JP2005154860A

JP2005154860A - 誘電体被覆電極及び薄膜形成装置

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Publication number: JP2005154860A
Application number: JP2003396963A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Hayakawa; 正一早川; Hiroto Ito; 博人伊藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: JP4360184B2

Abstract

【課題】著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することのできる誘電体被覆電極及びこの誘電体被覆電極を備えた薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】導電性母材の表面に第１の金属を主成分とする粒子を溶射して誘電体を被覆した後に、誘電体の表層を第２の金属を主成分とする封孔剤で封孔処理した誘電体被覆電極及びこの誘電体被覆電極を備えた薄膜形成装置１０である。ダイナミックＳＩＭＳ測定（動的二次イオン質量分析測定）による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1の式を満たし、かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度の式を満たす。
【選択図】図６

Description

本発明は、導電性母材の表面に第１の金属を主成分とする粒子を溶射して誘電体を被覆した後に、該誘電体の表層を第２の金属を主成分とする封孔剤で封孔処理した誘電体被覆電極及びこの誘電体被覆電極を備えた薄膜形成装置に関するものである。

近年、液晶表示素子、半導体素子、光学素子などでは、導電膜、反射防止膜、帯電防止膜など多様な高機能膜が用いられている。これら高機能膜を形成する方法として、大気圧又は大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、電極間に配置した基材などの表面に薄膜を形成する大気圧プラズマ法がある（例えば、特許文献１〜５参照）。なお、特許文献１〜５に開示される大気圧プラズマ法は、対向する電極間に周波数が０．５〜１００ｋＨｚである電圧を印加し放電プラズマを発生させるというものである。
特開平１１−６１４０６号公報特開平１１−１３３２０５号公報特開２０００−１２１８０４号公報特開２０００−１４７２０９号公報特開２０００−１８５３６２号公報

ところで、このような大気圧プラズマ法で使用されている電極は、前記したような大電力に耐える必要があるため、電極表面には誘電体を被覆している。この誘電体は一般にアルミナを主体に形成された溶射膜であり、高温に熱したアルミナ粒子を金属等の導電性母材に対して吹き付けて作成される。このような誘電体には、通常、粒界の間隙、すなわち空隙ができるため、一般にシリカ（酸化珪素）を主成分とする封孔剤を流し込み固めて、絶縁性を高める封孔処理が施されている。

しかしながら、封孔処理を行った場合でも誘電体の空隙や格子欠陥が多ければ、電子軌道のバンドギャップが不均一になり、放電が続かないと推定されるため、問題となっていた。
これに対して、本発明者は、誘電体表面付近における微量元素（ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属）の含有量をコントロールすることによって、誘電体の空隙及び微小な格子欠陥を無くし、安定した放電状態を持続させることが可能であることを見いだした。

そこで、本発明の課題は、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することのできる誘電体被覆電極及びこの誘電体被覆電極を備えた薄膜形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
導電性母材の表面に第１の金属を主成分とする粒子を溶射して誘電体を被覆した後に、該誘電体の表層を第２の金属を主成分とする封孔剤で封孔処理した誘電体被覆電極において、
ダイナミックＳＩＭＳ測定による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、
元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1
の式を満たし、
かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、
１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度
の式を満たすことを特徴としている。

このように請求項１に記載の発明によれば、ダイナミックＳＩＭＳ測定による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1の式を満たし、かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度の式を満たすため、誘電体の最表面から所定の深さまで、第１の金属に対し一定量の元素Ｘを混在させることになり、誘電体の表面付近に存在する微細な空隙や格子欠陥が元素Ｘによって埋められることとなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の誘電体被覆電極において、
前記第１の金属がアルミニウムであり、前記第２の金属が珪素であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の誘電体被覆電極において、
前記所定の深さが１μｍ以上であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体被覆電極において、
前記封孔処理は、前記第２の金属を主成分とする封孔剤をゾルゲル反応により硬化させる処理であることを特徴としている。

このように請求項２〜４に記載の発明によれば、より具体的に請求項１に記載の発明を実現することができる。

請求項５に記載の発明は、
薄膜形成装置において、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体被覆電極が互いに対向して配置され、大気圧又は大気圧近傍の圧力の下で、前記対向する誘電体被覆電極間に１００ｋＨｚ以上の高周波電圧を印加し、かつ１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズマ状態とし、前記プラズマ状態の反応性ガスに基材を晒すことによって前記基材の表面に薄膜を形成することを特徴としている。

このように請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体被覆電極が互いに対向して配置され、大気圧又は大気圧近傍の圧力の下で、対向する誘電体被覆電極間に１００ｋＨｚ以上の高周波電圧を印加し、かつ１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態の反応性ガスに基材を晒すことによって基材の表面に薄膜を形成するため、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。

請求項１に記載の発明によれば、誘電体の最表面から所定の深さまで、第１の金属に対し一定量の元素Ｘを混在させることになり、誘電体の表面付近に存在する微細な空隙や格子欠陥が元素Ｘによって埋められることとなるため、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。

請求項２〜４に記載の発明によれば、より具体的に請求項１に記載の発明を実現することができるため、効果的に著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。

請求項５に記載の発明によれば、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができるため、良質の薄膜を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の誘電体被覆電極は、金属等の導電性母材の表面に第１の金属を主成分とする粒子を溶射して誘電体を被覆した後に、該誘電体の表層を第２の金属を主成分とする封孔剤で封孔処理したものである。

この場合、ダイナミックＳＩＭＳ測定による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素Ｂ、アルカリ金属（リチウムＬｉ、ナトリウムＮａ、カリウムＫ、ルビジウムＲｂ、セシウムＣｓ、フランシウムＦｒ）及びアルカリ土類金属（カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒ、バリウムＢａ、ラジウムＲａ）に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、
「元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1」
の式を満たし、かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、
「１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度」
の式を満たす。
なお、所定の深さとは、１μｍ以上であることが好ましい。

