機金属化合物が好ましい。このようなものとしてＲ２のアルコキシ基を少なくとも一つを含有する有機金属化合物、またＲ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基を少なくとも一つ有する金属化合物が好ましい。
【０１７５】
なお、具体的な有機金属化合物については後述する。
本発明において、放電空間に供給するガスには、放電ガス、薄膜形成性ガスの他に、薄膜形成の反応を促進する添加ガスを混合してもよい。添加ガスとしては、酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア等を挙げることが出来るが、酸素、一酸素化炭素及び水素が好ましく、これらから選択される成分を混合させるのが好ましい。その含有量はガス全量に対して０．０１〜５体積％含有させることが好ましく、それによって反応促進され、且つ、緻密で良質な薄膜を形成することが出来る。
【０１７６】
上記形成された酸化物または複合化合物の薄膜の膜厚は、０．１〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【０１７７】
本発明において、薄膜形成性ガスに使用する有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物の金属として、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を挙げることが出来る。
【０１７８】
本発明の薄膜形成方法で、上記のような有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等の金属化合物を放電ガスと共に使用することにより様々な高機能性の薄膜を得ることが出来る。本発明の薄膜の例を以下に示すが、本発明はこれに限られるものではない。
【０１７９】
電極膜：Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｓｉ
誘電体保護膜：ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３
透明導電膜：Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２
エレクトロクロミック膜：ＷＯ３、ＩｒＯ２、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５
蛍光膜：ＺｎＳ、ＺｎＳ＋ＺｎＳｅ、ＺｎＳ＋ＣｄＳ
磁気記録膜：Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、γ−Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｒ、ＳｉＯ２、ＡｌＯ３
超導電膜：Ｎｂ、Ｎｂ−Ｇｅ、ＮｂＮ
太陽電池膜：ａ−Ｓｉ、Ｓｉ
反射膜：Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ
選択性吸収膜：ＺｒＣ−Ｚｒ
選択性透過膜：Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２
反射防止膜：ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２
シャドーマスク：Ｃｒ
耐摩耗性膜：Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、ＴｉＣ、ＴｉＮ
耐食性膜：Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ
耐熱膜：Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ
潤滑膜：ＭｏＳ２
装飾膜：Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＴｉＣ、Ｃｕ
尚、上記窒化物の窒化度、酸化物の酸化度、硫化物の硫化度、炭化物の炭化度はあくまでも一例であり、金属との組成比は適宜変化して良い。また、薄膜には、上記金属化合物以外に、炭素化合物、窒素化合物、水素化合物等の不純物が含有されてもよい。
【０１８０】
本発明において、特に好ましい金属化合物の金属は、上記のうちＳｉ（珪素）、Ｔｉ（チタン）、Ｓｎ（錫）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）及びＡｌ（アルミニウム）であり、これらの金属と結合する金属化合物のうち、上記一般式（Ｉ）で示した有機金属化合物が好ましい。有機金属化合物の例示については後述する。
【０１８１】
ここで、上記の高機能膜のうち反射防止膜（層）及び反射防止膜を積層した反射防止フィルム及び透明導電フィルムについて詳細に説明する。
【０１８２】
本発明に係る高機能膜のうちの反射防止フィルムの反射防止層は中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層それぞれの薄膜が積層されたものである。
【０１８３】
本発明に係る反射防止層薄膜形成性用のガス材料において、高屈折率層を形成するチタン化合物、中屈折率層を形成する錫化合物、低屈折率層を形成する珪素化合物について述べる。反射防止層を有する反射防止フィルムは、各屈折率層を基材上に直接または他の層を介して積層して得られるものであるが、積層は、例えば、図２のような大気圧プラズマ放電処理装置を、中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順に３層を積層するために、直列に３基並べて連続的に処理することが出来、この連続的積層処理は品質の安定や生産性の向上等から本発明の薄膜の形成に適している。また積層せずに、１層処理ごと、処理後巻き取り、逐次処理して積層してもよい。本発明において、反射防止層の上に防汚層を設ける場合には、上記のプラズマ放電処理装置を更にもう１基続けて設置し、４基並べて最後に防汚層を積層してもよい。また、反射防止層を設ける前に、基材の上に予めハードコート層や防眩層を塗布によって設けてもよく、また、その裏側に予めバックコート層を塗布によって設けてもよい。
【０１８４】
本発明に係る反射防止フィルムの反射防止層薄膜形成性ガスには、適切な屈折率を得ることの出来る化合物であれば制限なく使用出来るが、本発明において、高屈折率層薄膜形成性ガスとしてはチタン化合物を、中屈折率層薄膜形成性ガスとしては錫化合物またはチタン化合物と珪素化合物の混合物（または高屈折率形成用のチタン化合物で形成した層と低屈折率層を形成する珪素化合物で形成した層を積層してもよい）を、また低屈折率層薄膜形成性ガスとしては珪素化合物、フッ素化合物、あるいは珪素化合物とフッ素化合物の混合物を好ましく用いることが出来る。これらの化合物を屈折率を調節するために、何れかの層の形成用薄膜形成性ガスとして２種以上混合して使用してもよい。
【０１８５】
本発明に有用な中屈折率層薄膜形成性ガスに用いる錫化合物としては、有機錫化合物、錫水素化合物、ハロゲン化錫等であり、有機錫化合物としては、例えば、ジブチルジエトキシ錫、ブチル錫トリス（２，４−ペンタンジオナート）、テトラエトキシ錫、メチルトリエトキシ錫、ジエチルジエトキシ錫、トリイソプロピルエトキシ錫、エチルエトキシ錫、メチルメトキシ錫、イソプロピルイソプロポキシ錫、テトラブトキシ錫、ジエトキシ錫、ジメトキシ錫、ジイソプロポキシ錫、ジブトキシ錫、ジブチリロキシ錫、ジエチル錫、テトラブチル錫、錫ビス（２，４−ペンタンジオナート）、エチル錫アセトアセトナート、エトキシ錫（２，４−ペンタンジオナート）、ジメチル錫ジ（２，４−ペンタンジオナート）、ジアセトメチルアセタート錫、ジアセトキシ錫、ジブトキシジアセトキシ錫、ジアセトオキシ錫ジアセトアセトナート等、ハロゲン化錫としては、二塩化錫、四塩化錫等を挙げることが出来、何れも本発明において、好ましく用いることが出来る。また、これらの薄膜形成性ガスを２種以上同時に混合して使用してもよい。なお、このようにして、形成された酸化錫層は表面比抵抗値を１×１０１１Ω／ｃｍ２以下に下げることが出来るため、帯電防止層としても有用である。
【０１８６】
本発明に有用な高屈折率層薄膜形成性ガスに使用するチタン化合物としては、有機チタン化合物、チタン水素化合物、ハロゲン化チタン等があり、有機チタン化合物としては、例えば、トリエトキシチタン、トリメトキシチタン、トリイソプロポキシチタン、トリブトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、メチルジメトキシチタン、エチルトリエトキシチタン、メチルトリイソプロポキシチタン、トリエチルチタン、トリイソプロピルチタン、トリブチルチタン、テトラエチルチタン、テトライソプロピルチタン、テトラブチルチタン、テトラジメチルアミノチタン、ジメチルチタンジ（２，４−ペンタンジオナート）、エチルチタントリ（２，４−ペンタンジオナート）、チタントリス（２，４−ペンタンジオナート）、チタントリス（アセトメチルアセタート）、トリアセトキシチタン、ジプロポキシプロピオニルオキシチタン等、ジブチリロキシチタン、チタン水素化合物としてはモノチタン水素化合物、ジチタン水素化合物等、ハロゲン化チタンとしては、トリクロロチタン、テトラクロロチタン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることが出来る。またこれらの薄膜形成性ガスを２種以上を同時に混合して使用することが出来る。
【０１８７】
本発明に有用な低屈折率層薄膜形成性ガスに使用する珪素化合物としては、有機珪素化合物、珪素水素化合物、ハロゲン化珪素化合物等を挙げることが出来、有機珪素化合物としては、例えば、テトラエチルシラン、テトラメチルシラン、テトライソプロピルシラン、テトラブチルシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルシランジ（２，４−ペンタンジオナート）、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等、珪素水素化合物としては、テトラ水素化シラン、ヘキサ水素化ジシラン等、ハロゲン化珪素化合物としては、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることが出来る。また、前記フッ素化合物を使用することが出来る。これらの薄膜形成性ガスを２種以上を同時に混合して使用することが出来る。また、屈折率の微調整にこれら錫化合物、チタン化合物、珪素化合物を適宜２種以上同時に混合して使用してもよい。
【０１８８】
上記の有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素化合物は、取り扱い上の観点から金属水素化合物、アルコキシ金属が好ましく、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、アルコキシ金属が好ましく用いられる。また、上記の有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素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、固体何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出来るが、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。有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素化合物を加熱により気化して用いる場合、テトラエトキシ金属、テトライソプロポキシ金属などの常温で液体で、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。上記アルコキシ金属は、溶媒によって希釈して使用されても良く、この場合、希ガス中へ気化器等により気化して混合ガスに使用すればよい。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、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出来る。
【０１８９】
薄膜形成性ガスについて、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、全ガス中の含有率は、０．０１〜１０体積％で有することが好ましいが、更に好ましくは、０．０１〜１体積％である。
【０１９０】
なお、中屈折率層については、上記珪素化合物、上記チタン化合物または上記錫化合物を、目標とする屈折率に合わせて適宜混合することによっても得ることが出来る。
【０１９１】
なお、各屈折率層の好ましい屈折率と膜厚は、例えば、中屈折率層の酸化錫層では屈折率として１．６〜１．８、また膜厚として５０〜７０ｎｍ程度、高屈折率層の酸化チタン層では屈折率として１．９〜２．４、また膜厚として８０〜１５０ｎｍ程度、低屈折率層の酸化珪素層では屈折率として１．３〜１．５、また膜厚として８０〜１２０ｎｍ程度である。
【０１９２】
次に、本発明に係る高機能膜の他の例として透明導電膜を有する薄膜の形成について説明する。
【０１９３】
前述の反射防止層を形成する際に使用する有機金属化合物の金属成分がインジウム等の透明性と導電性を有する薄膜を形成すると言う点が若干異なるが、有機基についてはほぼ同じような成分が用いられる。
【０１９４】
透明導電膜を形成する好ましい有機金属化合物の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選ばれる少なくとも１種の金属である。
【０１９５】
本発明において、好ましい有機金属化合物の好ましい例は、インジウムトリス（２，４−ペンタンジオナート）、インジウムトリス（ヘキサフルオロペンタンジオナート）、インジウムトリアセトアセタート、トリアセトキシインジウム、ジエトキシアセトキシインジウム、トリイソポロポキシインジウム、ジエトキシインジウム（１，１，１−トリフルオロペンタンジオナート）、トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）インジウム、エトキシインジウムビス（アセトメチルアセタート）、ジ（ｎ）ブチル錫ビス（２，４−ペンタンジオナート）、ジ（ｎ）ブチルジアセトキシ錫、ジ（ｔ）ブチルジアセトキシ錫、テトライソプロポキシ錫、テトラ（ｉ）ブトキシ錫、ビス（２，４−ペンタンジオナート）亜鉛等を挙げることが出来る。これらの有機金属化合物は一般に市販（例えば、東京化成工業（株）等から）されている。
【０１９６】
本発明においては、上記分子内に少なくとも１つの酸素原子を有する有機金属化合物の他に、該有機金属化合物から形成された透明導電膜の導電性を更に高めるために該透明導電膜をドーピングすることが好ましく、薄膜形成性ガスとしての該有機金属化合物とドーピング用有機金属化合物ガスを同時に混合して用いることが好ましい。ドーピングに用いられる有機金属化合物またはフッ素化合物の薄膜形成性ガスとしては、例えば、トリイソプロポキシアルミニウム、トリス（２，４−ペンタンジオナート）ニッケル、ビス（２，４−ペンタンジオナート）マンガン、イソプロポキシボロン、トリ（ｎ）ブトキシアンチモン、トリ（ｎ）ブチルアンチモン、ジ（ｎ）ブチルビス（２，４−ペンタンジオナート）錫、ジ（ｎ）ブチルジアセトキシ錫、ジ（ｔ）ブチルジアセトキシ錫、テトライソプロポキシ錫、テトラブトキシ錫、テトラブチル錫、亜鉛ジ（２，４−ペンタンジオナート）、六フッ化プロピレン、八フッ化シクロブタン、四フッ化メタン等を挙げることが出来る。
【０１９７】
前記透明導電膜を形成するに必要な有機金属化合物と上記ドーピング用の薄膜形成性ガスの比は、製膜する透明導電膜の種類により異なるが、例えば、酸化インジウムに錫をドーピングして得られるＩＴＯ膜においては、ＩｎとＳｎの比の原子数比が１００：０．１〜１００：１５の範囲になるように薄膜形成性ガス量を調整することが必要である。好ましくは、１００：０．５〜１００：１０になるよう調整することが好ましい。酸化錫にフッ素をドーピングして得られる透明導電膜（ＦＴＯ膜という）においては、得られたＦＴＯ膜のＳｎとＦの比の原子数比が１００：０．０１〜１００：５０の範囲になるよう薄膜形成性ガスの量比を調整することが好ましい。Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系アモルファス透明導電膜においては、ＩｎとＺｎの比の原子数比が１００：５０〜１００：５の範囲になるよう薄膜形成性ガスの量比を調整することが好ましい。Ｉｎ：Ｓｎ比、Ｓｎ：Ｆ比及びＩｎ：Ｚｎ比の各原子数比はＸＰＳ測定によって求めることが出来る。
【０１９８】
