JP2005162543A - Method for forming metal oxide thin film - Google Patents

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Toshiaki Tanaka
俊章 田中
Koji Shimonishi
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a dense metal oxide thin film small in film thickness variation on a substrate such as a plastic film low in heat resistance in a short period of time at a temperature lower than the heat-resistant temperature of the substrate. <P>SOLUTION: A metal oxide thin film formed by using a metal alkoxide expressed by R"<SB>m</SB>Me(OR')<SB>n</SB>as a source material, wherein Me is the center metal, R' represents a hydrocarbon group, R" represents a hydrocarbon group or halogen, and n>0, and having an inner structure with ≥0.05 mixing ratio of OH is subjected to spraying with an alkali mixture gas containing one or more kinds of alkali gas and diluted with a carrier gas. This induces condensation reaction in OH groups in the metal oxide thin film and promotes to changes into a metal oxide coupling so as to obtain a dense metal oxide thin film having little change in the film thickness at a low temperature in a short period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機金属化合物から得られる金属酸化物薄膜の作製方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a metal oxide thin film obtained from an organometallic compound.

基材表面に金属酸化物薄膜を形成することによって、光触媒機能、ハードコート機能、ガスバリア性機能あるいは導電性機能を付与することができる。   By forming a metal oxide thin film on the substrate surface, a photocatalytic function, a hard coat function, a gas barrier function or a conductive function can be imparted.

基材表面に金属酸化物薄膜を形成する方法としては、気相反応による成膜法であるCVD法、蒸着法、スパッタ法、溶液を用いるゾルゲル法などが知られている。   Known methods for forming a metal oxide thin film on the surface of a substrate include a CVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, and a sol-gel method using a solution, which are film formation methods based on a gas phase reaction.

これらの成膜法のうち、蒸着法及びスパッタ法は真空系の成膜法であるため、使用する成膜装置が処理チャンバーや真空ポンプ等の大型設備及び高度減圧下での煩雑な作業を要するといった問題点がある。   Among these film forming methods, the vapor deposition method and the sputtering method are vacuum type film forming methods, so that the film forming apparatus to be used requires large equipment such as a processing chamber and a vacuum pump, and complicated work under high pressure reduction. There is a problem.

一方、ゾルゲル法は、処理チャンバーや真空ポンプ等の大型設備及び高度減圧環境を必要とせず、簡易的な設備で成膜できる点において優位性を持っている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平10−176118号公報
On the other hand, the sol-gel method does not require a large facility such as a processing chamber or a vacuum pump and a highly decompressed environment, and has an advantage in that a film can be formed with a simple facility (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-176118

しかしながら、ゾルゲル法にて有機金属化合物から得られる金属酸化物は、成膜した後に膜中の不純物及び未反応部分を除去するために、高温・長時間の熱処理が必要である。このため使用できる基材が限定され、プラスチックフィルムなどの耐熱性の低い基材に良好な膜質の金属酸化物薄膜を形成することが難しいという問題がある。   However, a metal oxide obtained from an organometallic compound by a sol-gel method requires high-temperature and long-time heat treatment in order to remove impurities and unreacted portions in the film after film formation. For this reason, the base material which can be used is limited and there exists a problem that it is difficult to form a metal oxide thin film of favorable film quality on a base material with low heat resistance, such as a plastic film.

本発明はそのような実情に鑑みてなされたものであり、処理チャンバーや真空ポンプ等の大型設備及び高度減圧環境を必要とせず、プラスチックフィルムなどの耐熱性の低い基材表面に金属酸化物薄膜を低温・短時間で形成することが可能な金属酸化物薄膜の作製方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and does not require a large facility such as a processing chamber or a vacuum pump and a highly decompressed environment, and a metal oxide thin film is formed on the surface of a substrate having low heat resistance such as a plastic film. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a metal oxide thin film that can be formed at a low temperature in a short time.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法は、R”mMe(OR’)n(Meは中心金属、R’は炭化水素基、R”は炭化水素基及びハロゲンもしくはH、n>0)で示される金属アルコキシドを原料に用いて成膜された金属酸化物薄膜に対して、アルカリ性を有するガスを1種類以上含みかつキャリアガスにて希釈したアルカリ混合ガス、または、前記アルカリ混合ガスと水分を含むガスとの混合ガスを噴霧することを特徴としている。 The method for producing a metal oxide thin film of the present invention is as follows: R ″ m Me (OR ′) n (Me is a central metal, R ′ is a hydrocarbon group, R ″ is a hydrocarbon group and halogen or H, n> 0) A metal oxide thin film formed using the metal alkoxide shown as a raw material, an alkali mixed gas containing at least one kind of alkaline gas and diluted with a carrier gas, or the alkali mixed gas and moisture It is characterized by spraying a mixed gas with the containing gas.