このように、誘電体の最表面から所定の深さまで、第１の金属に対し一定量の元素Ｘを混在させることによって、誘電体の表面付近に存在する微細な空隙や格子欠陥が元素Ｘによって埋められて、放電状態を長時間維持することが可能となる。

ここで、ダイナミックＳＩＭＳ測定（Dynamic Secondary Ion Mass Spectrometry：動的二次イオン質量分析測定）とは、試料表面にＯ₂，Ｃｓ，Ａｒ，Ｘｅなどのイオンを照射し、表面から放出される二次イオンを検出する方法である。この方法は、連続的にイオンを照射し続けて試料を削りながら測定する方法であるため、深さ方向の分布状態が分析できる。後述する実施例では、米Physical Electric社製ＡＤＥＰＴ−１０１０を使用した。
測定条件は、
一次イオン：Ｏ₂ ⁺
加速電圧：５ｋＶ
一次イオン電流：３００ｎＡ
一次イオン照射面積：３００μｍ角
とした。

また、本発明の誘電体被覆電極としては、導電性母材上の少なくとも放電面に誘電体を被覆したものである。つまり、後述する薄膜形成装置としてのプラズマ放電処理装置に備えた場合に、対向する印加電極とアース電極の両方に誘電体を被覆することである。

本発明の誘電体被覆電極に用いられる誘電体、すなわち前記第１の金属としては、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などがある。この中では、セラミックを溶射したものが好ましい。特にアルミナを溶射して設けた誘電体が好ましい。

誘電体被覆電極において、前述のような大電力に耐える仕様の一つとして、本発明者が鋭意検討した結果、誘電体の空隙率が１０体積％以下、好ましくは８体積％以下であることを見いだした。さらに好ましくは０体積％を越えて５体積％以下である。なお、誘電体の空隙率は誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーターにより導電性母材に被覆された誘電体の空隙率を測定した。

誘電体が低い空隙率を有することにより、高耐久性が達成される。このような空隙を有しつつも空隙率が低い誘電体としては、後述の大気圧プラズマ法による高密度、高密着セラミック溶射被覆等を挙げることができる。

また、本発明の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。さらに好ましくは１２０℃以上、特に好ましくは１５０℃以上である。なお、耐熱温度とは、絶縁破壊が発生せず、正常に放電でき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、前記セラミック溶射で設けた誘電体を適用したり、下記導電性母材と誘電体の線熱膨張係数の差の範囲内の材料を適宜選択する手段を適宜組み合わせたりすることによって達成可能である。

また、本発明の誘電体被覆電極において、大電力に耐える別の好ましい仕様としては、誘電体と導電性母材との線熱膨張係数の差が１０×１０^-6／℃以下となる組み合わせのものである。好ましくは８×１０^-6／℃以下、より好ましくは５×１０^-6／℃以下、さらに好ましくは２×１０^-6／℃以下である。なお、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。

線熱膨張係数の差が、この範囲にある導電性母材と誘電体との組み合わせとしては、
（１）導電性母材が純チタンで、誘電体がセラミック溶射被膜
（２）導電性母材がチタン合金で、誘電体がセラミック溶射被膜
（３）導線性母材がステンレスで、誘電体がセラミック溶射被膜
（４）導電性母材がセラミックおよび鉄の複合素材で、誘電体がセラミック溶射被膜
（５）導電性母材がセラミックおよびアルミの複合材料で、誘電体がセラミック溶射被膜
等がある。線熱膨張係数の差という観点では、前記の（１）、（２）、（４）、（５）が好ましい。

また、本発明の誘電体被膜電極において、大電力に耐える別の好ましい仕様としては、誘電体の厚みが０．５〜２ｍｍであることである。この被膜変動は、５％以下であることが望ましく、より好ましくは３％以下、さらに好ましくは１％以下である。

前記導電性母材に対して、セラミックを誘電体として高密度、高密着に溶射する方法としては、大気圧プラズマ溶射法が挙げられる。大気圧プラズマ溶射法は、セラミック等の微粉末，ワイヤ等をプラズマ熱源中に投入し、溶融又は半溶融状態の微粒子として被覆対象の導電性母材に吹き付け、被膜を形成させる技術である。

プラズマ熱源とは、分子ガスを高温にし、原子に解離させ、さらにエネルギーを与えて電子を放出させた高温のプラズマガスである。このプラズマガスの噴射速度は大きく、従来のアーク溶射やフレーム溶射に比べて、溶射素材が高速で導電性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できる。
詳しくは特開２０００−３０１６５５号公報等に記載の高温被膜部材に熱遮蔽被膜を形成する溶射方法を参照することができる。この方法によれば、被覆する誘電体（セラミック等）を空隙率１０％以下、さらには８体積％以下とすることが可能である。

このように被覆されたセラミック等の溶射膜（誘電体）の表面に行う封孔処理は、前記第２の金属、すなわち無機化合物で行うことが望ましい。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珪素（ＳｉＯ_x）を主成分として含有するものが好ましい。封孔処理を行うことによって、誘電体の空隙率を低減させることができる。

また、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、アルコキシドシランを封孔液として用いることが好ましい。

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、ＵＶ照射などがある。さらに封孔処理として、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、より一層無機質化が向上し、劣化の無い緻密な電極ができる。

本発明の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ＳｉＯ_x（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ＳｉＯ_x含有量は、ＸＰＳにより誘電体層の断層を分析することにより測定する。