本発明において、透明導電薄膜形成性ガスは、混合ガスに対し、０．０１〜１０体積％含有させることが好ましい。
【０１９９】
本発明において、得られる透明導電膜は、例えば、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの酸化物膜、またはＳｂドープＳｎＯ２、ＦドープＳｎＯ２（ＦＴＯ）、ＡｌドープＺｎＯ、ＳｎドープＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）等ドーパントによるドーピングした複合酸化物を挙げることが出来、これらから選ばれる少なくとも一つを主成分とするアモルファス膜が好ましい。またその他にカルコゲナイド、ＬａＢ６、ＴｉＮ、ＴｉＣ等の非酸化物膜、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜、ＣｄＯ等の透明導電膜を挙げることが出来る。
【０２００】
上記形成された酸化物または複合酸化物の透明導電膜の膜厚は、０．１〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【０２０１】
本発明に用いられる基材について説明する。
本発明に用いられる基材としては、板状、シート状またはフィルム状の平面形状のもの、あるいはレンズその他成形物等の立体形状のもの等の薄膜をその表面に形成出来るものであれば特に限定はない。基材が静置状態でも移送状態でもプラズマ状態の混合ガスに晒され、均一の薄膜が形成されるものであれば基材の形態または材質には制限ない。形態的には平面形状、立体形状でもよく、平面形状のものとしては、ガラス板、樹脂フィルム等を挙げることが出来る。材質的には、ガラス、樹脂、陶器、金属、非金属等様々のものを使用出来る。具体的には、ガラスとしては、ガラス板やレンズ等、樹脂としては、樹脂レンズ、樹脂フィルム、樹脂シート、樹脂板等を挙げることが出来る。
【０２０２】
樹脂フィルムは本発明に係る大気圧プラズマ放電処理装置の電極間または電極の近傍を連続的に移送させて透明導電膜を形成することが出来るので、スパッタリングのような真空系のようなバッチ式でない、大量生産に向き、連続的な生産性の高い生産方式として好適である。
【０２０３】
樹脂フィルム、樹脂シート、樹脂レンズ、樹脂成形物等成形物の材質としては、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートプロピオネートまたはセルロースアセテートブチレートのようなセルロースエステル、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートのようなポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコールコポリマー、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリメチルアクリレート、アクリレートコポリマー等を挙げることが出来る。
【０２０４】
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出来る。中でもゼオネックスやゼオノア（日本ゼオン（株）製）、非晶質シクロポリオレフィン樹脂フィルムのＡＲＴＯＮ（ジェイエスアール（株）製）、ポリカーボネートフィルムのピュアエース（帝人（株）製）、セルローストリアセテートフィルムのコニカタックＫＣ４ＵＸ、ＫＣ８ＵＸ（コニカ（株）製）などの市販品を好ましく使用することが出来る。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、溶液流延製膜、溶融押し出し製膜等の条件、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使用することが出来るものを得ることが出来る。
【０２０５】
これらのうち光学的に等方性に近いセルロースエステルフィルムが本発明の光学素子に好ましく用いられる。セルロースエステルフィルムとしては、上記のようにセルローストリアセテートフィルム、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ものの一つである。セルローストリアセテートフィルムとしては市販品のコニカタックＫＣ４ＵＸ等が有用である。
【０２０６】
これらの樹脂の表面にゼラチン、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂等を塗設したものも使用出来る。またこれら樹脂フィルムの薄膜側に防眩層、クリアハードコート層、バリア層、防汚層等を設けてもよい。また、必要に応じて接着層、アルカリバリアコート層、ガスバリア層や耐溶剤性層等を設けてもよい。
【０２０７】
また、本発明に用いられる基材は、上記の記載に限定されない。フィルム形状のものの膜厚としては１０〜１０００μｍが好ましく、より好ましくは４０〜２００μｍである。
【０２０８】
【実施例】
本発明を実施例により詳述するが、これらに限定されない。
【０２０９】
実施例１
〔電極の作製〕
次のように電極を作製した。長さ５０ｍｍ、幅６００ｍｍ、高さ５０ｍｍの、肉厚１０ｍｍ（中空のジャケット）のチタン合金Ｔ６４製の２個の平板印加電極を以下のように作製した。該２個共、平板電極の互いに対向する面（面積３００ｃｍ２）に大気プラズマ法により高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆した。その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により硬化させ封孔処理を行った。このようにして被覆した誘電体表面を研磨し、平滑にして、Ｒｍａｘが５μｍとなるように加工した。最終的な誘電体の空隙率は５体積％であった。この時の誘電体層のＳｉＯＸ含有率は７５ｍｏｌ％であった。また、最終的な誘電体の膜厚は、１ｍｍ（膜厚変動±１％以内）、誘電体の比誘電率は１０であった。更に導電性の金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差は、１．６×１０−６／℃であり、また耐熱温度は２５０℃であった。
【０２１０】
〔大気圧プラズマ放電処理装置〕
図１に示した大気圧プラズマ放電処理装置を使用し、上記で作製した２個の電極を電極間隙を１ｍｍとして平行に対向させ、表１に示す第１電界及び第２電界を設置した。尚、電源Ａ５は、連続モード１００ｋＨｚで使用した（以下の実施例においても同様）。また、試料Ｎｏ．１６は、第１電界に直流パルス電源を用い、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周波数を１０ｋＨｚとした。両電極は８０℃になるように調節保温した。なお、何れもフィルタは各電極からの電流が逆流しないようなものを設置した。
【０２１１】
〔酸化チタン薄膜の作製〕
基材としてのコニカタックＫＣ８ＵＸの上に、下記組成の混合ガスを用い、表１に示す電界を電極間に印加し、放電を行って薄膜を形成し、試料１〜１６を作製した。なお、この系での放電開始電界強度は３．７ｋＶ／ｍｍであった。
【０２１２】
〈混合ガス組成〉
放電ガス：窒素 ９７．９体積％
薄膜形成性ガス：テトライソプロポキシチタン ０．１体積％
添加ガス：水素 ２．０体積％
〔評価〕
〈放電状態〉
対向電極間で放電の状況を下記のランクに分けた。
【０２１３】
○：安定した放電が起こっている
△：放電はしているがやや不安定
×：全く放電が起こらない。
【０２１４】
〈屈折率〉
各試料につき分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射スペクトルの測定を行った。測定は反射防止フィルムの反射防止層のない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い反射防止フィルムの裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、該スペクトルのλ／４値より光学膜厚を算出し、それをもとに屈折率を算出した。なお、屈折率が低いということは、層の構造に緻密さに欠けて孔が多数あり、測定時に孔に空気が入ることによる現象や、放電空間で生じたパーティクルが膜中にとり込まれる場合があり不良な膜である。
【０２１５】
上記試料Ｎｏ．１〜１６について、放電状態の観察と屈折率の測定を行い、結果を表１に示した。
【０２１６】
【表１】
【０２１７】
（結果）
第１及び第２電極から印加した第１及び第２の高周波電界の周波数（ω１、ω２）の関係、第１及び第２の高周波電界の強さ（Ｖ１、Ｖ２）と放電ガスの放電開始電界の強さ（ＩＶ）との関係および第２の高周波電界の出力密度が、本発明の関係にある試料Ｎｏ．１〜１０については、放電状況もよく、緻密な薄膜（屈折率の大きさによって判断出来る）が形成された。これに対して、本発明の関係以外の高周波電界の試料１１〜１６では、放電は良好であっても薄膜形成する能力が不足し、孔が多く緻密な薄膜が得られなかったり（屈折率が小さい）、または、放電が起こらず薄膜の形成が出来なかった。
【０２１８】
実施例２
表２に示した第１電界及び第２電界に変更し、また表２に示した第１フィルター及び第２フィルターを設置した以外は実施例１と同様に行い、試料１７〜２３を作製した。
【０２１９】
試料Ｎｏ．１７〜２３について上記評価を行い、結果を表２に示した。
【０２２０】
【表２】
【０２２１】
（結果）
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置を用い、表２に示したようにフィルタを設置し、薄膜形成を行った試料１７〜２０は、放電は正常に行われ、薄膜も正常に形成された。これに対して、試料２１では、第１電界と第２電界の周波数に対し、フィルターの組み合わせを適性化してないため、放電が発生せず、薄膜の形成が出来なかった。試料２２及び２３は、通常の大気圧放電プラズマ薄膜形成装置で、対向電極が印加電極とアース電極としたもの（フィルターは使用しない）で、試料２２では、その印加電極に通常使用するより高周波印加電源から印加したが、放電せず、薄膜の形成が出来ず、また試料２３では印加電源が、より低周波のものを用いて印加したが、放電はするものの、良好な薄膜の形成が出来なかった。
【０２２２】
実施例３
基材としてコニカタックＫＣ４ＵＸの長尺フィルム（１５００ｍ巻きフィルム）を用い、下記のように裏面側にバックコート層及び表側にハードコート層を塗設し、フィルムロールとして巻き取った。この基材を使用し、図２の装置を３基直列に連結して反射防止フィルムを作製した。基材を該フィルムロールをアンワインダーから巻きほぐし、ハードコート層の上に１基目の大気圧プラズマ放電処理装置で中屈折率層を形成し、続いて、中屈折率層の上に２基目の同様の装置で高屈折率層を積層して形成し、更に続いて、高屈折率層の上に３基目の同様な装置で低屈折率層を積層して形成し、バックコート層／基材Ｆ／ハードコート層／中屈折率層／高屈折率層／低屈折率層の反射防止フィルム（試料Ｎｏ．２４〜２７）を作製した。
【０２２３】
〔基材の準備〕
〈クリアハードコート層塗布済み基材の作製〉
コニカタックＫＣ４ＵＸの片面に下記のバックコート層塗布組成物を設け、他の面に、乾燥膜厚で４μｍの中心線表面粗さ（Ｒａ）１５ｎｍのクリアハードコート層を設け、クリアハードコート層塗布済み基材を作製した。
【０２２４】
〔電極の作製〕
前述の図２の大気圧プラズマ放電処理装置において、誘電体で被覆したロール電極及び同様に誘電体を被覆した複数の角筒型電極のセットを以下のように作製した。
【０２２５】
第１電極となるロール電極は、冷却水による冷却手段を有するチタン合金Ｔ６４製ジャケットロール金属質母材に対して、大気プラズマ法により高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆し、ロール径１０００ｍｍφとなるようにした。
【０２２６】
封孔処理及び被覆した誘電体表面研磨は実施例１と同様に行い、Ｒｍａｘ５μｍとした。最終的な誘電体の空隙率（貫通性のある空隙率）はほぼ０体積％、このときの誘電体層のＳｉＯｘ含有率は７５ｍｏｌ％、また、最終的な誘電体の膜厚は１ｍｍ、誘電体の比誘電率は１０であった。更に導電性の金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差は１．７×１０−６で、耐熱温度は２６０℃であった。
【０２２７】
一方、第２電極の角筒型電極は、中空の角筒型のチタン合金Ｔ６４に対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆し、対向する角筒型固定電極群とした。この角筒型電極の誘電体については上記ロール電極のものと、誘電体表面のＲｍａｘ、誘電体層のＳｉＯｘ含有率、また誘電体の膜厚と比誘電率、金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差、更に電極の耐熱温度は、第１電極とほぼ同じ物性値に仕上がった。
【０２２８】
この角筒型電極をロール回転電極のまわりに、対向電極間隙を１ｍｍとして２５本配置した。角筒型固定電極群の放電総面積は、１５０ｃｍ（幅手方向の長さ）×４ｃｍ（搬送方向の長さ）×２５本（電極の数）＝１５０００ｃｍ２であった。なお、何れもフィルターは適切なものを設置した。
【０２２９】
〔反射防止フィルムの作製〕
プラズマ放電中、第１電極（ロール回転電極）及び第２電極（角筒型固定電極群）が８０℃になるように調節保温し、ロール回転電極はドライブで回転させて次のように薄膜形成を行った。３基それぞれの第１電界及び第２電界については表３に示したものと３基とも同じものを用いた。ぞれぞれをアースに接地した。圧力は１０３ｋＰａとし、下記の混合ガスをそれぞれの放電空間及びプラズマ放電処理装置内部へ導入し、上記バックコート層及びクリアハードコート層塗布済み基材のクリアハードコート層の上に中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順に連続してプラズマ放電薄膜形成を行い、３層積層の反射防止フィルムを作製し試料２４〜２７とした。
【０２３０】
試料２４〜２７について、放電状態については実施例１と同様に評価を行い、且つ、下記評価を行い、その結果を表３に示した。
【０２３１】
〔評価〕
〈平均分光反射率〉
放電を開始して１０分経過した後に試料をサンプリングし、分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射率を測定した。測定は反射防止フィルムの反射防止層のない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い反射防止フィルムの裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、その内の５００〜６５０ｎｍの波長について平均分光反射率を求めた。
【０２３２】
◎：０．２以下
○：０．２超、０．５未満
△：０．５以上
×：薄膜形成充分にされず測定不能
【０２３３】
【表３】
【０２３４】
（結果）
本発明の方法により、薄膜を３層積層して形成した反射防止フィルム（試料２４及び２５）は、平均分光反射率が目標通りのものが得られた。なお、全ての装置での放電状態は正常であった。これに対して、本発明以外の方法で電界を印加した試料２６は、放電状態はよかったが、平均分光反射率が本発明より劣っていた。また、試料２７は放電せず薄膜は得られなかった。
【０２３５】
実施例４
図２に示したようなプラズマ放電処理装置１基の大気圧プラズマ放電処理装置を使用し、電極及び誘電体は実施例３と同じものを使用及び同じ加工をした。電極及び誘電体の物性値は実施例３と同じように仕上げた。尚、第１電極の温度を１５０℃に、第２電極の温度を８０℃に調節保温するように、電極温度調整手段を構成し、次のように薄膜形成を行った。電界は、表４に示したものを使用した。基材として、厚さ１００μｍのＡＲＴＯＮフィルム（非晶質シクロポリオレフィン樹脂フィルム、ＪＳＲ社製）を使用した。圧力は１０３ｋＰａとし、下記の混合ガスを処理室内及びプラズマ放電処理装置へ導入し、下記基材の上に透明導電膜を形成し、透明導電フィルムの試料２８〜３２を作製した。なお、何れもフィルターは適切なものを設置した。
【０２３６】
上記試料２８〜３２について下記評価を行い、結果を表４に示した。
【０２３７】
〔評価〕
〈比抵抗値（Ω・ｃｍ）〉
ＪＩＳ Ｒ １６３７に従い、四端子法により求めた。なお、測定には三菱化学製ロレスタ−ＧＰ、ＭＣＰ−Ｔ６００を用いた。
【０２３８】
〈透過率（％）〉
ＪＩＳ Ｒ １６３５に従い、日立製作所製分光光度計１Ｕ−４０００型を用いて５５０ｎｍの波長での透過光で測定を行った。
【０２３９】
【表４】
【０２４０】
（結果）