このように、金属酸化物薄膜の成膜後に、アルカリ混合ガスの噴霧処理を行うことにより、金属酸化物薄膜中のOH基同士を縮合反応させ、金属−酸素結合への変化を促進させることができるので、低温かつ短時間で膜厚変化が少なくて緻密な薄膜の作製が可能となる。   As described above, after the metal oxide thin film is formed, the alkali mixed gas is sprayed to cause the OH groups in the metal oxide thin film to undergo a condensation reaction, thereby promoting the change to the metal-oxygen bond. Therefore, it is possible to produce a dense thin film with little change in film thickness at a low temperature in a short time.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法において、前記アルカリ混合ガス噴霧処理前における金属酸化物薄膜の内部構造が、FT−IR測定においてMe−OH結合とMe−O−Me結合とのピーク強度比から算出されるOH混在比[OH混在比=(Me−OH強度)/(Me−O−Me強度)]が0.05以上であることが好ましい。   In the method for producing a metal oxide thin film of the present invention, the internal structure of the metal oxide thin film before the alkali mixed gas spray treatment is a peak intensity ratio between a Me—OH bond and a Me—O—Me bond in FT-IR measurement. It is preferable that the OH mixture ratio [OH mixture ratio = (Me-OH intensity) / (Me-O-Me intensity)] calculated from the above is 0.05 or more.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法において、前記アルカリ混合ガスの濃度が10ppm以上で1%以下であることが好ましい。   In the method for producing a metal oxide thin film of the present invention, the concentration of the alkali mixed gas is preferably 10 ppm or more and 1% or less.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法において、前記金属アルコキシドを原料に用いた金属酸化物薄膜の成膜法としてはプラズマCVD法が好ましい。また、金属酸化物薄膜としては酸化珪素が好ましい。   In the method for producing a metal oxide thin film of the present invention, a plasma CVD method is preferable as a method for forming a metal oxide thin film using the metal alkoxide as a raw material. Further, silicon oxide is preferable as the metal oxide thin film.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法に用いる前記アルカリ混合ガスは、NH3を含む混
合ガスであることが好ましい。
The alkali mixed gas used in the method for producing a metal oxide thin film of the present invention is preferably a mixed gas containing NH 3 .

次に、本発明を詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in detail.

本発明の金属薄膜作製方法は、金属アルコキシドから得られる金属酸化物薄膜に対してアルカリ混合ガスを噴霧する処理を含むことを特徴としている。具体的には、図1に示すように、金属薄膜成膜ゾーン1において有機金属化合物から金属酸化物を基材上に成膜した後、これに連続して、アルカリ性混合ガス噴霧ゾーン2において金属酸化物薄膜中のOH基同士を縮合反応させ金属−酸素結合への変化を促進させるという、プロセスからなることを特徴とする。   The metal thin film production method of the present invention is characterized by including a treatment of spraying an alkali mixed gas onto a metal oxide thin film obtained from a metal alkoxide. Specifically, as shown in FIG. 1, a metal oxide film is formed on a substrate from an organometallic compound in a metal thin film deposition zone 1, and subsequently, a metal is deposited in an alkaline mixed gas spray zone 2. It is characterized by comprising a process in which OH groups in an oxide thin film are subjected to a condensation reaction to promote a change to a metal-oxygen bond.

本発明において、金属アルコキシドから得られる金属酸化物としては、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化ランタン、または、酸化タンタル等の単体の物質、あるいは2種類以上の混合物が挙げられる。特に、酸化珪素は金属酸化物の中でも光学及び電気材料としての利用分野の観点から広く用いられている。   In the present invention, examples of the metal oxide obtained from the metal alkoxide include silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, tin oxide, indium oxide, antimony oxide, Examples include a single substance such as zinc oxide, lanthanum oxide, or tantalum oxide, or a mixture of two or more kinds. In particular, silicon oxide is widely used among metal oxides from the viewpoint of application fields as optical and electrical materials.

本発明において使用される金属アルコキシドは、R”mMe(OR’)n(Meは中心金属、R’は炭化水素基、R”は炭化水素基及びハロゲンもしくはH、n>0)で表現されるものである。このような原料は単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせたものを用いてもよい。 The metal alkoxide used in the present invention is represented by R ″ m Me (OR ′) n (Me is a central metal, R ′ is a hydrocarbon group, R ″ is a hydrocarbon group and halogen or H, n> 0). Is. Such raw materials may be used alone or in combination of two or more.