また、誘電体被覆電極の誘電体表面を研磨仕上げする等の方法により、電極の表面の粗さＲｍａｘ（ＪＩＳＢ０６０１）を１０μｍ以下にすることで、誘電体の厚み及び電極間のギャップを一定に保つことができ、放電状態を安定化でき、さらに熱収縮差や残留応力による歪みやひび割れを無くし、かつ、高精度で、耐久性を大きく向上させることができる。誘電体表面の研磨仕上げは、少なくとも基材と接する側の誘電体において行われることが好ましい。

また、このような本発明の誘電体被覆電極は互いに対向して配置され、大気圧又は大気圧近傍の圧力の下で、対向する電極間に１００ｋＨｚを越える高周波電圧で、かつ、１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給し放電させることにより、反応性ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態の反応性ガスを基材に晒すことによって、基材の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置としてのプラズマ放電処理装置に備えられる。

本発明において、電極間に印加する高周波電圧の周波数の上限値は、好ましくは１５０ＭＨｚ以下である。また、高周波電圧の周波数の下限値としては、好ましくは２００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは、８００ｋＨｚ以上である。
また、電極間に供給する電力の下限値としては、好ましくは１．２Ｗ／ｃｍ²以上であり、上限値としては、好ましくは５０Ｗ／ｃｍ²以下、さらに好ましくは２０Ｗ／ｃｍ²以下である。なお、放電面積（／ｃｍ²）とは、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。本発明のように、高い周波数で、かつ、高い出力密度でハイパワーの電圧を印加する場合には、片側の電極の放電面の総面積に相当する。この総面積で、前記電極に接続した電源から供給される全電力を割り算すると、出力密度を算出することができる。

また、特に大面積において、均一な膜厚を得るには、一組の対向する電極に印加するトータル電力は、１５ｋＷを越えることが好ましく、より好ましくは３０ｋＷ以上、さらに好ましくは５０ｋＷ以上である。発熱の観点からは、３００ｋＷ以下であることが好ましい。なお、トータル電力は、前記一組の電極に対し、電源が２以上接続されている場合には、これら電源全ての供給電力を足し算した値である。

具体的には、後述する図６のプラズマ放電処理装置において、ロール電極２１と角柱型の電極群２９を一組の対向する電極とし、それに接続された電源５０から供給される電力のことになる。なお、図６においては、角柱型の電極２９のロール電極２１と対向する面を、印加電極側の放電面とすると、この放電面の面積の総和が放電面積となる。電極が図１のような円柱型の電極２２のような場合には、円柱型の電極２２のロール電極２１へ投影面積の総和が放電面積となる。

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構わないが、本発明の効果を高く得るためには、連続したサイン波であることが好ましい。

前述したようなハイパワーの電解を、大面積に印加することによって、緻密で膜厚均一性が高く、ムラのない高性能な薄膜を、生産効率高く得ることが可能であることを本発明者は見いだしたものである。発明者は、この優れた効果は、前記放電方法をとることにより、高密度プラズマを、大面積に渡って均一に発生させることが可能となったことに起因していると推定している。

次に、このような電極を用いたプラズマ放電処理について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１〜図６のプラズマ放電処理装置は、アース電極であるロール電極（誘電体被覆電極）と、対向する位置に配置された印加電極である複数の固定電極（誘電体被覆電極）との間で放電させ、当該電極間に反応性ガスを導入してプラズマ状態とし、前記ロール電極に巻回された長尺フィルム状の基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、薄膜を形成するものである。ここでは、基材搬送方向と直交する幅手方向において、電極の長さは、長尺フィルムの長さと同じである。薄膜形成後、長尺フィルムの幅手方向の端部を裁断することを前提として、薄膜を形成する領域が長尺フィルムの幅手の長さより内側で短い場合には、この薄膜を形成する領域の長さを基準として、電極の放電面の長さが同じか、それ以上であればよい。

本発明の薄膜形成装置（プラズマ放電処理装置）としては、これに限定されるものではなく、グロー放電を安定に維持し、薄膜を形成するために反応性ガスを励起してプラズマ状態とするものであればよいが、このように基材を電極間に載置し、該電極間に反応性ガスを導入する方法が、放電面積を大きく取ることができ、膜厚を均一にかつ、高性能な薄膜を形成することができて好ましい。

図１は、本発明のプラズマ放電処理装置１０のプラズマ放電処理容器２０の一例を示す概略図であり、本実施の形態においては図２に示すプラズマ放電処理容器２０を用いている。
図１において、長尺フィルム状の基材Ｆは搬送方向（図中、時計回り）に回転するロール電極２１に巻回されながら搬送される。固定されている電極２２は複数の円柱から構成され、ロール電極２１に対向させて設置される。ロール電極２１に巻回された基材Ｆは、ニップローラ２３ａ，２３ｂで押圧され、ガイドローラ２４で規制されてプラズマ放電処理容器２０によって確保された放電処理空間に搬送され、プラズマ放電処理され、次いで、ガイドローラ２５を介して次工程に搬送される。また、仕切版６は前記ニップローラ２３ｂに近接して配置され、基材Ｆに同伴する空気がプラズマ放電処理容器２０内に侵入するのを抑制する。

この同伴される空気は、プラズマ放電処理容器２０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２３ｂにより、それを達成することが可能である。
なお、プラズマ放電処理に用いられる混合ガス（不活性ガスと反応性ガス）は、給気口２７からプラズマ放電処理容器２０に導入され、処理後のガスは排気口２８から排気される。

図２は、前述のように、プラズマ放電処理容器２０の他の例を示す概略図であり、図１のプラズマ放電処理容器２０では円柱型の固定電極２２を用いているのに対し、図２に示すプラズマ放電処理容器２０では角柱型電極２９を用いている。
図１に示した円柱型の電極２２に比べて、図２に示した角柱型の電極２９は、放電範囲（放電面積）を広げる効果があるので、薄膜を形成するのに好ましく用いられる。