本発明の試料２８〜３１は薄膜形成性及び薄膜の緻密性が優れ、透過率が高く、また比抵抗値も非常に小さく高性能の透明導電膜を有する基材が得られた。これに対して比較の試料３２は放電が起こらず薄膜の形成が出来なかった。
【０２４１】
実施例５
実施例４に於いて、電極に印加する出力密度を表５に示すように変化させた以外は、同じ条件にて薄膜形成を行い、試料３３〜４０を作製した。
〔評価〕
〈膜厚分布〉
各試料につき分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射スペクトルの測定を行った。測定は製膜していない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い基材の裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、該スペクトルのλ／４値より光学膜厚を算出した。この膜厚測定を１ｃｍピッチで行い、膜厚の分布を測定した。そして膜厚分布として、以下の算出式により求めた値を用いて評価した。
【０２４２】
◎：膜厚分布１％未満
○：膜厚分布１％以上３％未満
△：膜厚分布３％以上１０％未満
×：膜厚分布１０％以上
〈製膜レート〉
上記方法により得られた平均膜厚を、放電空間に曝される時間（製膜時間）で割った値を製膜レートと定義し、評価した。例えば、放電長１ｍの場合、基材の搬送速度が１ｍ／ｍｉｎの場合、製膜時間は１ｍｉｎとなる。この１ｍｉｎの間に６０ｎｍの膜厚が製膜されると製膜速度１ｎｍ／ｓｅｃとなる。
【０２４３】
【表５】
【０２４４】
（結果）
本発明の方法により、第１電界の出力を高めることにより、均一性及び製膜速度を更に向上させることができることが確認された。
【０２４５】
【発明の効果】
本発明により、窒素のような安価且つ安全な放電ガスを用いて、高密度プラズマの発生することが出来、また緻密な薄膜を得ることが出来、更に良質な薄膜を高速で製膜出来る薄膜形成方法を提供出来る。これにより良質で高性能の薄膜を有する基材を安価に提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に有用なジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示した概略図である。
【図２】本発明に有用な対向電極間で基材を処理する方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【図３】導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体を有するロール回転電極の一例を示す斜視図である。
【図４】角筒型電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ プラズマ放電処理装置
１１ 第１電極
１２ 第２電極
２０ 電界印加手段
２１ 第１電源
２２ 第２電源
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ放電処理を用いることによって、希ガスと薄膜形成性ガスの混合ガスを使用して高品位の薄膜を得ることが知られているが、放電ガスに使用しているヘリウムやアルゴンが高価なためコストアップの原因になっている。従来のこの方法では、放電ガスとして希ガス以外の安価なガス、例えば、空気成分中の酸素ガス、窒素ガスや二酸化炭素等を使用するには放電を開始する電界の強さ（以下、電界強度とも言う）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ず、薄膜が形成されにくい。
【０００３】
特開平１０−１５４５９８号公報には、パルス電界を用いることにより、窒素ガスのような放電開始電界強度の高いガスでも放電が達成出来ることが開示されているが、プラズマ密度が低く、良質な膜が得られないばかりか、製膜速度も遅く、生産性が非常に低い。
【０００４】
一方、酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスを、予備放電電極において低周波電界をかけて活性化または電離させ、次にこの電離または活性化されたガスを、電離または活性化されてない酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスと共に、前記予備放電電極に対し併設された主放電電極のもとに送り、大気圧下、主放電電極間に高周波電界を印加してプラズマを発生させ、プラズマによって生成した活性種を被処理体の表面をエッチングあるいは被処理体面上にある有機物をアッシングするという方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、本発明者らの研究によると、上記方法を薄膜の形成に応用した場合、酸素ガス、あるいは酸素ガスと希ガスを混合したガスを予備放電電極間で低周波電界をかけて電離あるいは活性化したガスとした後、該電離あるいは活性化したガスと、主放電電極の手前で導入した薄膜形成性ガスとを混合して、主放電電極に高周波電界をかけるとパーティクルが発生してしまい、薄膜の形成がほとんど行われないことがわかった。また、プラズマ状態の酸素ガスと薄膜形成性ガスを混合すると爆発の危険性があり、この方法は薄膜形成方法として不適当であることが判明した。
【０００５】
また、アルゴンを放電ガスとして、片側の電極から、パルス化された高周波電界と、パルス化された直流電界とを重畳することによって安定な放電状態を達成でき、それにより薄膜形成も可能である方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、上記で開示されている製膜方法では、最初、トリガーとして直流パルス電界でプラズマを発生させるが、その後、高周波パルス電界への切り替えを行い、プラズマが安定後、基材をプラズマ中へ導入する、とある。すなわち、製膜中は直流パルス電界および高周波パルス電界を重畳していない。本発明者らの研究によると、このような電界の印加法では、結果として高性能な薄膜形成ができないことが判明した。
【０００６】
また、高周波電界と低周波電界とを重畳し、窒素ガスを用い、発生したプラズマによって基材を洗浄する工程を有する電子部品実装方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。電子部品の洗浄しか開示がないが、この様に単に低周波および高周波を重畳したのみでは、高性能な薄膜形成は難しいことが判明した。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１６６９６号公報 （特許請求の範囲）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１１０３９７号公報 （特許請求の範囲）
【０００９】
【特許文献３】
特開平１１−１９１５７６号公報 （特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、例えば、窒素のような安価で且つ安全な放電ガスを用いても、高密度プラズマが達成でき、良質な薄膜を高速で製膜できる薄膜形成方法を提供し、これにより良質で高性能な薄膜を安価に提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の高周波電界を印加することで、窒素等の放電開始電界強度の高い放電ガスでも、高密度プラズマの発生が達成でき、良質な薄膜が得られ、高速に製膜でき、更には、安価、且つ安全に運転でき、環境負荷の低減も達成できることを見いだしたのである。
【００１２】
本発明は、以下の構成よりなる。
（１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００１３】
（２） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（１）に記載の薄膜形成方法。
【００１４】
（３） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の薄膜形成方法。
【００１５】
（４） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３）に記載の薄膜形成方法。
【００１６】
（５） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００１７】
（６） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（５）に記載の薄膜形成方法。
【００１８】
（７） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００１９】
（８） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（２）乃至（７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２０】
（９） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（１）乃至（８）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２１】
（１０） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（９）に記載の薄膜形成方法。
【００２２】
（１１） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（９）または（１０）に記載の薄膜形成方法。
【００２３】
（１２） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（１）乃至（１１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００２４】
（１３） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（１２）に記載の薄膜形成方法。
【００２５】
（１４） （１）乃至（１３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００２６】
（１５） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスおよび窒素ガスを含む放電ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００２７】
（１６） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（１５）に記載の薄膜形成方法。
【００２８】
（１７） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１５）または（１６）に記載の薄膜形成方法。
【００２９】
（１８） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１７）に記載の薄膜形成方法。
【００３０】
（１９） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（１５）乃至（１８）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３１】
（２０） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（１５）乃至（１９）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３２】
（２１） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（１５）乃至（２０）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３３】
（２２） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（１６）乃至（２１）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３４】
（２３） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が前記放電ガスであることを特徴とする（１５）乃至（２２）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３５】
（２４） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（２３）に記載の薄膜形成方法。
【００３６】
（２５） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（２３）または（２４）に記載の薄膜形成方法。
【００３７】
（２６） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（１５）乃至（２５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００３８】
（２７） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（２６）に記載の薄膜形成方法。
【００３９】
（２８） 前記周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１５）乃至（２７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４０】
（２９） 前記周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１５）乃至（２８）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４１】
（３０） （１５）乃至（２９）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００４２】
（３１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２ を満たし、
前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上で、且つ、前記第２の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする薄膜形成方法。
【００４３】
（３２） 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする（３１）に記載の薄膜形成方法。
【００４４】
（３３） 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３１）または（３２）に記載の薄膜形成方法。
【００４５】
（３４） 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３３）に記載の薄膜形成方法。
【００４６】
（３５） 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする（３１）乃至（３４）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４７】
（３６） 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする（３５）に記載の薄膜形成方法。
【００４８】
（３７） 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする（３１）乃至（３６）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００４９】
（３８） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（３２）乃至（３７）のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５０】
（３９） 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（３１）乃至（３８）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５１】
（４０） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（３９）に記載の薄膜形成方法。
【００５２】
（４１） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（３９）または（４０）に記載の薄膜形成方法。