上記酸化珪素の金属アルコキシドとしては、例えばテトラメトキシシラン;Si(OCH34、テトラエトキシシラン;Si(OC254、メチルトリメトキシシラン;(C
3)Si(OCH33、ジメチルジメトキシシラン;(CH32Si(OCH32等が
挙げられる。
Examples of the metal alkoxide of silicon oxide include tetramethoxysilane; Si (OCH 3 ) 4 , tetraethoxysilane; Si (OC 2 H 5 ) 4 , methyltrimethoxysilane; (C
H 3 ) Si (OCH 3 ) 3 , dimethyldimethoxysilane; (CH 3 ) 2 Si (OCH 3 ) 2 and the like.

本発明において使用される金属酸化物薄膜の成膜法としては、例えばゾルゲル法、スプレー法、プラズマCVD法などが挙げられる。これらの手法により成膜された金属酸化物薄膜は、FT−IR測定においてMe−OH結合とMe−O−Me結合とのピーク強度比から算出されるOH混在比[OH混在比=(Me−OH強度)/(Me−O−Me強度)]が0.05以上となる内部構造を有していることが好ましい。その中でも、機械的性能、光学的性能、外観等が優れていることから、プラズマCVD法により成膜された金属酸化物薄膜が特に好ましい。   Examples of the method for forming a metal oxide thin film used in the present invention include a sol-gel method, a spray method, a plasma CVD method, and the like. The metal oxide thin film formed by these methods has an OH mixture ratio [OH mixture ratio = (Me−] calculated from the peak intensity ratio of the Me—OH bond and the Me—O—Me bond in the FT-IR measurement. It is preferable to have an internal structure in which (OH strength) / (Me-O-Me strength)] is 0.05 or more. Among them, a metal oxide thin film formed by a plasma CVD method is particularly preferable because of excellent mechanical performance, optical performance, appearance, and the like.

ここで、前記したような膜内部構造を有する金属酸化物薄膜は、経時で膜厚が変化することから、従来では高温での養生が必要である。このため、耐熱性の低いプラスチックフィルムにおいては、基材の耐熱温度以下の低温で長時間の養生が必要である。   Here, since the film thickness of the metal oxide thin film having the film internal structure as described above changes with time, conventionally, curing at a high temperature is necessary. For this reason, a plastic film with low heat resistance requires long-term curing at a low temperature below the heat resistance temperature of the substrate.

膜厚変化の原因としては、膜中に存在する残存OH基が、経時でOH基同士で縮合反応
し、膜が収縮しているためであると考えられる。従って、この反応を成膜後に行うことにより膜厚を安定化させることが可能であり、その反応促進の具体的な手法として、本発明ではアルカリ混合ガス噴霧処理を採用している。なお、アルカリ混合ガスによる処理は、アルカリの縮合反応促進触媒作用を利用した方法であると考えられる。
The cause of the change in the film thickness is considered to be that the residual OH groups present in the film are condensed with each other over time, and the film is contracted. Therefore, it is possible to stabilize the film thickness by carrying out this reaction after film formation. In the present invention, alkali mixed gas spraying is adopted as a specific method for promoting the reaction. In addition, it is thought that the process by alkali mixed gas is the method using the condensation reaction acceleration | stimulation catalytic action of an alkali.

本発明に用いるアルカリ混合ガスは、アルカリ性を有するガスを1種類以上配合しかつキャリアガスにて希釈した混合ガス、または、前記アルカリ混合ガスと水分を含むガスである。また、アルカリ混合ガスの濃度範囲は、縮合反応促進効果と膜劣化のない条件として10ppm以上で1%以下であることが好ましい。   The alkali mixed gas used in the present invention is a mixed gas obtained by blending one or more kinds of alkaline gases and diluted with a carrier gas, or a gas containing the alkali mixed gas and moisture. In addition, the concentration range of the alkali mixed gas is preferably 10 ppm or more and 1% or less as a condition not causing the condensation reaction promoting effect and film deterioration.

前記アルカリ性を有するガスとしてはNH3、第1、第2及び第3アルキルアミン類、
アリールアミン類、アルコールアミン類単独、あるいは2種以上の混合物が挙げられる。アミンとしてはメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、n−ブチルアミン、n−プロピルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ピペリジンまたは2−メトキシエチルアミンが挙げられる。これらのアルカリ性ガスのうち、気化性・反応性・簡便性の観点から特に好ましいのはNH3である。
Examples of the alkaline gas include NH 3 , primary, secondary and tertiary alkylamines,
Examples include arylamines, alcoholamines alone, or a mixture of two or more. Examples of the amine include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, n-butylamine, n-propylamine, tetramethylammonium hydroxide, piperidine or 2-methoxyethylamine. Of these alkaline gases, NH 3 is particularly preferable from the viewpoints of vaporization, reactivity, and simplicity.