図３は、前述の円柱型のロール電極２１の一例を示す概略図、図４は円柱の固定電極２２の一例を示す概略図、図５は、角柱型の固定電極２９の一例を示す概略図である。

図３において、アース電極であるロール電極２１は、金属等の導電性母材２１ａに対し、誘電体被覆層として、セラミックを溶射後、無機化合物の封孔材料を用いて封孔処理したセラミック被覆処理誘電体２１ｂを被覆した組み合わせで構成されているものである。セラミック被覆処理誘電体２１ｂを片肉で１ｍｍ被覆し、アースに接地してある。また、溶射に用いるセラミック材としては、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やすいので、さらに好ましく用いられる。

金属等の導電性母材２１ａとしては、チタン，銀，白金，ステンレス，アルミニウム，鉄等の金属や、鉄とセラミックとの複合材料またはアルミニウムとセラミックとの複合材料が挙げられるが、加工の観点からはステンレスが好ましい。
なお、本実施の形態においては、ロール電極の母材は冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材を使用している（図示省略）。

図４および図５は、印加電極である固定電極２２，２９であり、前記記載のロール電極２１と同様な組み合わせで構成されている。すなわち、中空のステンレスパイプの導電性母材２２ａ，２９ａに対し、前記同様のセラミック被覆誘電体２２ｂ，２９ｂを被覆し、放電中は冷却水による冷却が行えるようになっている。

印加電極に電圧を印加する電源としては、特に限定はないが、パール工業製高周波電源（２００ｋＨｚ），パール工業製高周波電源（８００ｋＨｚ），日本電子製高周波電源（１３．５６ＭＨｚ），パール高周波電源（１５０ＭＨｚ）等が使用できる。

図６は本発明に用いられるプラズマ放電処理装置１０の一例を示す概念図である。
図６において、プラズマ放電処理容器２０の部分は図２の記載と同様であるが、さらに、ガス発生装置４０，電源５０，電源冷却ユニット７０等が装置構成として配置されている。電極冷却ユニット７０の冷却剤としては、蒸留水，油等の絶縁材料が用いられる。

図６に記載されている電極２１，２９は、図３，４，５等に示したものと同様であり、対向する電極間のギャップは、例えば１ｍｍ程度に設定される。
前記電極間の距離は、電極の導電性母材に設けた固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定される。前記電極の一方に固体誘電体を設けた場合の固体誘電体と電極の最短距離、前記電極の双方に固体誘電体を設け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。

前記プラズマ放電処理容器２０内にロール電極２１，固定電極２９を所定位置に配置し、ガス発生装置４０で発生させた混合ガスを流量制御して、ガス充填手段４１を介して給気口２７よりプラズマ放電処理容器２０内に入れ、前記プラズマ放電処理容器２０内をプラズマ放電処理に用いる混合ガスで充填し排気口２８より排気する。次に電源５０により電極２１，２９に電圧を印加し、ロール電極２１はアースに接地し、放電プラズマを発生させる。ここでロール状の元巻基材６０より基材Ｆを供給し、ガイドローラ２４を介して、プラズマ放電処理容器２０内の電極間を片面接触（ロール電極２１に接触している）の状態で搬送され、基材Ｆは搬送中に放電プラズマにより表面が製膜され（ＣＶＤ）その後にガイドローラ２５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２１に接触していない面のみ製膜がなされる。

電源５０より固定されている電極２９に印加される電圧の値は適宜決定されるが、例えば、電圧が１０Ｖ〜１０ｋＶ程度で、電源周波数は１００ｋＨｚを超えて１５０ＭＨｚ以下に調節される。ここで電源の印加法に関しては、連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発信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信モードのどちらを採用してもよいが連続モードの方がより緻密で良質な膜が得られる。

プラズマ放電処理容器２０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又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よく、該金属フレームにセラミック溶射を行い絶縁性をとっても良い。

また、基材が樹脂製である場合、プラズマ放電処理時の基材の温度を常温（１５℃〜２５℃）〜２００℃未満の温度に調節することが好ましく、さらに好ましくは常温〜１００℃に調節することである。前記の温度範囲に調節するため、必要に応じて電極、基材は冷却手段で冷却しながらプラズマ放電処理される。

本発明において、前記プラズマ放電処理が大気圧又は大気圧近傍で行われるが、ここで大気圧近傍とは２０ｋＰａ〜１１０ｋＰａの圧力を表すが、本発明に記載の効果を好ましく得るためには、９３ｋＰａ〜１０４ｋＰａが好ましい。

また、本発明の誘電体被覆電極においては、電極の少なくとも基材と接する側のＪＩＳＢ０６０１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節されることが、本発明に記載の効果を得る観点から好ましいが、さらに好ましくは、表面粗さが最大値が８μｍ以下であり、特に好ましくは、７μｍ以下に調節することであり、このような範囲のＲｍａｘとするためには、表面を研磨処理することが好ましい。
また、ＪＩＳＢ０６０１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、さらに好ましくは０．１μｍ以下である。

なお、前記した図１〜図６に示すプラズマ放電処理装置１０は、基材Ｆがフィルム等のように曲げられることのできる場合に使用される装置であったが、ある程度厚みのある基材Ｌまたは硬い基材Ｌ、例えばガラスやレンズ等であれば、図７に示すようなプラズマ放電処理装置１００を使用する。図７は、プラズマ放電処理装置の他の例を示す概略図である。