【００５３】
（４２） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする（３１）乃至（４１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００５４】
（４３） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（４２）に記載の薄膜形成方法。
【００５５】
（４４） 前記第１の高周波電界の電流Ｉ１より、前記第２の高周波電界の電流Ｉ２の方が高いことを特徴とする（３１）乃至（４３）に記載の薄膜形成方法。
【００５６】
（４５） 前記周波数ω２の前記周波数ω１に対する比が、１００倍以上であることを特徴とする（４４）に記載の薄膜形成方法。
【００５７】
（４６） （３１）乃至（４５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００５８】
以下は、本発明の好ましい実施形態である。
（１０１） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、対向する第１電極と第２電極との間にガスを供給し、該第１電極と該第２電極との間に高周波電界を印加することにより該ガスを励起し、基材を励起した該ガスに晒すことにより該基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、該高周波電界が、第１の周波数ω１の電界成分と、該第１の周波数ω１より高い第２の周波数ω２の電界成分とを重ね合わせた成分を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【００５９】
（１０２） 前記第１の周波数ω１の電界波形および前記第２の周波数ω２の電界波形がサイン波であることを特徴とする（１０１）に記載の薄膜形成方法。
【００６０】
（１０３） 前記第１の周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１０１）または（１０２）に記載の薄膜形成方法。
【００６１】
（１０４） 前記第２の周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１０１）乃至（１０３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６２】
（１０５） 前記高周波電界が、第１の高周波電界強度Ｖ１および第２の高周波電界強度Ｖ２を重畳したものであることを特徴とする（１０１）乃至（１０４）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６３】
（１０６） 前記第１の高周波電界強度Ｖ１、前記第２の高周波電界強度Ｖ２および放電開始電界ＩＶとの関係が、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２を満たすことを特徴とする（１０５）に記載の薄膜形成方法。
【００６４】
（１０７） 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする（１０１）乃至（１０６）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００６５】
（１０８） 大気圧もしくはその近傍の圧力下、対向する第１電極と第２電極との間に放電ガスおよび薄膜形成ガスを供給し、該第１電極と該第２電極との間に高周波電界を印加することにより該放電ガスを励起して放電を開始し、該薄膜形成ガスを励起し、基材を励起した該薄膜形成ガスに晒すことにより該基材上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、該高周波電界が、第１の高周波電界強度Ｖ１および第２の高周波電界強度Ｖ２を重畳したものであって、放電開始電界をＩＶとしたとき、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２を満たすことを特徴とする薄膜形成方法。
【００６６】
（１０９） 前記第１の高周波電界強度Ｖ１を印加する際の第１の周波数ω１より、前記第２の高周波電界強度Ｖ２を印加する際の第２の周波数ω２の方が高いことを特徴とする（１０８）に記載の薄膜形成方法。
【００６７】
（１１０） 前記第１の周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする（１０９）に記載の薄膜形成方法。
【００６８】
（１１１） 前記第２の周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする（１０９）または（１１０）に記載の薄膜形成方法。
【００６９】
（１１２） 前記第１の高周波電界の電界波形および前記第２の高周波電界の電界波形がサイン波であることを特徴とする（１０８）乃至（１１１）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７０】
（１１３） 前記第１電極と前記第２電極との間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする（１０１）乃至（１１２）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７１】
（１１４） 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１３）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７２】
（１１５） 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１４）に記載の薄膜形成方法。
【００７３】
（１１６） 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つの添加ガスを含有することを特徴とする（１０１）乃至（１１５）の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
【００７４】
（１１７） 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする（１１６）に記載の薄膜形成方法。
【００７５】
（１１８） （１０１）乃至（１１７）の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
【００７６】
（１１９） 第１電極と第２電極とが対向して配置され、前記第１電極に第１の高周波電界を印加する第１の電源、前記第２電極に第２の高周波電界を印加する第２の電源及び前記第１電極と前記第２電極との放電空間にガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７７】
（１２０） 前記第１電極から前記第１の電源の間に、前記第２の電源からの周波数の電流を通過しにくくし、且つ前記第１の電源からの周波数の電流を通過し易くする第１フィルター、及び前記第２電極から前記第２の電源の間に、前記第１の電源からの周波数の電流を通過しにくくし、且つ前記第２の電源からの周波数の電流を通過し易くする第２フィルターを有することを特徴とする（１１９）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７８】
（１２１） 前記第１電極または前記第２電極の温度を制御する電極温度制御手段を有することを特徴とする（１１９）または（１２０）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００７９】
（１２２） 前記第１の電源が、前記第２の電源より高い電界を印加する能力を有することを特徴とする（１１９）乃至（１２１）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８０】
（１２３） 前記第２の電源が、前記第１の電源より高い周波数を印加する能力を有することを特徴とする（１１９）乃至（１２２）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８１】
（１２４） 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の電極が、導電性の金属質母材を誘電体で被覆した誘電体被覆電極であって、前記誘電体の空隙率が１０体積％以下であることを特徴とする（１１９）乃至（１２３）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８２】
（１２５） 前記誘電体の空隙率が８体積％以下であることを特徴とする（１２４）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８３】
（１２６） 前記誘電体被覆電極の耐熱温度が１００℃以上であることを特徴とする（１２４）または（１２５）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８４】
（１２７） 前記誘電体被覆電極の前記導電性の金属質母材と前記誘電体の線熱膨張係数の差が１０×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項２４乃至２６の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８５】
（１２８） 前記誘電体の厚みが、０．５〜３ｍｍであることを特徴とする（１２４）乃至（１２７）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８６】
（１２９） 前記誘電体が、比誘電率６〜４５の無機化合物であることを特徴とする（１２４）乃至（１２８）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８７】
（１３０） 前記誘電体が、セラミックスを溶射した後、更に無機化合物で封孔処理されていることを特徴とする（１２４）乃至（１２９）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８８】
（１３１） 前記セラミックスがアルミナを主成分とすることを特徴とする（１３０）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００８９】
（１３２） 前記誘電体の表面が研磨処理によって表面仕上げをされていることを特徴とする（１２４）乃至（１３１）の何れか１項に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００９０】
（１３３） 前記誘電体の表面粗さＲｍａｘが１０μｍ以下であることを特徴とする（１３２）に記載の大気圧プラズマ放電処理装置。
【００９１】
以下、本発明を詳述する。
本発明において、プラズマ放電処理は、大気圧もしくはその近傍の圧力下で行われるが、大気圧もしくはその近傍の圧力とは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。
【００９２】
本発明の薄膜形成方法において、対向電極間（放電空間）に供給するガスは、少なくとも、電界により励起する放電ガスと、そのエネルギーを受け取ってプラズマ状態あるいは励起状態になり薄膜を形成する薄膜形成ガスを含んでいる。
【００９３】
しかしながら、上記の薄膜形成方法では、ヘリウムやアルゴン等の希ガスの放電ガスでは、薄膜を形成する際の生産コストが放電ガスのコストに依存するところが多く、また環境的な見地からも代替の放電ガスの使用を本発明者らは検討していた。その代替の放電ガスとして、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、水素等を検討した結果、これらのガスであっても同様に高密度プラズマを発生できる条件を求め、且つ薄膜形成性に優れ、形成した薄膜が緻密且つ均一となる条件及び方法を検討した結果、本発明に至ったものである。
【００９４】
本発明における放電条件は、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、
Ｖ１≧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。
【００９５】
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。
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。
【００９６】
本発明において、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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。前述の特開平１１−１６６９６号公報のように、印加電極を２つ併置し、離間した異なる放電空間それぞれに、異なる高周波電界を印加する方法では、本発明の薄膜形成は達成出来ない。
【００９９】
上記でサイン波等の連続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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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１に示してある。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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、更なる製膜速度の向上と、膜質の向上が両立出来る。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
図１は、本発明に有用なジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示した概略図である。
【０１１８】
ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置は、プラズマ放電処理装置、二つの電源を有する電界印加手段の他に、図１では図示してない（後述の図２に図示してある）が、ガス供給手段、電極温度調節手段を有している装置である。
【０１１９】
プラズマ放電処理装置１０は、第１電極１１と第２電極１２から構成されている対向電極を有しており、該対向電極間に、第１電極１１からは第１電源２１からの周波数ω１、電界強度Ｖ１、電流Ｉ１の第１の高周波電界が印加され、また第２電極１２からは第２電源２２からの周波数ω２、電界強度Ｖ２、電流Ｉ２の第２の高周波電界が印加されるようになっている。第１電源２１は第２電源２２より高い高周波電界強度（Ｖ１＞Ｖ２）を印加出来、また第１電源２１の第１の周波数ω１は第２電源２２の第２の周波数ω２より低い周波数を印加出来る。
【０１２０】
第１電極１１と第１電源２１との間には、第１フィルタ２３が設置されており、第１電源２１から第１電極１１への電流を通過しやすくし、第２電源２２からの電流をアースして、第２電源２２から第１電源２１への電流が通過しにくくなるように設計されている。
【０１２１】
また、第２電極１２と第２電源２２との間には、第２フィルター２４が設置されており、第２電源２２から第２電極への電流を通過しやすくし、第１電源２１からの電流をアースして、第１電源２１から第２電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【０１２２】
第１電極１１と第２電極１２との対向電極間（放電空間）１３に、後述の図２に図示してあるようなガス供給手段からガスＧを導入し、第１電極１１と第２電極１２から高周波電界を印加して放電を発生させ、ガスＧをプラズマ状態にしながら対向電極の下側（紙面下側）にジェット状に吹き出させて、対向電極下面と基材Ｆとで作る処理空間をプラズマ状態のガスＧ°で満たし、図示してない基材の元巻き（アンワインダー）から巻きほぐされて搬送して来るか、あるいは前工程から搬送して来る基材Ｆの上に、処理位置１４付近で薄膜を形成させる。薄膜形成中、後述の図２に図示してあるような電極温度調節手段から媒体が配管を通って電極を加熱または冷却する。プラズマ放電処理の際の基材の温度によっては、得られる薄膜の物性や組成等は変化することがあり、これに対して適宜制御することが望ましい。温度調節の媒体としては、蒸留水、油等の絶縁性材料が好ましく用いられる。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の温度ムラが出来るだけ生じないように電極の内部の温度を均等に調節することが望まれる。