また、アルカリ性ガスを希釈するためのキャリアガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンなどの希ガス、窒素、酸素、二酸化炭素、空気などが挙げられる。これらは、単独でも使用してよいし、2種以上を混合してもよい。なお、これらのキャリアガスは水分を含んでいてもよい。   Examples of the carrier gas for diluting the alkaline gas include noble gases such as helium, neon, argon, and xenon, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and air. These may be used alone or in combination of two or more. Note that these carrier gases may contain moisture.

上記成膜用の基材としては、特に限定されるものではないが、例えばプラスチック、シリコンウェハー、ガラス基板などが挙げられる。プラスチックの場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチルメタアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、ノルボルネン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、再生セルロース、アルカリ処理されたトリアセチルセルロースなどが挙げられる。これらの形状としては、板状、フィルム状などのものが挙げられるが、特に限定されるものではない。   The base material for film formation is not particularly limited, and examples thereof include plastics, silicon wafers, and glass substrates. For plastics, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, norbornene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyether ketone, polyimide, polyamide, Examples include acrylic resin, diacetyl cellulose, triacetyl cellulose, regenerated cellulose, and alkali-treated triacetyl cellulose. Examples of these shapes include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法は、アルカリ混合ガスを用いることにより金属酸化物成膜後の膜厚の経時変化を抑制できるので、膜厚制御が容易になる。さらに、養生工程を必要としないため、基材が耐熱性の低いプラスチックフィルムであっても膜厚変化を低減できる。   In the method for producing a metal oxide thin film of the present invention, the use of an alkali mixed gas can suppress a change with time of the film thickness after the metal oxide film is formed, so that the film thickness can be easily controlled. Furthermore, since no curing process is required, the change in film thickness can be reduced even if the substrate is a plastic film having low heat resistance.

本発明によれば、金属アルコキシドを原料に用いて成膜された金属酸化物薄膜を、アルカリ混合ガス(またはアルカリ混合ガスと水分を含むガスとの混合ガス)によって後処理しているので、プラスチックフィルムのような耐熱性の低い基材に対して、基材の耐熱温度以下で緻密かつ膜厚変化の少ない金属酸化物薄膜を短時間で得ることができる。これにより、基材表面に光学特性、光触媒性、ハードコート性、ガスバリア性、あるいは導電性などの機能を付与することが可能である。その中でも光学特性機能としては、例えば、光透過機能、反射防止機能、反射機能あるいは選択反射機能などが可能となり、それらの性能を活かした各種用途の製品を提供することができる。   According to the present invention, since a metal oxide thin film formed using a metal alkoxide as a raw material is post-treated with an alkali mixed gas (or a mixed gas of an alkali mixed gas and moisture-containing gas), plastic A dense metal oxide thin film with little change in film thickness can be obtained in a short time at a temperature lower than the heat resistant temperature of the substrate, compared to a substrate having low heat resistance such as a film. Thereby, it is possible to impart functions such as optical properties, photocatalytic properties, hard coat properties, gas barrier properties, or conductivity to the substrate surface. Among them, as the optical characteristic function, for example, a light transmission function, an antireflection function, a reflection function, or a selective reflection function can be performed, and products for various applications utilizing these performances can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、図1に示すように、金属酸化物薄膜成膜ゾーン1において、R”mMe(O
R’)n(Meは中心金属、R’は炭化水素基、R”は炭化水素基及びハロゲンもしくは
H、n>0)で示される金属アルコキシドを原料に用いて基材表面上に金属酸化物薄膜を成膜し、これに連続して、アルカリ混合ガス噴霧ゾーン2において、前記金属酸化物薄膜成膜ゾーン1で成膜された金属酸化物薄膜に対して、アルカリ性を有するガス(例えばNH3)を1種類以上を含みかつキャリアガスにて希釈したアルカリ混合ガス(または前記
アルカリ混合ガスと水分を含むガスとの混合ガス)を噴霧することにより、金属酸化物薄膜中のOH基同士を縮合反応させて金属−酸素結合への変化を促進させる、という処理を行うことを特徴とする金属酸化物薄膜の作製方法である。
As shown in FIG. 1, in the metal oxide thin film deposition zone 1, the present invention provides R ″ m Me (O
R ′) n (Me is a central metal, R ′ is a hydrocarbon group, R ″ is a hydrocarbon group and halogen or H, n> 0) as a raw material, and a metal oxide on the substrate surface A thin film is formed, and in succession, in the alkali mixed gas spray zone 2, an alkali gas (for example, NH 3) is applied to the metal oxide thin film formed in the metal oxide thin film formation zone 1. ) By condensing OH groups in the metal oxide thin film by spraying an alkali mixed gas containing one or more types and diluted with a carrier gas (or a mixed gas of the alkali mixed gas and water-containing gas). It is a method for producing a metal oxide thin film characterized by performing a process of reacting to promote a change to a metal-oxygen bond.