プラズマ放電処理装置（薄膜形成装置）１００は、電源１１０，電極１２０等から概略形成されており、電極１２０は、上側平板電極１２１と下側平板電極１２２とを備えており、上側平板電極１２１と下側平板電極１２２とは上下対向して配置されている。
上側平板電極１２１は、複数の略矩形状の平板電極１２１ａ，…が左右に対向して配置されて構成されたもので、これらの複数の電極１２１ａ，…間の隙間がそれぞれガス流路部１２３，…とされている。つまり、上側平板電極１２１の上方には、ガス供給部１２４が設けられており、このガス供給部１２４から反応性ガスや不活性ガスがそれぞれのガス流路部１２３，…内に送給されて、下側平板電極１２２との間で噴出される。
下側平板電極１２２は、アースに接地してあり、基材Ｌをその表面に装着し、かつ、基材Ｌをガス流路部１２３に対して前後方向に往復移動させる。従って、この下側平板電極１２２が移動することによって、上側平板電極１２１と下側平板電極１２２との間でプラズマ状態とされ、基材Ｌに製膜が行われる。

次に、本発明の薄膜形成装置に用いられる混合ガスについて説明する。
本発明において使用するガスは、基材上に設けたい薄膜の種類によって異なるが、基本的に、不活性ガスと、薄膜を形成する為の反応性ガスの混合ガスである。反応性ガスは、混合ガスに対して０．０１〜１０体積％含有させることが好ましい。薄膜の膜厚としては、０．１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の薄膜が得られる。

前記不活性ガスとは、周期表の第１８族元素、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、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、不活性ガスとして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、高密度プラズマを発生しやすいのではないかと推定している。アルゴンガスは、混合ガス（不活性ガスと反応性ガスの混合ガス）１００体積％に対し、９０体積％以上含有されることが好ましい。さらに好ましくは、９５体積％以上である。

反応性ガスは、放電空間でプラズマ状態となり、薄膜を形成する成分を含有するものであり、有機金属化合物、有機化合物、無機化合物等である。
例えば、反応性ガスとして、ジンクアセチルアセテート、トリエチルインジウム、トリメチルインジウム、ジエチル亜鉛、ジメチル亜鉛、テトラエチル錫、テトラメチル錫、ニ酢酸−ｎ−ブチル錫、テトラブチル錫、テトラオクチル錫、などから選択された少なくとも１つの有機金属化合物を含むガスを用いて、導電性膜あるいは帯電防止膜、あるいは反射防止膜の中屈折率層として有用な金属酸化物層を形成することができる。

また、反応性ガスとして、フッ素含有化合物を用いることによって、基材表面にフッ素含有基を形成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表面を得る撥水膜を得ることができる。フッ素含有化合物としては、６フッ化プロピレン、８フッ化シクロブタン等のフッ素・炭素化合物が挙げられる。安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水素を生成しない６フッ化プロピレン、８フッ化プロピレン、８フッ化シクロブタンを用いることができる。

また、分子内に親水性基と重合性不飽和結合を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことにより、親水基の重合膜を蓄積させることができる。前記親水性基としては、水酸基、スルホン基、スルホン酸基、１級もしくは２級または３級アミノ基、アミド基、４級アンモニウム基、カルボン酸基、カルボン酸塩基等の親水性基等が挙げられる。また、ポリエチレングリコール鎖を有するモノマーを用いても同様に親水性重合膜の堆積が可能である。

前記モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリルアルコール、アリルアミン、ポリエチレングリコール、ジメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジアクリル酸エステル、が挙げられ、これらの少なくとも１種が使用できる。
また、有機フッ素化合物、珪素化合物、又はチタン化合物を含有する反応性ガスを用いることによって、反射防止膜の低屈折率層または、高屈折率層を設けることができる。

有機フッ素化合物としては、フッ化炭化水素、フッ化炭化水素ガス等が好ましく用いられる。フッ化炭素ガスとしては、４フッ化炭素、６フッ化炭素、具体的には４フッ化メタン、４フッ化エチレン、６フッ化プロピレン、８フッ化シクロブタン、等が挙げられる。前記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。
さらに、１塩化３フッ化メタン、１塩化フッ化メタン、２塩化４フッ化シクロブタン等のフッ化炭化水素化合物のハロゲン化物やアルコール、酸、ケトン等の有機化合物のフッ素置換体を用いることができるがこれらに限定されない。また、これらの化合物が分子内にエチレン性不飽和基を有していてもよい。前記の化合物は単体でも混合してもよい。

混合ガス中に前記記載の有機フッ素化合物を用いる場合、プラズマ放電処理により、基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中の有機フッ素化合物の含有率は、０．１〜１０体積％であることが好ましいが、さらに好ましくは０．１〜５体積％である。

また、有機フッ素化合物が常温・常圧で気体である場合には、混合ガスの構成成分として、そのまま使用できる。しかし、有機フッ素化合物が常温・常圧で液体または固体である場合には、加熱、減圧等の方法により気化して使用すれば良く、また、適切な溶剤に溶解して用いても良い。

混合ガス中に前記記載のチタン化合物を用いる場合、放電プラズマにより基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中のチタン化合物の含有率は、０．０１〜１０体積％であることが好ましく、さらに好ましくは０．０１〜５体積％である。

また、反応性ガスとして、水素金属化合物、ハロゲン化金属化合物、水酸化金属化合物、加酸化金属化合物などを用いることによっても可能であり、これらを適宜気化して用いればよい。

また、前記記載の混合ガス中に水素ガスを０．１〜１０体積％含有させることにより薄膜の硬度を著しく上昇させることができる。
また、混合ガス中に酸素、オゾン、過酸化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、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、反応促進され、かつ、緻密で良質な薄膜を形成することができる。
前記記載の珪素化合物、チタン化合物、としては、取り扱いの観点から金属水素化合物、金属アルコキシドが好ましく、腐食性、有害ガスの発生がなく、工程上の汚れなども少ないことから、金属アルコキシドが好ましく用いられる。