【０１２３】
また、図１に前述の高周波電界強度（印加電界強度）と放電開始電界強度の測定に使用する測定器を示した。２５及び２６は高周波電圧プローブであり、２７及び２８はオシロスコープである。
【０１２４】
ジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置を複数基接して直列に並べて同時に同じプラズマ状態のガスを放電させることが出来るので、何回も処理され高速で処理することも出来る。また各装置が異なったプラズマ状態のガスをジェット噴射すれば、異なった層の積層薄膜を形成することも出来る。
【０１２５】
図２は本発明に有用な対向電極間で基材を処理する方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【０１２６】
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置は、少なくとも、プラズマ放電処理装置３０、二つの電源を有する電界印加手段４０、ガス供給手段５０、電極温度調節手段６０を有している装置である。
【０１２７】
図２は、ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との対向電極間（放電空間）３２で、基材Ｆをプラズマ放電処理して薄膜を形成するものである。
【０１２８】
ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との間の放電空間（対向電極間）３２に、ロール回転電極（第１電極）３５には第１電源４１から周波数ω１、電界強度Ｖ１、電流Ｉ１の第１の高周波電界を、また角筒型固定電極群（第２電極）３６には第２電源４２から周波数ω２、電界強度Ｖ２、電流Ｉ２の第２の高周波電界をかけるようになっている。
【０１２９】
ロール回転電極（第１電極）３５と第１電源４１との間には、第１フィルタ４３が設置されており、第１フィルタ４３は第１電源４１から第１電極への電流を通過しやすくし、第２電源４２からの電流をアースして、第２電源４２から第１電源への電流を通過しにくくするように設計されている。また、角筒型固定電極群（第２電極）３６と第２電源４２との間には、第２フィルタ４４が設置されており、第２フィルター４４は、第２電源４２から第２電極への電流を通過しやすくし、第１電源４１からの電流をアースして、第１電源４１から第２電源への電流を通過しにくくするように設計されている。
【０１３０】
なお、本発明においては、ロール回転電極３５を第２電極、また角筒型固定電極群３６を第１電極としてもよい。何れにしろ第１電極には第１電源が、また第２電極には第２電源が接続される。第１電源は第２電源より高い高周波電界強度（Ｖ１＞Ｖ２）を印加することが好ましい。また、周波数はω１＜ω２となる能力を有している。
【０１３１】
また、電流はＩ１＜Ｉ２となることが好ましい。第１の高周波電界の電流Ｉ１は、好ましくは０．３ｍＡ／ｃｍ２〜２０ｍＡ／ｃｍ２、さらに好ましくは１．０ｍＡ／ｃｍ２〜２０ｍＡ／ｃｍ２である。また、第２の高周波電界の電流Ｉ２は、好ましくは１０ｍＡ／ｃｍ２〜１００ｍＡ／ｃｍ２、さらに好ましくは２０ｍＡ／ｃｍ２〜１００ｍＡ／ｃｍ２である。
【０１３２】
ガス供給手段５０のガス発生装置５１で発生させたガスＧは、流量を制御して給気口５２よりプラズマ放電処理容器３１内に導入する。
【０１３３】
基材Ｆを、図示されていない元巻きから巻きほぐして搬送されて来るか、または前工程から搬送されて来て、ガイドロール６４を経てニップロール６５で基材に同伴されて来る空気等を遮断し、ロール回転電極３５に接触したまま巻き回しながら角筒型固定電極群３６との間に移送し、ロール回転電極（第１電極）３５と角筒型固定電極群（第２電極）３６との両方から電界をかけ、対向電極間（放電空間）３２で放電プラズマを発生させる。基材Ｆはロール回転電極３５に接触したまま巻き回されながらプラズマ状態のガスにより薄膜を形成する。基材Ｆは、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るか、次工程に移送する。
【０１３４】
放電処理済みの処理排ガスＧ′は排気口５３より排出する。
薄膜形成中、ロール回転電極（第１電極）３５及び角筒型固定電極群（第２電極）３６を加熱または冷却するために、電極温度調節手段６０で温度を調節した媒体を、送液ポンプＰで配管６１を経て両電極に送り、電極内側から温度を調節する。なお、６８及び６９はプラズマ放電処理容器３１と外界とを仕切る仕切板である。
【０１３５】
図３は、図２に示したロール回転電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【０１３６】
図３において、ロール電極３５ａは導電性の金属質母材３５Ａとその上に誘電体３５Ｂが被覆されたものである。プラズマ放電処理中の電極表面温度を制御するため、温度調節用の媒体（水もしくはシリコンオイル等）が循環できる構造となっている。
【０１３７】
図４は、角筒型電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【０１３８】
図４において、角筒型電極３６ａは、導電性の金属質母材３６Ａに対し、図３同様の誘電体３６Ｂの被覆を有しており、該電極の構造は金属質のパイプになっていて、それがジャケットとなり、放電中の温度調節が行えるようになっている。
【０１３９】
なお、角筒型固定電極の数は、上記ロール電極の円周より大きな円周上に沿って複数本設置されていおり、該電極の放電面積はロール回転電極３５に対向している全角筒型固定電極面の面積の和で表される。
【０１４０】
図２に示した角筒型電極３６ａは、円筒型電極でもよいが、角筒型電極は円筒型電極に比べて、放電範囲（放電面積）を広げる効果があるので、本発明に好ましく用いられる。
【０１４１】
図３及び４において、ロール電極３５ａ及び角筒型電極３６ａは、それぞれ導電性の金属質母材３５Ａ及び３６Ａの上に誘電体３５Ｂ及び３６Ｂとしてのセラミックスを溶射後、無機化合物の封孔材料を用いて封孔処理したものである。セラミックス誘電体は片肉で１ｍｍ程度被覆あればよい。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、特に好ましく用いられる。また、誘電体層が、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であってもよい。
【０１４２】
導電性の金属質母材３５Ａ及び３６Ａとしては、チタン金属またはチタン合金、銀、白金、ステンレススティール、アルミニウム、鉄等の金属等や、鉄とセラミックスとの複合材料またはアルミニウムとセラミックスとの複合材料を挙げることが出来るが、後述の理由からはチタン金属またはチタン合金が特に好ましい。
【０１４３】
対向する第１電極および第２の電極の電極間距離は、電極の一方に誘電体を設けた場合、該誘電体表面ともう一方の電極の導電性の金属質母材表面との最短距離のことを言う。双方の電極に誘電体を設けた場合、誘電体表面同士の距離の最短距離のことを言う。電極間距離は、導電性の金属質母材に設けた誘電体の厚さ、印加電界強度の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定されるが、いずれの場合も均一な放電を行う観点から０．１〜２０ｍｍが好ましく、特に好ましくは０．５〜２ｍｍである。
【０１４４】
本発明に有用な導電性の金属質母材及び誘電体についての詳細については後述する。
【０１４５】
プラズマ放電処理容器３１はパイレックス（Ｒ）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、ステンレススティール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よい。図１において、平行した両電極の両側面（基材面近くまで）を上記のような材質の物で覆うことが好ましい。
【０１４６】
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置に設置する第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 製品名
Ａ１ 神鋼電機 ３ｋＨｚ ＳＰＧ３−４５００
Ａ２ 神鋼電機 ５ｋＨｚ ＳＰＧ５−４５００
Ａ３ 春日電機 １５ｋＨｚ ＡＧＩ−０２３
Ａ４ 神鋼電機 ５０ｋＨｚ ＳＰＧ５０−４５００
Ａ５ ハイデン研究所 １００ｋＨｚ＊ ＰＨＦ−６ｋ
Ａ６ パール工業 ２００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−２００ｋ
Ａ７ パール工業 ４００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−４００ｋ
等の市販のものを挙げることが出来、何れも使用することが出来る。
【０１４７】
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 製品名
Ｂ１ パール工業 ８００ｋＨｚ ＣＦ−２０００−８００ｋ
Ｂ２ パール工業 ２ＭＨｚ ＣＦ−２０００−２Ｍ
Ｂ３ パール工業 １３．５６ＭＨｚ ＣＦ−５０００−１３Ｍ
Ｂ４ パール工業 ２７ＭＨｚ ＣＦ−２０００−２７Ｍ
Ｂ５ パール工業 １５０ＭＨｚ ＣＦ−２０００−１５０Ｍ
等の市販のものを挙げることが出来、何れも好ましく使用出来る。
【０１４８】
なお、上記電源のうち、＊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。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。
【０１４９】
本発明においては、このような電界を印加して、均一で安定な放電状態を保つことが出来る電極を大気圧プラズマ放電処理装置に採用することが好ましい。
【０１５０】
本発明において、対向する電極間に印加する電力は、第２電極（第２の高周波電界）に１Ｗ／ｃｍ２以上の電力（出力密度）を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、エネルギーを薄膜形成ガスに与え、薄膜を形成する。第２電極に供給する電力の上限値としては、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは２０Ｗ／ｃｍ２である。下限値は、好ましくは１．２Ｗ／ｃｍ２である。なお、放電面積（ｃｍ２）は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。
【０１５１】
また、第１電極（第１の高周波電界）にも、１Ｗ／ｃｍ２以上の電力（出力密度）を供給することにより、第２の高周波電界の均一性を維持したまま、出力密度を向上させることが出来る。これにより、更なる均一高密度プラズマを生成出来、更なる製膜速度の向上と膜質の向上が両立出来る。好ましくは５Ｗ／ｃｍ２以上である。第１電極に供給する電力の上限値は、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ２である。
【０１５２】
ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれるＯＮ／ＯＦＦを断続的に行う断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも第２電極側（第２の高周波電界）は連続サイン波の方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。
【０１５３】
このような大気圧プラズマによる薄膜形成法に使用する電極は、構造的にも、性能的にも過酷な条件に耐えられるものでなければならない。このような電極としては、金属質母材上に誘電体を被覆したものであることが好ましい。
【０１５４】
本発明に使用する誘電体被覆電極においては、様々な金属質母材と誘電体との間に特性が合うものが好ましく、その一つの特性として、金属質母材と誘電体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、更に好ましくは５×１０−６／℃以下、更に好ましくは２×１０−６／℃以下である。なお、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。
【０１５５】
線熱膨張係数の差が、この範囲にある導電性の金属質母材と誘電体との組み合わせとしては、
１：金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がセラミックス溶射被膜
２：金属質母材が純チタンまたはチタン合金で、誘電体がガラスライニング
３：金属質母材がステンレススティールで、誘電体がセラミックス溶射被膜
４：金属質母材がステンレススティールで、誘電体がガラスライニング
５：金属質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
６：金属質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
７：金属質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
８：金属質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項または２項および５〜８項が好ましく、特に１項が好ましい。
【０１５６】
本発明において、金属質母材は、上記の特性からはチタンまたはチタン合金が特に有用である。金属質母材をチタンまたはチタン合金とすることにより、誘電体を上記とすることにより、使用中の電極の劣化、特にひび割れ、剥がれ、脱落等がなく、過酷な条件での長時間の使用に耐えることが出来る。
【０１５７】
本発明に有用な電極の金属質母材は、チタンを７０質量％以上含有するチタン合金またはチタン金属である。本発明において、チタン合金またはチタン金属中のチタンの含有量は、７０質量％以上であれば、問題なく使用出来るが、好ましくは８０質量％以上のチタンを含有しているものが好ましい。本発明に有用なチタン合金またはチタン金属は、工業用純チタン、耐食性チタン、高力チタン等として一般に使用されているものを用いることが出来る。工業用純チタンとしては、ＴＩＡ、ＴＩＢ、ＴＩＣ、ＴＩＤ等を挙げることが出来、何れも鉄原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子、水素原子等を極僅か含有しているもので、チタンの含有量としては、９９質量％以上を有している。耐食性チタン合金としては、Ｔ１５ＰＢを好ましく用いることが出来、上記含有原子の他に鉛を含有しており、チタン含有量としては、９８質量％以上である。また、チタン合金としては、鉛を除く上記の原子の他に、アルミニウムを含有し、その他バナジウムや錫を含有しているＴ６４、Ｔ３２５、Ｔ５２５、ＴＡ３等を好ましく用いることが出来、これらのチタン含有量としては、８５質量％以上を含有しているものである。これらのチタン合金またはチタン金属はステンレススティール、例えばＡＩＳＩ３１６に比べて、熱膨張係数が１／２程度小さく、金属質母材としてチタン合金またはチタン金属の上に施された後述の誘電体との組み合わせがよく、高温、長時間での使用に耐えることが出来る。
【０１５８】
一方、誘電体の求められる特性としては、具体的には、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、後述のセラミックスを溶射したものやガラスライニングにより設けたものが好ましい。特にアルミナを溶射して設けた誘電体が好ましい。
【０１５９】
または、上述のような大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％以下であることで、好ましくは０体積％を越えて５体積％以下である。なお、誘電体の空隙率は、ＢＥＴ吸着法や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質母材に被覆された誘電体の破片を用い、空隙率を測定する。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。更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。
【０１６０】
上記、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金属質母材に吹き付け、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、更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、溶射材料が高速で金属質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。この方法により、上記のような被覆する誘電体（セラミック溶射膜）の空隙率にすることが出来る。