この金属酸化物薄膜の作製方法において、前記アルカリ混合ガス噴霧処理前における金属酸化物薄膜の内部構造が、FT−IR測定においてMe−OH結合とMe−O−Me結合とのピーク強度比から算出されるOH混在比[OH混在比=(Me−OH強度)/(Me−O−Me強度)]が0.05以上であることが好ましい。   In this metal oxide thin film manufacturing method, the internal structure of the metal oxide thin film before the alkali mixed gas spray treatment is calculated from the peak intensity ratio of the Me—OH bond and the Me—O—Me bond in the FT-IR measurement. The OH mixture ratio [OH mixture ratio = (Me-OH strength) / (Me-O-Me strength)] is preferably 0.05 or more.

なお、金属酸化物薄膜成膜ゾーン1に用いる成膜装置の具体的な例としては、例えば、図2に示すように、基材搬送用のロール電極11及びこのロール電極11に対向配置された曲面電極12と、これら互いに対向するロール電極11と曲面電極12との間にパルス電界を印加する電源13とを備え、その電源13によるパルス電界の印加によりロール電極11と曲面電極12との間にプラズマを発生させて基材S表面の処理を行うプラズマCVD装置が挙げられる。   As a specific example of the film forming apparatus used in the metal oxide thin film forming zone 1, for example, as shown in FIG. A curved surface electrode 12 and a power source 13 for applying a pulsed electric field between the roll electrode 11 and the curved surface electrode 12 facing each other are provided, and between the roll electrode 11 and the curved surface electrode 12 by applying the pulsed electric field by the power source 13 And a plasma CVD apparatus for generating a plasma to treat the surface of the substrate S.

また、アルカリ混合ガス噴霧ゾーン2に用いる噴霧処理装置の具体的な例としては、例えば、図3に示すように、基材搬送用の平板21及びこの平板21に平行に対向配置された平板22と、それら一対の平板21,22間にアルカリ混合ガスを供給する給気ノズル23と、平板21,22間の排気を行う排気ノズル24とを備えた装置が挙げられる。   Moreover, as a specific example of the spray processing apparatus used for the alkali mixed gas spray zone 2, for example, as shown in FIG. 3, a flat plate 21 for transporting a substrate and a flat plate 22 arranged to face the flat plate 21 in parallel. And an air supply nozzle 23 that supplies an alkali mixed gas between the pair of flat plates 21 and 22 and an exhaust nozzle 24 that exhausts air between the flat plates 21 and 22.

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。   Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.

<実施例1>
以下の条件で金属酸化物薄膜の作製を行った。
<Example 1>
A metal oxide thin film was prepared under the following conditions.

厚さ75μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、PETフィルムという)上に、金属アルコキシドであるテトラメトキシシランと窒素と酸素とが体積比で40:20:0.2になるように混合したガスを用いたプラズマCVDにより、膜厚100nmの酸化珪素膜を成膜した。ただし、プラズマCVDについては下記の条件で行った。   A gas in which tetramethoxysilane, which is a metal alkoxide, nitrogen, and oxygen were mixed in a volume ratio of 40: 20: 0.2 on a polyethylene terephthalate film (hereinafter referred to as PET film) having a thickness of 75 μm was used. A silicon oxide film having a thickness of 100 nm was formed by plasma CVD. However, plasma CVD was performed under the following conditions.

−プラズマCVDによる成膜条件−
[装置構成・成膜条件]
図2に示すプラズマCVD装置において、互いに対向するロール電極11(直径400mm、長さ1080mm、表面:固体誘電体(TiO2:20重量%,Al23:80重
量%,厚み1mm)を溶射)と、曲面電極(曲率半径202mm、直径100mm、長さ810mm、表面:固体誘電体(TiO2:20重量%,Al23:80重量%、厚み1
mm)を溶射)との間の電極間隔を2mmとし、そのロール電極11の放電面に基材S(PET基材)を密着配置した。
-Film formation conditions by plasma CVD-
[Equipment configuration / deposition conditions]
In the plasma CVD apparatus shown in FIG. 2, roll electrodes 11 (diameter 400 mm, length 1080 mm, surface: solid dielectric (TiO 2 : 20 wt%, Al 2 O 3 : 80 wt%, thickness 1 mm) facing each other are sprayed. ) And a curved electrode (curvature radius 202 mm, diameter 100 mm, length 810 mm, surface: solid dielectric (TiO 2 : 20 wt%, Al 2 O 3 : 80 wt%, thickness 1)
mm) was 2 mm, and the substrate S (PET substrate) was placed in close contact with the discharge surface of the roll electrode 11.