また、前記記載の珪素化合物、チタン化合物を放電空間である電極間に導入するには、両者は常温常圧で、気体、液体、固体いずれの状態であってもよく、気体の場合は、そのまま放電空間に導入できるが、液体、固体の場合には加熱、減圧、超音波照射等により気化させて使用される。珪素化合物、チタン化合物を加熱により気化して用いる場合、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシランなど、常温で液体で、沸点が２００℃以下である金属アルコキシドが反射防止膜の形成に適宜用いられる。前記金属アルコキシドは、溶媒によって希釈されて用いられても良く、溶媒はメタノール、エタノール、ｎ−ヘキサンなどの有機溶媒およびこれらの混合溶媒が使用できる。なお、これらの希釈溶媒は、プラズマ放電処理中において、分子状、原子状に分解されるため、基材上への薄膜形成、薄膜組成などに対する影響は殆ど無視することができる。

前記記載の珪素化合物としては、例えば、ジメチルシラン、テトラメチルシランなどの有機金属化合物、モノシラン、ジシランなどの金属水素化合物、二塩化シラン、三塩化シランなどの金属ハロゲン化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジメチルジエトキシシランなどのアルコキシシラン、オルガノシランなどを用いることが好ましいが、これらに限定されない。また、これらは適宜組み合わせて用いることができる。

混合ガス中に前記記載の珪素化合物を用いる場合、プラズマ放電処理により基材上に均一な薄膜を形成する観点から、混合ガス中の珪素化合物の含有率は、０．１〜１０体積％であることが好ましいが、さらに好ましくは０．１〜５体積％である。

前記記載のチタン化合物としては、テトラジメチルアミノチタンなどの有機金属化合物、モノチタン、ジチタンなどの金属水素化物、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物、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタンなどの金属アルコキシドなどを用いることが好ましいがこれらに限定されない。

反応性ガスに有機金属化合物を添加する場合、例えば、有機金属化合物として、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から選択される金属を含むことができる。より好ましくは、これらの有機金属化合物が金属アルコキシド、アルキル化金属、金属錯体から、選ばれるものが好ましい。

前記または前記以外の反応性ガスを適宜選択して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できる。その一例を以下に示すが、本発明はこれに限られるものではない。
電極膜：Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｓｉ
誘電体保護膜：ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃
透明電導膜：Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂
エレクトロクロミック膜：ＷＯ₃、ＩｒＯ₂、ＭｏＯ₃、Ｖ₂Ｏ₃
蛍光膜：ＺｎＳ、ＺｎＳ＋ＺｎＳｅ、ＺｎＳ＋ＣｄＳ
磁気記録膜：Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、γ−Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｒ、ＳｉＯ₂、ＡｌＯ₃
超導電膜：Ｎｂ、Ｎｂ−Ｇｅ
太陽電池膜：ａ−Ｓｉ、Ｓｉ
反射膜：Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ
選択制吸収膜：ＺｒＣ−Ｚｒ
選択制透過膜：Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂
反射防止膜：ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂
シャードーマスク：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

次に本発明に用いることのできる基材について説明する。
本発明に用いることのできる基材としては、フィルム状のもの、レンズ状等の立体形状のもの等、薄膜をその表面に形成できるものであれば特に限定はない。基材が電極間に載置できるものであれば、電極間に載置することによって基材が電極間に載置できないものであれば、発生したプラズマガスを当該基材に吹き付けることによって、薄膜を形成すればよい。

基材を構成する材料も特に限定はないが、大気圧又は大気圧近傍の圧力下であることと、低温のグロー放電であることから、樹脂を好ましく用いることができる。
基材としては好ましくはフィルム状のセルローストリアセテート等のセルロースエステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、さらにこれらの上にゼラチン、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース樹脂等を塗設したもの等を使用することができる。

前記基材としては、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ロ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ロフィルム、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又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。中でもセルローストリアセテート（ＴＡＣ）が好ましく用いられる。また、特開平３−１４８８２号公報や特開平３−１２２１３７号公報などで公知のノルボルネン系樹脂（非晶質シクロポリオレフィン樹脂）を含有したゼオノア（日本ゼオン）、ＡＲＴＯＮ（ＪＳＲ製）などの市販品を好ましく使用することができる。ノルボルネン系樹脂は、具体的にはノルボルネン系単量体の開環重合体、その水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加型重合物、ノルボルネン単量体（前記公報、特開平２−２２７４２４号公報、特開平２−２７６８４２号公報に記載）とオレフィンの付加型重合体などが挙げられる。ノルボルネン系単量体の重合は公知の方法で良く、必要に応じて、水素添加することにより、熱可塑性ノルボルネン系樹脂水素添加物、具体的には前述したゼオノア、ＡＲＴＯＮ等を得ることができる。

さらにポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリスルホン及びポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（例えば住友ベークライト製スミライトＰＳ−１３００）など固有屈折率の大きい素材であっても、溶液流延、溶融押し流し等の条件、さらには縦、横方向に延伸条件を適宜設定することにより、得ることができる。

また、基材には、有機無機ハイブリッド基材を使用することもできる。有機無機ハイブリッド基材とは、水素結合受容基を有するポリマーあるいは重合性モノマーと、金属アルコキシド等の反応性金属化合物とを加水分解重縮合させて得られるものである。
ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ尿素、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエーテルイミド、セルロースエステルなどが挙げられるが、この中ではセルロースエステルが好ましい。
重合ポリマーとしては、イソプレン、１．３−ブタジエン、ｐ−シアノスチレン、ｐ−メトキシスチレン、メタクリロニトリル、ｐ−クロロスチレン、スチレン、α−メチルスチレン、メチルメタクリレート、メチルビニルケトン、アクリロニトリル、メチルアクリレート、酢酸ビニル、エチレン、イソブテン、塩化ビニリデン、塩化ビニル、イソブチルエーテル、ジメチルアクリルアミド、などが挙げられる。
前記金属アルコキシドとしては、金属種が、珪素、ジルコニウム、チタン、ゲルマニウム等のアルコキシドが挙げられるが、この中では珪素やチタンのアルコキシドが好ましい。
具体的な製法としては、特開２０００−１２２０３８号公報を参考にして合成することが可能である。