【０１６１】
また、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、更に好ましくは１％以下である。
【０１６２】
誘電体の空隙率をより低減させるためには、上記のように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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
ここで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、紫外線照射などがある。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。
【０１６５】
本発明に係る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線光電子分光法）により誘電体層の断層を分析することにより測定する。
【０１６６】
本発明の薄膜形成方法に係る電極においては、電極の少なくとも基材と接する側のＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される表面粗さの最大高さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下になるように調整することが、本発明に記載の効果を得る観点から好ましいが、更に好ましくは、表面粗さの最大値が８μｍ以下であり、特に好ましくは、７μｍ以下に調整することである。このように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、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出来、放電状態を安定化出来ること、更に熱収縮差や残留応力による歪やひび割れを無くし、且つ、高精度で、耐久性を大きく向上させることが出来る。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。更にＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均表面粗さ（Ｒａ）は０．５μｍ以下が好ましく、更に好ましくは０．１μｍ以下である。
【０１６７】
本発明に使用する誘電体被覆電極において、大電力に耐える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。また上限は５００℃である。なお、耐熱温度とは、大気圧プラズマ処理で用いられる電圧において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や、泡混入量の異なる層状のガラスライニングで設けた誘電体を適用したり、上記金属質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。
【０１６８】
次に、放電空間に供給するガスについて説明する。
供給するガスは、少なくとも放電ガスおよび薄膜形成ガスを含有する。放電ガスと薄膜形成ガスは混合して供給してもよいし、別々に供給してもかまわない。
【０１６９】
放電ガスとは、薄膜形成可能なグロー放電を起こすことの出来るガスである。放電ガスとしては、窒素、希ガス、空気、水素ガス、酸素などがあり、これらを単独で放電ガスとして用いても、混合して用いてもかまわない。本発明において、放電ガスとして好ましいのは窒素である。放電ガスの５０〜１００体積％が窒素ガスであることが好ましい。このとき、放電ガスとして窒素以外の放電ガスとしては、希ガスを５０体積％未満含有することが好ましい。また、放電ガスの量は、放電空間に供給する全ガス量に対し、９０〜９９．９体積％含有することが好ましい。
【０１７０】
薄膜形成ガスとは、それ自身が励起して活性となり、基材上に化学的に堆積して薄膜を形成する原料のことである。
【０１７１】
次に、本発明に使用する薄膜を形成するために放電空間に供給するガスについて説明する。基本的に放電ガスと薄膜形成ガスであるが、更に、添加ガスを加えることもある。放電空間に供給する全ガス量中、放電ガスを９０〜９９．９体積％含有することが好ましい。
【０１７２】
本発明に使用する薄膜形成ガスとしては、有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等を挙げることが出来る。
【０１７３】
本発明に有用な有機金属化合物は下記の一般式（Ｉ）で示すものが好ましい。
一般式（Ｉ）
Ｒ１ ｘＭＲ２ ｙＲ３ ｚ
式中、Ｍは金属、Ｒ１はアルキル基、Ｒ２はアルコキシ基、Ｒ３はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基であり、金属Ｍの価数をｍとした場合、ｘ＋ｙ＋ｚ＝ｍであり、ｘ＝０〜ｍ、またはｘ＝０〜ｍ−１であり、ｙ＝０〜ｍ、ｚ＝０〜ｍで、何れも０または正の整数である。Ｒ１のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることが出来る。Ｒ２のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、３，３，３−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることが出来る。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。Ｒ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう）、１，１，１，５，５，５−ヘキサメチル−２，４−ペンタンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオン、１，１，１−トリフルオロ−２，４−ペンタンジオン等を挙げることが出来、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えば、アセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることが出来、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることが出来、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基（またはアセトキシ基）、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることが出来る。これらの基の炭素原子数は、上記例有機金属示化合物を含んで、１８以下が好ましい。また例示にもあるように直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。
【０１７４】
本発明において取り扱いの問題から、爆発の危険性の少ない有機金属化合物が好ましく、分子内に少なくとも一つ以上の酸素を有する有機金属化合物が好ましい。このようなものとしてＲ２のアルコキシ基を少なくとも一つを含有する有機金属化合物、またＲ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基を少なくとも一つ有する金属化合物が好ましい。
【０１７５】
なお、具体的な有機金属化合物については後述する。
本発明において、放電空間に供給するガスには、放電ガス、薄膜形成性ガスの他に、薄膜形成の反応を促進する添加ガスを混合してもよい。添加ガスとしては、酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア等を挙げることが出来るが、酸素、一酸素化炭素及び水素が好ましく、これらから選択される成分を混合させるのが好ましい。その含有量はガス全量に対して０．０１〜５体積％含有させることが好ましく、それによって反応促進され、且つ、緻密で良質な薄膜を形成することが出来る。
【０１７６】
上記形成された酸化物または複合化合物の薄膜の膜厚は、０．１〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【０１７７】
本発明において、薄膜形成性ガスに使用する有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物の金属として、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を挙げることが出来る。
【０１７８】
本発明の薄膜形成方法で、上記のような有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等の金属化合物を放電ガスと共に使用することにより様々な高機能性の薄膜を得ることが出来る。本発明の薄膜の例を以下に示すが、本発明はこれに限られるものではない。
【０１７９】
電極膜：Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｓｉ
誘電体保護膜：ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３
透明導電膜：Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２
エレクトロクロミック膜：ＷＯ３、ＩｒＯ２、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５
蛍光膜：ＺｎＳ、ＺｎＳ＋ＺｎＳｅ、ＺｎＳ＋ＣｄＳ
磁気記録膜：Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、γ−Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｒ、ＳｉＯ２、ＡｌＯ３
超導電膜：Ｎｂ、Ｎｂ−Ｇｅ、ＮｂＮ
太陽電池膜：ａ−Ｓｉ、Ｓｉ
反射膜：Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ
選択性吸収膜：ＺｒＣ−Ｚｒ
選択性透過膜：Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２
反射防止膜：ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２
シャドーマスク：Ｃｒ
耐摩耗性膜：Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ、ＴｉＣ、ＴｉＮ
耐食性膜：Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ
耐熱膜：Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ
潤滑膜：ＭｏＳ２
装飾膜：Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＴｉＣ、Ｃｕ
尚、上記窒化物の窒化度、酸化物の酸化度、硫化物の硫化度、炭化物の炭化度はあくまでも一例であり、金属との組成比は適宜変化して良い。また、薄膜には、上記金属化合物以外に、炭素化合物、窒素化合物、水素化合物等の不純物が含有されてもよい。
【０１８０】
本発明において、特に好ましい金属化合物の金属は、上記のうちＳｉ（珪素）、Ｔｉ（チタン）、Ｓｎ（錫）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）及びＡｌ（アルミニウム）であり、これらの金属と結合する金属化合物のうち、上記一般式（Ｉ）で示した有機金属化合物が好ましい。有機金属化合物の例示については後述する。
【０１８１】
ここで、上記の高機能膜のうち反射防止膜（層）及び反射防止膜を積層した反射防止フィルム及び透明導電フィルムについて詳細に説明する。
【０１８２】
本発明に係る高機能膜のうちの反射防止フィルムの反射防止層は中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層それぞれの薄膜が積層されたものである。
【０１８３】
本発明に係る反射防止層薄膜形成性用のガス材料において、高屈折率層を形成するチタン化合物、中屈折率層を形成する錫化合物、低屈折率層を形成する珪素化合物について述べる。反射防止層を有する反射防止フィルムは、各屈折率層を基材上に直接または他の層を介して積層して得られるものであるが、積層は、例えば、図２のような大気圧プラズマ放電処理装置を、中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順に３層を積層するために、直列に３基並べて連続的に処理することが出来、この連続的積層処理は品質の安定や生産性の向上等から本発明の薄膜の形成に適している。また積層せずに、１層処理ごと、処理後巻き取り、逐次処理して積層してもよい。本発明において、反射防止層の上に防汚層を設ける場合には、上記のプラズマ放電処理装置を更にもう１基続けて設置し、４基並べて最後に防汚層を積層してもよい。また、反射防止層を設ける前に、基材の上に予めハードコート層や防眩層を塗布によって設けてもよく、また、その裏側に予めバックコート層を塗布によって設けてもよい。
【０１８４】
本発明に係る反射防止フィルムの反射防止層薄膜形成性ガスには、適切な屈折率を得ることの出来る化合物であれば制限なく使用出来るが、本発明において、高屈折率層薄膜形成性ガスとしてはチタン化合物を、中屈折率層薄膜形成性ガスとしては錫化合物またはチタン化合物と珪素化合物の混合物（または高屈折率形成用のチタン化合物で形成した層と低屈折率層を形成する珪素化合物で形成した層を積層してもよい）を、また低屈折率層薄膜形成性ガスとしては珪素化合物、フッ素化合物、あるいは珪素化合物とフッ素化合物の混合物を好ましく用いることが出来る。これらの化合物を屈折率を調節するために、何れかの層の形成用薄膜形成性ガスとして２種以上混合して使用してもよい。
【０１８５】
本発明に有用な中屈折率層薄膜形成性ガスに用いる錫化合物としては、有機錫化合物、錫水素化合物、ハロゲン化錫等であり、有機錫化合物としては、例えば、ジブチルジエトキシ錫、ブチル錫トリス（２，４−ペンタンジオナート）、テトラエトキシ錫、メチルトリエトキシ錫、ジエチルジエトキシ錫、トリイソプロピルエトキシ錫、エチルエトキシ錫、メチルメトキシ錫、イソプロピルイソプロポキシ錫、テトラブトキシ錫、ジエトキシ錫、ジメトキシ錫、ジイソプロポキシ錫、ジブトキシ錫、ジブチリロキシ錫、ジエチル錫、テトラブチル錫、錫ビス（２，４−ペンタンジオナート）、エチル錫アセトアセトナート、エトキシ錫（２，４−ペンタンジオナート）、ジメチル錫ジ（２，４−ペンタンジオナート）、ジアセトメチルアセタート錫、ジアセトキシ錫、ジブトキシジアセトキシ錫、ジアセトオキシ錫ジアセトアセトナート等、ハロゲン化錫としては、二塩化錫、四塩化錫等を挙げることが出来、何れも本発明において、好ましく用いることが出来る。また、これらの薄膜形成性ガスを２種以上同時に混合して使用してもよい。なお、このようにして、形成された酸化錫層は表面比抵抗値を１×１０１１Ω／ｃｍ２以下に下げることが出来るため、帯電防止層としても有用である。
【０１８６】
本発明に有用な高屈折率層薄膜形成性ガスに使用するチタン化合物としては、有機チタン化合物、チタン水素化合物、ハロゲン化チタン等があり、有機チタン化合物としては、例えば、トリエトキシチタン、トリメトキシチタン、トリイソプロポキシチタン、トリブトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、メチルジメトキシチタン、エチルトリエトキシチタン、メチルトリイソプロポキシチタン、トリエチルチタン、トリイソプロピルチタン、トリブチルチタン、テトラエチルチタン、テトライソプロピルチタン、テトラブチルチタン、テトラジメチルアミノチタン、ジメチルチタンジ（２，４−ペンタンジオナート）、エチルチタントリ（２，４−ペンタンジオナート）、チタントリス（２，４−ペンタンジオナート）、チタントリス（アセトメチルアセタート）、トリアセトキシチタン、ジプロポキシプロピオニルオキシチタン等、ジブチリロキシチタン、チタン水素化合物としてはモノチタン水素化合物、ジチタン水素化合物等、ハロゲン化チタンとしては、トリクロロチタン、テトラクロロチタン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることが出来る。またこれらの薄膜形成性ガスを２種以上を同時に混合して使用することが出来る。
【０１８７】