次に、容器10内を真空ポンプによって1.33kPa(10Torr)まで排気した後、ガス導入口マスフローコントローラーを介して、前記した混合ガスを101.3kPa(760Torr)になるまで導入(流量:50slm)した状態で、基材Sを走行速
度0.5m/分で搬送させるとともに、同速度で同方向にロール電極11を回転させた。なお、ロール電極11及び曲面電極12はともに60℃に保持した。
Next, after the inside of the container 10 is evacuated to 1.33 kPa (10 Torr) by a vacuum pump, the above-mentioned mixed gas is introduced to 101.3 kPa (760 Torr) through a gas inlet mass flow controller (flow rate: 50 slm). In this state, the substrate S was conveyed at a traveling speed of 0.5 m / min, and the roll electrode 11 was rotated in the same direction at the same speed. The roll electrode 11 and the curved electrode 12 were both maintained at 60 ° C.

そして、電源13からロール電極11と曲面電極12との間に、立ち上がり速度5μsec、放電電圧17kV(電界強度85kV/cm、放電電流密度0.03mA/cm2
)、周波数4kHzのパルス電界を印加し、ロール電極11と曲面電極12との間にプラズマを発生させて、PET基材の表面にプラズマCVD成膜を行った。
Then, a rising speed of 5 μsec, a discharge voltage of 17 kV (electric field intensity of 85 kV / cm, discharge current density of 0.03 mA / cm 2) between the roll electrode 11 and the curved electrode 12 from the power source 13.
), A pulse electric field having a frequency of 4 kHz was applied, plasma was generated between the roll electrode 11 and the curved surface electrode 12, and a plasma CVD film was formed on the surface of the PET substrate.

なお、PET基材上に成膜された酸化珪素については、FT−IR(Bio−rad社製 FTS135)を用いて測定(700〜4000cm-1)を行い、940cm-1付近のSiOHに帰属される吸収ピークと、1050〜1080cm-1付近のSiOSiに帰属される吸収ピークとの強度比であるOH混在比が0.05以上あることを確認している。 In addition, about silicon oxide formed into a film on PET base material, it measures using a FT-IR (Bio-rad FTS135) (700-4000cm < -1 >), and it belongs to SiOH of 940cm < -1 > vicinity. It is confirmed that the OH mixing ratio, which is the intensity ratio of the absorption peak attributed to SiOSi in the vicinity of 1050 to 1080 cm −1 , is 0.05 or more.

−アルカリ混合ガス処理−
次に、プラズマCVD成膜後のOH混在比0.05以上の酸化珪素膜付きPET基材について、成膜後5分以内に図3の噴霧処理装置(図1のアルカリ混合ガス噴霧処理ゾーン2)で、アルカリ性ガスとして窒素ガス希釈のNH3(500ppm)を用いて酸化珪素
膜に対してガス噴霧処理を下記の条件で行った。
-Alkaline mixed gas treatment-
Next, with respect to the PET base material with a silicon oxide film having an OH mixture ratio of 0.05 or more after the plasma CVD film formation, the spray processing apparatus of FIG. 3 (the alkali mixed gas spray processing zone 2 of FIG. ), Gas spraying was performed on the silicon oxide film under the following conditions using NH 3 (500 ppm) diluted with nitrogen gas as the alkaline gas.

[装置構成]
まず、図3の噴霧処理装置において、平板21と平板22との間隔を2mmに設定し、平板21の表面温度は70℃とし、平板22、幅150mmの給気ノズル3及び排気ノズル24を温度調節することにより、給気ノズル23から供給されるアルカリ混合ガスの温度を50℃となるように設定した。
[Device configuration]
First, in the spray processing apparatus of FIG. 3, the distance between the flat plate 21 and the flat plate 22 is set to 2 mm, the surface temperature of the flat plate 21 is 70 ° C., and the supply nozzle 3 and the exhaust nozzle 24 having a width of 150 mm are heated. By adjusting the temperature, the temperature of the alkali mixed gas supplied from the air supply nozzle 23 was set to 50 ° C.

[ガス条件]
噴霧処理に用いるアルカリ混合ガスを窒素ガスにて希釈されたNH3とし、そのNH3濃度を500ppm、ガス温度を50℃とした。
[Gas conditions]
The alkali mixed gas used for the spraying treatment was NH 3 diluted with nitrogen gas, the NH 3 concentration was 500 ppm, and the gas temperature was 50 ° C.