これらフィルムの膜厚としては１０μｍ〜１０００μｍが好ましい。

以上のようにして、プラズマ放電処理装置によって大気圧プラズマ放電処理を施すことで、基材上に薄膜を形成する。

以下、本発明を図８の表に示す実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
（本発明の実施例１：誘電体被膜電極セットＡの作製）
前記図２の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複数の角柱型の印加電極のセットを以下のように作製した。
ロール電極２１は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材（冷却手段は図２には図示していない）に対して、あらかじめホウ素あるいはアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を適量混合した、高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を、大気圧プラズマ法により被覆し、ロール径１０００ｍｍφとなるようにした。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、Ｒｍａｘ５μｍとなるように加工した。

そして、作製した誘電体被覆電極に対して、前述した測定条件下において、ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属のイオン強度測定を行った。その結果、イオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．０×１０^-4、Ｌｉ／Ａｌ＝５．０×１０^-4、Ｃａ／Ａｌ＝１．３×１０^-5であることが確認された。

また、作製した誘電体被覆電極において最終的な誘電体の空隙率は５体積％であり、このときの誘電体層のＳｉＯ_x含有率は７５モル％であった。最終的な誘電体の膜厚は、１ｍｍ（膜厚変動±１％以内）であった。また、誘電体の比誘電率は１０であった。誘電性母材と誘電体の線熱膨張係数の差は９．８×１０^-5／℃であった。前述のごとくロール電極２１を作製しアースした。

一方、印加電極としては、中空の角形純チタンパイプに対し、前記同様の誘電体を同条件にて被覆し、対向する電極群とした。この印加電極の誘電体については前記ロール電極のものと物性は同じであるが、導電性母材と誘電体の線熱膨張差は１．７×１０^-6／℃であった。この印加電圧の放電総面積は、１５０ｃｍ（幅手方向の長さ）×２ｃｍ（搬送方向の長さ）×５０本（印加電極の数）＝１５０００ｃｍ²であった。
このようにして作製した対向する電極セットＡの耐熱温度は、２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は認められなかった。

（本発明の実施例２：誘電体被覆電極セットＢの作製）
前述の誘電体被覆電極セットＡにおいて、印加電極に用いた中空の角形純チタンパイプをステンレスパイプに変更した以外は、同様にして誘電体被覆電極セットＢを作製した。ステンレスに変更したことにより、印加電圧の導電性母材と誘電体の線熱膨張係数の差は９．８×１０^-6／℃となった以外は、誘電体表面のＲｍａｘ、ＳｉおよびＡｌのイオン強度、ＳｉＯ_x含有量、誘電体膜厚および比誘電率は誘電体被覆電極セットＡと同様であった。
このようにして得られた誘電体被覆電極セットＢの耐熱温度は１２０℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例３：誘電体被覆電極セットＣの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属のイオン強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．９×１０^-1、Ｌｉ／Ａｌ＝５．０×１０^-4、Ｃａ／Ａｌ＝１．３×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する電極セットＣの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例４：誘電体被覆電極セットＤの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．１×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝５．０×１０^-4、Ｃａ／Ａｌ＝０．８×１０^-1であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＤの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例５：誘電体被覆電極セットＥの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．８×１０^-1、Ｌｉ／Ａｌ＝０．９×１０^-1、Ｃａ／Ａｌ＝１．１×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＥの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例６：誘電体被覆電極セットＦの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．０×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝０．９×１０^-1、Ｃａ／Ａｌ＝１．１×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＦの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例７：誘電体被覆電極セットＧの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．０×１０^-4、Ｌｉ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｃａ／Ａｌ＝０．８×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＧの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例８：誘電体被覆電極セットＨの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝５．０×１０^-4、Ｃａ／Ａｌ＝０．８×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＨの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（本発明の実施例９：誘電体被覆電極セットＩの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｃａ／Ａｌ＝５．０×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＩの耐熱温度は２００℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上であり、２０００時間連続放電でも全く破壊は見られなかった。

（比較例１：誘電体被覆電極セットＪの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．１×１０^-1、Ｌｉ／Ａｌ＝５．０×１０^-4、Ｃａ／Ａｌ＝１．３×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＪの耐熱温度は１２０℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上ではあったが、連続放電が４００時間であった。

（比較例２：誘電体被覆電極セットＫの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝１．１×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝１．１×１０^-1、Ｃａ／Ａｌ＝０．８×１０^-1であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＫの耐熱温度は１２０℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上ではあったが、連続放電が４００時間であった。

（比較例３：誘電体被覆電極セットＬの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．８×１０^-1、Ｌｉ／Ａｌ＝０．９×１０^-1、Ｃａ／Ａｌ＝１．５×１０^-1であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＬの耐熱温度は１２０℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上ではあったが、連続放電が４００時間であった。

（比較例４：誘電体被覆電極セットＭの作製）
ダイナミックＳＩＭＳ測定によって誘電体被覆電極の表面から所定の深さにおける、Ａｌのイオン強度に対する、ホウ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンの強度測定を行い、その結果のイオン強度比が、Ｂ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｌｉ／Ａｌ＝０．８×１０^-5、Ｃａ／Ａｌ＝０．８×１０^-5であること以外は、実施例１と同様である。
このようにして作製した対向する誘電体被覆電極セットＭの耐熱温度は１２０℃、耐電圧は１０ｋＶ以上、限界出力は４００ｋＷ／ｍ²以上ではあったが、連続放電が３００時間であった。