本発明に有用な低屈折率層薄膜形成性ガスに使用する珪素化合物としては、有機珪素化合物、珪素水素化合物、ハロゲン化珪素化合物等を挙げることが出来、有機珪素化合物としては、例えば、テトラエチルシラン、テトラメチルシラン、テトライソプロピルシラン、テトラブチルシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルシランジ（２，４−ペンタンジオナート）、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等、珪素水素化合物としては、テトラ水素化シラン、ヘキサ水素化ジシラン等、ハロゲン化珪素化合物としては、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることが出来る。また、前記フッ素化合物を使用することが出来る。これらの薄膜形成性ガスを２種以上を同時に混合して使用することが出来る。また、屈折率の微調整にこれら錫化合物、チタン化合物、珪素化合物を適宜２種以上同時に混合して使用してもよい。
【０１８８】
上記の有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素化合物は、取り扱い上の観点から金属水素化合物、アルコキシ金属が好ましく、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、アルコキシ金属が好ましく用いられる。また、上記の有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素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、固体何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出来るが、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。有機錫化合物、有機チタン化合物または有機珪素化合物を加熱により気化して用いる場合、テトラエトキシ金属、テトライソプロポキシ金属などの常温で液体で、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。上記アルコキシ金属は、溶媒によって希釈して使用されても良く、この場合、希ガス中へ気化器等により気化して混合ガスに使用すればよい。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、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出来る。
【０１８９】
薄膜形成性ガスについて、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、全ガス中の含有率は、０．０１〜１０体積％で有することが好ましいが、更に好ましくは、０．０１〜１体積％である。
【０１９０】
なお、中屈折率層については、上記珪素化合物、上記チタン化合物または上記錫化合物を、目標とする屈折率に合わせて適宜混合することによっても得ることが出来る。
【０１９１】
なお、各屈折率層の好ましい屈折率と膜厚は、例えば、中屈折率層の酸化錫層では屈折率として１．６〜１．８、また膜厚として５０〜７０ｎｍ程度、高屈折率層の酸化チタン層では屈折率として１．９〜２．４、また膜厚として８０〜１５０ｎｍ程度、低屈折率層の酸化珪素層では屈折率として１．３〜１．５、また膜厚として８０〜１２０ｎｍ程度である。
【０１９２】
次に、本発明に係る高機能膜の他の例として透明導電膜を有する薄膜の形成について説明する。
【０１９３】
前述の反射防止層を形成する際に使用する有機金属化合物の金属成分がインジウム等の透明性と導電性を有する薄膜を形成すると言う点が若干異なるが、有機基についてはほぼ同じような成分が用いられる。
【０１９４】
透明導電膜を形成する好ましい有機金属化合物の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）から選ばれる少なくとも１種の金属である。
【０１９５】
本発明において、好ましい有機金属化合物の好ましい例は、インジウムトリス（２，４−ペンタンジオナート）、インジウムトリス（ヘキサフルオロペンタンジオナート）、インジウムトリアセトアセタート、トリアセトキシインジウム、ジエトキシアセトキシインジウム、トリイソポロポキシインジウム、ジエトキシインジウム（１，１，１−トリフルオロペンタンジオナート）、トリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）インジウム、エトキシインジウムビス（アセトメチルアセタート）、ジ（ｎ）ブチル錫ビス（２，４−ペンタンジオナート）、ジ（ｎ）ブチルジアセトキシ錫、ジ（ｔ）ブチルジアセトキシ錫、テトライソプロポキシ錫、テトラ（ｉ）ブトキシ錫、ビス（２，４−ペンタンジオナート）亜鉛等を挙げることが出来る。これらの有機金属化合物は一般に市販（例えば、東京化成工業（株）等から）されている。
【０１９６】
本発明においては、上記分子内に少なくとも１つの酸素原子を有する有機金属化合物の他に、該有機金属化合物から形成された透明導電膜の導電性を更に高めるために該透明導電膜をドーピングすることが好ましく、薄膜形成性ガスとしての該有機金属化合物とドーピング用有機金属化合物ガスを同時に混合して用いることが好ましい。ドーピングに用いられる有機金属化合物またはフッ素化合物の薄膜形成性ガスとしては、例えば、トリイソプロポキシアルミニウム、トリス（２，４−ペンタンジオナート）ニッケル、ビス（２，４−ペンタンジオナート）マンガン、イソプロポキシボロン、トリ（ｎ）ブトキシアンチモン、トリ（ｎ）ブチルアンチモン、ジ（ｎ）ブチルビス（２，４−ペンタンジオナート）錫、ジ（ｎ）ブチルジアセトキシ錫、ジ（ｔ）ブチルジアセトキシ錫、テトライソプロポキシ錫、テトラブトキシ錫、テトラブチル錫、亜鉛ジ（２，４−ペンタンジオナート）、六フッ化プロピレン、八フッ化シクロブタン、四フッ化メタン等を挙げることが出来る。
【０１９７】
前記透明導電膜を形成するに必要な有機金属化合物と上記ドーピング用の薄膜形成性ガスの比は、製膜する透明導電膜の種類により異なるが、例えば、酸化インジウムに錫をドーピングして得られるＩＴＯ膜においては、ＩｎとＳｎの比の原子数比が１００：０．１〜１００：１５の範囲になるように薄膜形成性ガス量を調整することが必要である。好ましくは、１００：０．５〜１００：１０になるよう調整することが好ましい。酸化錫にフッ素をドーピングして得られる透明導電膜（ＦＴＯ膜という）においては、得られたＦＴＯ膜のＳｎとＦの比の原子数比が１００：０．０１〜１００：５０の範囲になるよう薄膜形成性ガスの量比を調整することが好ましい。Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系アモルファス透明導電膜においては、ＩｎとＺｎの比の原子数比が１００：５０〜１００：５の範囲になるよう薄膜形成性ガスの量比を調整することが好ましい。Ｉｎ：Ｓｎ比、Ｓｎ：Ｆ比及びＩｎ：Ｚｎ比の各原子数比はＸＰＳ測定によって求めることが出来る。
【０１９８】
本発明において、透明導電薄膜形成性ガスは、混合ガスに対し、０．０１〜１０体積％含有させることが好ましい。
【０１９９】
本発明において、得られる透明導電膜は、例えば、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯの酸化物膜、またはＳｂドープＳｎＯ２、ＦドープＳｎＯ２（ＦＴＯ）、ＡｌドープＺｎＯ、ＳｎドープＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）等ドーパントによるドーピングした複合酸化物を挙げることが出来、これらから選ばれる少なくとも一つを主成分とするアモルファス膜が好ましい。またその他にカルコゲナイド、ＬａＢ６、ＴｉＮ、ＴｉＣ等の非酸化物膜、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜、ＣｄＯ等の透明導電膜を挙げることが出来る。
【０２００】
上記形成された酸化物または複合酸化物の透明導電膜の膜厚は、０．１〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【０２０１】
本発明に用いられる基材について説明する。
本発明に用いられる基材としては、板状、シート状またはフィルム状の平面形状のもの、あるいはレンズその他成形物等の立体形状のもの等の薄膜をその表面に形成出来るものであれば特に限定はない。基材が静置状態でも移送状態でもプラズマ状態の混合ガスに晒され、均一の薄膜が形成されるものであれば基材の形態または材質には制限ない。形態的には平面形状、立体形状でもよく、平面形状のものとしては、ガラス板、樹脂フィルム等を挙げることが出来る。材質的には、ガラス、樹脂、陶器、金属、非金属等様々のものを使用出来る。具体的には、ガラスとしては、ガラス板やレンズ等、樹脂としては、樹脂レンズ、樹脂フィルム、樹脂シート、樹脂板等を挙げることが出来る。
【０２０２】
樹脂フィルムは本発明に係る大気圧プラズマ放電処理装置の電極間または電極の近傍を連続的に移送させて透明導電膜を形成することが出来るので、スパッタリングのような真空系のようなバッチ式でない、大量生産に向き、連続的な生産性の高い生産方式として好適である。
【０２０３】
樹脂フィルム、樹脂シート、樹脂レンズ、樹脂成形物等成形物の材質としては、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートプロピオネートまたはセルロースアセテートブチレートのようなセルロースエステル、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートのようなポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコールコポリマー、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリメチルアクリレート、アクリレートコポリマー等を挙げることが出来る。
【０２０４】
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出来る。中でもゼオネックスやゼオノア（日本ゼオン（株）製）、非晶質シクロポリオレフィン樹脂フィルムのＡＲＴＯＮ（ジェイエスアール（株）製）、ポリカーボネートフィルムのピュアエース（帝人（株）製）、セルローストリアセテートフィルムのコニカタックＫＣ４ＵＸ、ＫＣ８ＵＸ（コニカ（株）製）などの市販品を好ましく使用することが出来る。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、溶液流延製膜、溶融押し出し製膜等の条件、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使用することが出来るものを得ることが出来る。
【０２０５】
これらのうち光学的に等方性に近いセルロースエステルフィルムが本発明の光学素子に好ましく用いられる。セルロースエステルフィルムとしては、上記のようにセルローストリアセテートフィルム、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ものの一つである。セルローストリアセテートフィルムとしては市販品のコニカタックＫＣ４ＵＸ等が有用である。
【０２０６】
これらの樹脂の表面にゼラチン、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂等を塗設したものも使用出来る。またこれら樹脂フィルムの薄膜側に防眩層、クリアハードコート層、バリア層、防汚層等を設けてもよい。また、必要に応じて接着層、アルカリバリアコート層、ガスバリア層や耐溶剤性層等を設けてもよい。
【０２０７】
また、本発明に用いられる基材は、上記の記載に限定されない。フィルム形状のものの膜厚としては１０〜１０００μｍが好ましく、より好ましくは４０〜２００μｍである。
【０２０８】
【実施例】
本発明を実施例により詳述するが、これらに限定されない。
【０２０９】
実施例１
〔電極の作製〕
次のように電極を作製した。長さ５０ｍｍ、幅６００ｍｍ、高さ５０ｍｍの、肉厚１０ｍｍ（中空のジャケット）のチタン合金Ｔ６４製の２個の平板印加電極を以下のように作製した。該２個共、平板電極の互いに対向する面（面積３００ｃｍ２）に大気プラズマ法により高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆した。その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により硬化させ封孔処理を行った。このようにして被覆した誘電体表面を研磨し、平滑にして、Ｒｍａｘが５μｍとなるように加工した。最終的な誘電体の空隙率は５体積％であった。この時の誘電体層のＳｉＯＸ含有率は７５ｍｏｌ％であった。また、最終的な誘電体の膜厚は、１ｍｍ（膜厚変動±１％以内）、誘電体の比誘電率は１０であった。更に導電性の金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差は、１．６×１０−６／℃であり、また耐熱温度は２５０℃であった。
【０２１０】
〔大気圧プラズマ放電処理装置〕
図１に示した大気圧プラズマ放電処理装置を使用し、上記で作製した２個の電極を電極間隙を１ｍｍとして平行に対向させ、表１に示す第１電界及び第２電界を設置した。尚、電源Ａ５は、連続モード１００ｋＨｚで使用した（以下の実施例においても同様）。また、試料Ｎｏ．１６は、第１電界に直流パルス電源を用い、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周波数を１０ｋＨｚとした。両電極は８０℃になるように調節保温した。なお、何れもフィルタは各電極からの電流が逆流しないようなものを設置した。
【０２１１】
〔酸化チタン薄膜の作製〕
基材としてのコニカタックＫＣ８ＵＸの上に、下記組成の混合ガスを用い、表１に示す電界を電極間に印加し、放電を行って薄膜を形成し、試料１〜１６を作製した。なお、この系での放電開始電界強度は３．７ｋＶ／ｍｍであった。
【０２１２】
〈混合ガス組成〉
放電ガス：窒素 ９７．９体積％
薄膜形成性ガス：テトライソプロポキシチタン ０．１体積％
添加ガス：水素 ２．０体積％
〔評価〕
〈放電状態〉
対向電極間で放電の状況を下記のランクに分けた。
【０２１３】
○：安定した放電が起こっている
△：放電はしているがやや不安定
×：全く放電が起こらない。
【０２１４】
〈屈折率〉
各試料につき分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射スペクトルの測定を行った。測定は反射防止フィルムの反射防止層のない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い反射防止フィルムの裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、該スペクトルのλ／４値より光学膜厚を算出し、それをもとに屈折率を算出した。なお、屈折率が低いということは、層の構造に緻密さに欠けて孔が多数あり、測定時に孔に空気が入ることによる現象や、放電空間で生じたパーティクルが膜中にとり込まれる場合があり不良な膜である。
【０２１５】
上記試料Ｎｏ．１〜１６について、放電状態の観察と屈折率の測定を行い、結果を表１に示した。
【０２１６】
【表１】
（結果）
第１及び第２電極から印加した第１及び第２の高周波電界の周波数（ω１、ω２）の関係、第１及び第２の高周波電界の強さ（Ｖ１、Ｖ２）と放電ガスの放電開始電界の強さ（ＩＶ）との関係および第２の高周波電界の出力密度が、本発明の関係にある試料Ｎｏ．１〜１０については、放電状況もよく、緻密な薄膜（屈折率の大きさによって判断出来る）が形成された。これに対して、本発明の関係以外の高周波電界の試料１１〜１６では、放電は良好であっても薄膜形成する能力が不足し、孔が多く緻密な薄膜が得られなかったり（屈折率が小さい）、または、放電が起こらず薄膜の形成が出来なかった。
【０２１８】
実施例２
表２に示した第１電界及び第２電界に変更し、また表２に示した第１フィルター及び第２フィルターを設置した以外は実施例１と同様に行い、試料１７〜２３を作製した。
【０２１９】
試料Ｎｏ．１７〜２３について上記評価を行い、結果を表２に示した。
【０２２０】
【表２】
（結果）