[噴霧処理条件]
前記酸化珪素膜付きPETフィルムSを、図3の噴霧処理装置の平板21上に密着させた状態で、走行速度1m/分にて基材フィルムを走行させた。また、給気ノズル23から前記アルカリ混合ガスを20slm導入するとともに、排気ノズル24にて30slm排気を行って、酸化珪素膜に対して噴霧処理を行った。
[Spray treatment conditions]
The base film was run at a running speed of 1 m / min in a state where the PET film S with silicon oxide film was in close contact with the flat plate 21 of the spray treatment apparatus of FIG. Further, 20 ml of the alkali mixed gas was introduced from the air supply nozzle 23, and 30 slm was exhausted by the exhaust nozzle 24, so that the silicon oxide film was sprayed.

以上の処理で得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について以下の方法で評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The sample (PET substrate with a silicon oxide film) obtained by the above treatment was evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 1 below.

<評価方法>
以上のプロセスにより作製した酸化珪素膜付きのPET基材を5cm角に切り抜き、裏面を#400のサンドペーパーで荒らした後に、黒インクにて約直径2cmの大きさに塗りつぶしてサンプルを作製した。この裏面処理したサンプルについて、波長380〜780nmの反射率スパクトルを分光光度計(島津製作所社製、型式「UV−3101PC」)を用いて測定した。この反射率スパクトルを、光学特性計算ソフト(J.A.Woollam社 V.A.S.E.for Windows(R))にて解析して、初期膜厚を算出した。さらに、このサンプルを90℃で3日間(72時間)放置した後、前記手法を用いて膜厚を測定し、その測定結果から膜厚変化率を下記の式にて求めた。
<Evaluation method>
A PET base material with a silicon oxide film produced by the above process was cut into 5 cm square, and the back surface was roughened with # 400 sandpaper, and then painted with black ink to a size of about 2 cm in diameter to produce a sample. With respect to this back-treated sample, a reflectance spectrum with a wavelength of 380 to 780 nm was measured using a spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, model “UV-3101PC”). The reflectance spectrum was analyzed with optical characteristic calculation software (JA Woollam V.A.S.E. for Windows (R)) to calculate the initial film thickness. Furthermore, after leaving this sample at 90 ° C. for 3 days (72 hours), the film thickness was measured using the above-described method, and the film thickness change rate was obtained from the measurement result by the following formula.

膜厚変化率(%)=[(1−(経時変化後膜厚/初期膜厚)]×100
<実施例2>
実施例1において、ガス噴霧処理で用いるアルカリ混合ガスの濃度を5ppmとしたこと以外は、実施例1と同じとした。
Film thickness change rate (%) = [(1− (film thickness after aging / initial film thickness)] × 100
<Example 2>
In Example 1, it was made the same as Example 1 except having set the density | concentration of the alkali mixed gas used by a gas spray process to 5 ppm.

得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について実施例1と同じ評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The same evaluation as Example 1 was performed about the obtained sample (PET base material with a silicon oxide film). The evaluation results are shown in Table 1 below.

<実施例3>
有機金属化合物であるテトラエトキシシラン100重量部を、イソプロプロピルアルコール1300重量部に溶解させたものに、0.36%塩酸55重量部を攪拌しながら添加し、25℃で2時間攪拌することによりコーティング溶液を得た。得られたコーティング溶液を、厚さ75μmのPETフィルム上に、スピンコーターにて400rpm、30秒の条件で厚さが150nmとなるように調整しながらコーティングして、酸化珪素膜を得た。成膜後の酸化珪素膜に対して、実施例1と同じアルカリ混合ガス噴霧処理を行った。
<Example 3>
By adding 100 parts by weight of tetraethoxysilane, which is an organometallic compound, to 1300 parts by weight of isopropyl alcohol, with stirring, 55 parts by weight of 0.36% hydrochloric acid and stirring at 25 ° C. for 2 hours A coating solution was obtained. The obtained coating solution was coated on a 75 μm-thick PET film while adjusting the thickness to 150 nm under a condition of 400 rpm and 30 seconds with a spin coater to obtain a silicon oxide film. The same alkali mixed gas spraying process as that in Example 1 was performed on the silicon oxide film after film formation.

得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について実施例1と同じ評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The same evaluation as Example 1 was performed about the obtained sample (PET base material with a silicon oxide film). The evaluation results are shown in Table 1 below.

<実施例4>
実施例1において、濃度0.1wt%のアンモニア水から自然揮発するガスをアルカリ混合ガス噴霧処理に用いたこと以外は、実施例1と同じとした。
<Example 4>
In Example 1, it was set as the same as Example 1 except having used the gas which volatilizes naturally from the 0.1 wt% ammonia water for alkali mixed gas spraying process.

得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について実施例1と同じ評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The same evaluation as Example 1 was performed about the obtained sample (PET base material with a silicon oxide film). The evaluation results are shown in Table 1 below.