以上のことから、実施例１〜６のように、ホウ素Ｂ、リチウムＬｉ（アルカリ金属）、カルシウムＣａ（アルカリ土類金属）の全ての元素ＸのアルミニウムＡｌ（第１の金属）に対するイオン強度比が、「元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1」と「１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度」の双方の式を満たす場合には、薄膜形成装置において、放電状態を長時間維持することができることがわかった。

また、実施例７〜９のように、ホウ素Ｂ、リチウムＬｉ（アルカリ金属）、カルシウムＣａ（アルカリ土類金属）の全ての元素ＸのアルミニウムＡｌ（第１の金属）に対するイオン強度比が、「元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1」の式を満たし、かつ、ホウ素Ｂ、リチウムＬｉ（アルカリ金属）、カルシウムＣａ（アルカリ土類金属）のうち少なくとも１つの元素ＸのアルミニウムＡｌ（第１の金属）に対するイオン強度比が、「１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度」の式を満たす場合にも、薄膜形成装置において、放電状態を長時間維持することができることがわかった。

これに対し、比較例１〜３のように、ホウ素Ｂ、リチウムＬｉ（アルカリ金属）、カルシウムＣａ（アルカリ土類金属）の全ての元素Ｘのうち１つでもアルミニウムＡｌ（第１の金属）に対するイオン強度比が、「元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1」の式を満たさない場合には、薄膜形成装置において、放電状態を短時間しか維持することができないことがわかった。

また、比較例４のように、ホウ素Ｂ、リチウムＬｉ（アルカリ金属）、カルシウムＣａ（アルカリ土類金属）の全ての元素ＸのアルミニウムＡｌ（第１の金属）に対するイオン強度比が、「１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度」の式を満たさない場合にも、薄膜形成装置において、放電状態を短時間しか維持することができないことがわかった。

以上のように、本実施の形態の誘電体被覆電極によれば、ダイナミックＳＩＭＳ測定による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1の式を満たし、かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度の式を満たすため、誘電体の最表面から所定の深さまで、第１の金属に対し一定量の元素Ｘを混在させることになり、誘電体の表面付近に存在する微細な空隙や格子欠陥が元素Ｘによって埋められることとなる。
その結果、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。

さらに、本実施の形態では、第１の金属がアルミニウムであり、第２の金属が珪素であり、所定の深さが１μｍ以上であり、封孔処理が、第２の金属を主成分とする封孔剤をゾルゲル反応により硬化させる処理であることから、より具体的に前記した発明を実現することができる。
その結果、効果的に著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。

また、本実施の形態の薄膜形成装置によれば、前記した誘電体被覆電極が互いに対向して配置され、大気圧又は大気圧近傍の圧力の下で、対向する誘電体被覆電極間に１００ｋＨｚ以上の高周波電圧を印加し、かつ１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズマ状態とし、プラズマ状態の反応性ガスに基材を晒すことによって基材の表面に薄膜を形成するため、著しく絶縁性を高め、放電状態を長時間維持することができる。
その結果、良質の薄膜を形成することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。

本発明のプラズマ放電処理装置（薄膜形成装置）に設置されるプラズマ放電処理容器の一例を示す概略図である。プラズマ放電処理容器の他の一例を示す概略図である。円柱型のロール電極の一例を示す概略図である。固定型の円柱型電極の一例を示す概略図である。固定型の角柱型電極の一例を示す概略図である。プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。プラズマ放電処理装置の他の一例を示す概略図である。本発明の実施例とそれに対する比較例を示す表である。

符号の説明

１０，１００プラズマ放電処理装置（薄膜形成装置）
２１ロール電極（誘電体被覆電極）
２１ａ，２２ａ，２９ａ導電性母材
２１ｂ，２２ｂ，２９ｂセラミック被覆処理誘電体（封孔処理後の誘電体）
２２円柱型の固定電極（誘電体被覆電極）
２９角柱型の固定電極（誘電体被覆電極）
１２０電極（誘電体被覆電極）
１２１上側平板電極（誘電体被覆電極）
１２２下側平板電極（誘電体被覆電極）

Claims

導電性母材の表面に第１の金属を主成分とする粒子を溶射して誘電体を被覆した後に、該誘電体の表層を第２の金属を主成分とする封孔剤で封孔処理した誘電体被覆電極において、
ダイナミックＳＩＭＳ測定による、封孔処理後の誘電体における表面から所定の深さにかけて検出されるホウ素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素Ｘの全てのイオン強度が、
元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度≦１．０×１０^-1
の式を満たし、
かつ、元素Ｘのうち少なくとも１つのイオン強度が、
１．０×１０^-5≦元素Ｘのイオン強度／第１の金属のイオン強度
の式を満たすことを特徴とする誘電体被覆電極。
請求項１に記載の誘電体被覆電極において、
前記第１の金属がアルミニウムであり、前記第２の金属が珪素であることを特徴とする誘電体被覆電極。
請求項１又は２に記載の誘電体被覆電極において、
前記所定の深さが１μｍ以上であることを特徴とする誘電体被覆電極。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体被覆電極において、
前記封孔処理は、前記第２の金属を主成分とする封孔剤をゾルゲル反応により硬化させる処理であることを特徴とする誘電体被覆電極。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘電体被覆電極が互いに対向して配置され、大気圧又は大気圧近傍の圧力の下で、前記対向する誘電体被覆電極間に１００ｋＨｚ以上の高周波電圧を印加し、かつ１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給して放電させることにより、反応性ガスをプラズマ状態とし、前記プラズマ状態の反応性ガスに基材を晒すことによって前記基材の表面に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成装置。