本発明の大気圧プラズマ放電処理装置を用い、表２に示したようにフィルタを設置し、薄膜形成を行った試料１７〜２０は、放電は正常に行われ、薄膜も正常に形成された。これに対して、試料２１では、第１電界と第２電界の周波数に対し、フィルターの組み合わせを適性化してないため、放電が発生せず、薄膜の形成が出来なかった。試料２２及び２３は、通常の大気圧放電プラズマ薄膜形成装置で、対向電極が印加電極とアース電極としたもの（フィルターは使用しない）で、試料２２では、その印加電極に通常使用するより高周波印加電源から印加したが、放電せず、薄膜の形成が出来ず、また試料２３では印加電源が、より低周波のものを用いて印加したが、放電はするものの、良好な薄膜の形成が出来なかった。
【０２２２】
実施例３
基材としてコニカタックＫＣ４ＵＸの長尺フィルム（１５００ｍ巻きフィルム）を用い、下記のように裏面側にバックコート層及び表側にハードコート層を塗設し、フィルムロールとして巻き取った。この基材を使用し、図２の装置を３基直列に連結して反射防止フィルムを作製した。基材を該フィルムロールをアンワインダーから巻きほぐし、ハードコート層の上に１基目の大気圧プラズマ放電処理装置で中屈折率層を形成し、続いて、中屈折率層の上に２基目の同様の装置で高屈折率層を積層して形成し、更に続いて、高屈折率層の上に３基目の同様な装置で低屈折率層を積層して形成し、バックコート層／基材Ｆ／ハードコート層／中屈折率層／高屈折率層／低屈折率層の反射防止フィルム（試料Ｎｏ．２４〜２７）を作製した。
【０２２３】
〔基材の準備〕
〈クリアハードコート層塗布済み基材の作製〉
コニカタックＫＣ４ＵＸの片面に下記のバックコート層塗布組成物を設け、他の面に、乾燥膜厚で４μｍの中心線表面粗さ（Ｒａ）１５ｎｍのクリアハードコート層を設け、クリアハードコート層塗布済み基材を作製した。
【０２２４】
前述の図２の大気圧プラズマ放電処理装置において、誘電体で被覆したロール電極及び同様に誘電体を被覆した複数の角筒型電極のセットを以下のように作製した。
【０２２５】
第１電極となるロール電極は、冷却水による冷却手段を有するチタン合金Ｔ６４製ジャケットロール金属質母材に対して、大気プラズマ法により高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆し、ロール径１０００ｍｍφとなるようにした。
【０２２６】
封孔処理及び被覆した誘電体表面研磨は実施例１と同様に行い、Ｒｍａｘ５μｍとした。最終的な誘電体の空隙率（貫通性のある空隙率）はほぼ０体積％、このときの誘電体層のＳｉＯｘ含有率は７５ｍｏｌ％、また、最終的な誘電体の膜厚は１ｍｍ、誘電体の比誘電率は１０であった。更に導電性の金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差は１．７×１０−６で、耐熱温度は２６０℃であった。
【０２２７】
一方、第２電極の角筒型電極は、中空の角筒型のチタン合金Ｔ６４に対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆し、対向する角筒型固定電極群とした。この角筒型電極の誘電体については上記ロール電極のものと、誘電体表面のＲｍａｘ、誘電体層のＳｉＯｘ含有率、また誘電体の膜厚と比誘電率、金属質母材と誘電体の線熱膨張係数の差、更に電極の耐熱温度は、第１電極とほぼ同じ物性値に仕上がった。
【０２２８】
この角筒型電極をロール回転電極のまわりに、対向電極間隙を１ｍｍとして２５本配置した。角筒型固定電極群の放電総面積は、１５０ｃｍ（幅手方向の長さ）×４ｃｍ（搬送方向の長さ）×２５本（電極の数）＝１５０００ｃｍ２であった。なお、何れもフィルターは適切なものを設置した。
【０２２９】
〔反射防止フィルムの作製〕
プラズマ放電中、第１電極（ロール回転電極）及び第２電極（角筒型固定電極群）が８０℃になるように調節保温し、ロール回転電極はドライブで回転させて次のように薄膜形成を行った。３基それぞれの第１電界及び第２電界については表３に示したものと３基とも同じものを用いた。ぞれぞれをアースに接地した。圧力は１０３ｋＰａとし、下記の混合ガスをそれぞれの放電空間及びプラズマ放電処理装置内部へ導入し、上記バックコート層及びクリアハードコート層塗布済み基材のクリアハードコート層の上に中屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順に連続してプラズマ放電薄膜形成を行い、３層積層の反射防止フィルムを作製し試料２４〜２７とした。
【０２３０】
【０２３１】
〔評価〕
〈平均分光反射率〉
放電を開始して１０分経過した後に試料をサンプリングし、分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射率を測定した。測定は反射防止フィルムの反射防止層のない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い反射防止フィルムの裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、その内の５００〜６５０ｎｍの波長について平均分光反射率を求めた。
【０２３２】
◎：０．２以下
○：０．２超、０．５未満
△：０．５以上
×：薄膜形成充分にされず測定不能
【０２３３】
【表３】
（結果）
本発明の方法により、薄膜を３層積層して形成した反射防止フィルム（試料２４及び２５）は、平均分光反射率が目標通りのものが得られた。なお、全ての装置での放電状態は正常であった。これに対して、本発明以外の方法で電界を印加した試料２６は、放電状態はよかったが、平均分光反射率が本発明より劣っていた。また、試料２７は放電せず薄膜は得られなかった。
【０２３５】
実施例４
図２に示したようなプラズマ放電処理装置１基の大気圧プラズマ放電処理装置を使用し、電極及び誘電体は実施例３と同じものを使用及び同じ加工をした。電極及び誘電体の物性値は実施例３と同じように仕上げた。尚、第１電極の温度を１５０℃に、第２電極の温度を８０℃に調節保温するように、電極温度調整手段を構成し、次のように薄膜形成を行った。電界は、表４に示したものを使用した。基材として、厚さ１００μｍのＡＲＴＯＮフィルム（非晶質シクロポリオレフィン樹脂フィルム、ＪＳＲ社製）を使用した。圧力は１０３ｋＰａとし、下記の混合ガスを処理室内及びプラズマ放電処理装置へ導入し、下記基材の上に透明導電膜を形成し、透明導電フィルムの試料２８〜３２を作製した。なお、何れもフィルターは適切なものを設置した。
【０２３６】
【０２３７】
〔評価〕
〈比抵抗値（Ω・ｃｍ）〉
ＪＩＳ Ｒ １６３７に従い、四端子法により求めた。なお、測定には三菱化学製ロレスタ−ＧＰ、ＭＣＰ−Ｔ６００を用いた。
【０２３８】
〈透過率（％）〉
ＪＩＳ Ｒ １６３５に従い、日立製作所製分光光度計１Ｕ−４０００型を用いて５５０ｎｍの波長での透過光で測定を行った。
【０２３９】
【表４】
（結果）
本発明の試料２８〜３１は薄膜形成性及び薄膜の緻密性が優れ、透過率が高く、また比抵抗値も非常に小さく高性能の透明導電膜を有する基材が得られた。これに対して比較の試料３２は放電が起こらず薄膜の形成が出来なかった。
【０２４１】
実施例５
実施例４に於いて、電極に印加する出力密度を表５に示すように変化させた以外は、同じ条件にて薄膜形成を行い、試料３３〜４０を作製した。
〔評価〕
〈膜厚分布〉
各試料につき分光光度計Ｕ−４０００型（日立製作所製）を用いて、５度正反射の条件で反射スペクトルの測定を行った。測定は製膜していない側の面を粗面化処理した後、黒色スプレーを用いて光吸収処理を行い基材の裏面の光の反射を防止して、４００〜７００ｎｍの波長の反射スペクトルを測定し、該スペクトルのλ／４値より光学膜厚を算出した。この膜厚測定を１ｃｍピッチで行い、膜厚の分布を測定した。そして膜厚分布として、以下の算出式により求めた値を用いて評価した。
【０２４２】
◎：膜厚分布１％未満
○：膜厚分布１％以上３％未満
△：膜厚分布３％以上１０％未満
×：膜厚分布１０％以上
〈製膜レート〉
上記方法により得られた平均膜厚を、放電空間に曝される時間（製膜時間）で割った値を製膜レートと定義し、評価した。例えば、放電長１ｍの場合、基材の搬送速度が１ｍ／ｍｉｎの場合、製膜時間は１ｍｉｎとなる。この１ｍｉｎの間に６０ｎｍの膜厚が製膜されると製膜速度１ｎｍ／ｓｅｃとなる。
【０２４３】
【表５】
（結果）
本発明の方法により、第１電界の出力を高めることにより、均一性及び製膜速度を更に向上させることができることが確認された。
【０２４５】
【発明の効果】
本発明により、窒素のような安価且つ安全な放電ガスを用いて、高密度プラズマの発生することが出来、また緻密な薄膜を得ることが出来、更に良質な薄膜を高速で製膜出来る薄膜形成方法を提供出来る。これにより良質で高性能の薄膜を有する基材を安価に提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に有用なジェット方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示した概略図である。
【図２】本発明に有用な対向電極間で基材を処理する方式の大気圧プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【図３】導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体を有するロール回転電極の一例を示す斜視図である。
【図４】角筒型電極の導電性の金属質母材とその上に被覆されている誘電体の構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ プラズマ放電処理装置
１１ 第１電極
１２ 第２電極
２０ 電界印加手段
２１ 第１電源
２２ 第２電源
Claims (46)
- 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下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。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする請求項９に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする請求項９または１０に記載の薄膜形成方法。
- 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする請求項１２に記載の薄膜形成方法。
- 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
- 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスおよび窒素ガスを含む放電ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧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以上であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜形成方法。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の薄膜形成方法。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１７に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が前記放電ガスであることを特徴とする請求項１５乃至２２の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする請求項２３に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする請求項２３または２４に記載の薄膜形成方法。
- 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１５乃至２５の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする請求項２６に記載の薄膜形成方法。
- 前記周波数ω１が、２００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１５乃至２７のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記周波数ω２が、８００ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１５乃至２８のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 請求項１５乃至２９の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
- 大気圧もしくはその近傍の圧力下、放電空間に薄膜形成ガスを含有するガスを供給し、
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おいて、
前記高周波電界が、第１の高周波電界および第２の高周波電界を重畳したものであり、
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、
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、
Ｖ１≧ＩＶ＞Ｖ２
または Ｖ１＞ＩＶ≧Ｖ２ を満たし、
前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上で、且つ、前記第２の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 前記放電空間が、対向する第１電極と第２電極とで構成されることを特徴とする請求項３１に記載の薄膜形成方法。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３１または３２に記載の薄膜形成方法。
- 前記第２の高周波電界の出力密度が、２０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３３に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が１Ｗ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項３１乃至３４のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の出力密度が、５０Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項３５に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界および前記第２の高周波電界がサイン波であることを特徴とする請求項３１乃至３６のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界を前記第１電極に印加し、前記第２の高周波電界を前記第２電極に印加することを特徴とする請求項３２乃至３７のいずれか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電空間に供給される全ガス量の９０〜９９．９体積％が放電ガスであることを特徴とする請求項３１乃至３８の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０〜１００体積％の窒素ガスを含有することを特徴とする請求項３９に記載の薄膜形成方法。
- 前記放電ガスが、５０体積％未満の希ガスを含有することを特徴とする請求項３９または４０に記載の薄膜形成方法。
- 前記薄膜形成ガスが、有機金属化合物、ハロゲン化金属、金属水素化合物から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項３１乃至４１の何れか１項に記載の薄膜形成方法。
- 前記有機金属化合物が、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および有機アルミニウム化合物から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とする請求項４２に記載の薄膜形成方法。
- 前記第１の高周波電界の電流Ｉ１より、前記第２の高周波電界の電流Ｉ２の方が高いことを特徴とする請求項３１乃至４３に記載の薄膜形成方法。
- 前記周波数ω２の前記周波数ω１に対する比が、１００倍以上であることを特徴とする請求項４４に記載の薄膜形成方法。
- 請求項３１乃至４５の何れか１項に記載の薄膜形成方法により形成された薄膜を有することを特徴とする基材。
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