<比較例1>
実施例1において、アルカリ混合ガス噴霧処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同じとした。
<Comparative Example 1>
In Example 1, it was set as the same as Example 1 except not having performed alkali mixed gas spraying processing.

得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について実施例1と同じ評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The same evaluation as Example 1 was performed about the obtained sample (PET base material with a silicon oxide film). The evaluation results are shown in Table 1 below.

<比較例2>
実施例1において、アルカリ混合ガス噴霧処理に替えて、90℃で10分の熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同じとした。
<Comparative example 2>
In Example 1, it replaced with the alkali mixed gas spray process, and it was the same as Example 1 except having performed heat processing for 10 minutes at 90 degreeC.

得られた試料(酸化珪素膜付きのPET基材)について実施例1と同じ評価を行った。その評価結果を下記の表1に示す。   The same evaluation as Example 1 was performed about the obtained sample (PET base material with a silicon oxide film). The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 2005162543
Figure 2005162543

本発明は、プラスチックフィルムのような耐熱性の低い基材の表面に、光透過、反射防止/反射または選択反射などの光学機能、光触媒機能、ハードコート機能、ガスバリア性機能、あるいは導電性機能などの機能を付与するのに有効に利用できる。   The present invention provides an optical function such as light transmission, antireflection / reflection or selective reflection, a photocatalytic function, a hard coat function, a gas barrier function, or a conductive function on the surface of a substrate having low heat resistance such as a plastic film. It can be used effectively to give the function of.

本発明の金属酸化物薄膜の作製方法の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the preparation methods of the metal oxide thin film of this invention. 図1の金属酸化物薄膜成膜ゾーンに用いる成膜装置の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the film-forming apparatus used for the metal oxide thin film film-forming zone of FIG. 図1のアルカリ混合ガス噴霧ゾーンに用いる噴霧処理装置の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the spray processing apparatus used for the alkali mixed gas spray zone of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 金属酸化物薄膜成膜ゾーン
2 アルカリ混合ガス噴霧ゾーン
10 容器
11 ロール電極
12 曲面電極
13 電源
21,22 平板
23 給気ノズル
24 排気ノズル
S 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal oxide thin film film-forming zone 2 Alkali mixed gas spray zone 10 Container 11 Roll electrode 12 Curved electrode 13 Power supply 21,22 Flat plate 23 Supply nozzle 24 Exhaust nozzle S Substrate

Claims (6)

R”mMe(OR’)n(Meは中心金属、R’は炭化水素基、R”は炭化水素基及びハロゲンもしくはH、n>0)で示される金属アルコキシドを原料に用いて成膜された金属酸化物薄膜に対して、アルカリ性を有するガスを1種類以上含みかつキャリアガスにて希釈したアルカリ混合ガス、または、前記アルカリ混合ガスと水分を含むガスとの混合ガスを噴霧することを特徴とする金属酸化物薄膜の作製方法。 R ″ m Me (OR ′) n (Me is a central metal, R ′ is a hydrocarbon group, R ″ is a hydrocarbon group and halogen or H, and n> 0). The metal oxide thin film is sprayed with an alkali mixed gas containing one or more kinds of alkali gas and diluted with a carrier gas, or a mixed gas of the alkali mixed gas and a gas containing moisture. A method for producing a metal oxide thin film. 前記アルカリ混合ガス噴霧処理前における金属酸化物薄膜の内部構造が、FT−IR測定において、Me−OH結合とMe−O−Me結合とのピーク強度比から以下の式にて算出されるOH混在比が0.05以上であることを特徴とする請求項1記載の金属酸化物薄膜の作製方法。
OH混在比=(Me−OH強度)/(Me−O−Me強度)
The internal structure of the metal oxide thin film before the alkali mixed gas spraying treatment is FT-IR measurement, and the OH mixture calculated from the peak intensity ratio of the Me—OH bond and the Me—O—Me bond by the following formula The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the ratio is 0.05 or more.
OH mixing ratio = (Me-OH strength) / (Me-O-Me strength)
前記アルカリ混合ガスの濃度が10ppm以上で1%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の金属酸化物薄膜の作製方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the concentration of the alkali mixed gas is 10 ppm or more and 1% or less. 前記金属アルコキシドを原料に用いた金属酸化物薄膜の成膜法がプラズマCVD法であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の作製方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein a film forming method of the metal oxide thin film using the metal alkoxide as a raw material is a plasma CVD method. 当該金属酸化物薄膜が酸化珪素であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属酸化物薄膜の作製方法。   The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the metal oxide thin film is silicon oxide. 前記アルカリ混合ガスがNH3を含む混合ガスであることを特徴とする請求項1〜5の
いずれかに記載の金属酸化物薄膜の作製方法。

The method for producing a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the alkali mixed gas is a mixed gas containing NH 3 .

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