JP2014173150A - Production method of water-repellent thin film, and water-repellent treatment device - Google Patents

Production method of water-repellent thin film, and water-repellent treatment device Download PDF

Info

Publication number
JP2014173150A
JP2014173150A JP2013047704A JP2013047704A JP2014173150A JP 2014173150 A JP2014173150 A JP 2014173150A JP 2013047704 A JP2013047704 A JP 2013047704A JP 2013047704 A JP2013047704 A JP 2013047704A JP 2014173150 A JP2014173150 A JP 2014173150A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
thin film
atmospheric pressure
pressure plasma
repellent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013047704A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6135847B2 (en
Inventor
Masaru Hori
勝 堀
Keigo Takeda
圭吾 竹田
Masanaga Ogawa
雅永 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Ajinomoto AGF Inc
Original Assignee
Nagoya University NUC
Ajinomoto General Foods Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya University NUC, Ajinomoto General Foods Inc filed Critical Nagoya University NUC
Priority to JP2013047704A priority Critical patent/JP6135847B2/en
Publication of JP2014173150A publication Critical patent/JP2014173150A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6135847B2 publication Critical patent/JP6135847B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Materials Applied To Surfaces To Minimize Adherence Of Mist Or Water (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of a water-repellent thin film having super water-repellent property.SOLUTION: Atmospheric pressure plasma is generated by using mixed gas of Ar and Hby an atmospheric pressure plasma generating apparatus 10. The atmospheric pressure plasma is radiated together with a gas flow in the y-axis direction from an opening of a hole 123. Then, hexamethyldisiloxane is formed mistily by using a mist feeding device 20, and mixed with the atmospheric pressure plasma through a mist feeding pipe 207. Hereby, a water-repellent thin film 60 is deposited on the surface of a substrate 30.

Description

本発明は、大気圧プラズマ化学気相成長法を用いて、撥水性薄膜を基材表面に形成する撥水性薄膜の製造方法に関する。また、その撥水性薄膜を基材表面に形成して撥水処理する撥水処理装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a water-repellent thin film that forms a water-repellent thin film on the surface of a substrate using atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition. The present invention also relates to a water-repellent treatment apparatus that forms a water-repellent thin film on a substrate surface and performs a water-repellent treatment.

現在、対象物の表面に撥水性の薄膜を堆積して撥水処理を行うことが様々な分野において行われている。たとえば、自動車のランプカバーや太陽電池、パラボラアンテナなどには着霧、着霜、着雪、着水などの防止の目的で、電子機器のフレキシブル基板には耐腐食性・防湿性の目的で、撥水処理が施されている。   Currently, water repellent treatment is performed by depositing a water repellent thin film on the surface of an object in various fields. For example, automotive lamp covers, solar cells, parabolic antennas, etc. for the purpose of preventing fogging, frosting, snowing, water landing, etc., and flexible substrates for electronic devices for the purpose of corrosion resistance and moisture proofing, Water repellent treatment is applied.

従来の撥水処理方法としては、蒸着法や化学気相成長法などの真空で撥水性の薄膜を成膜する方法がある。しかし、蒸着法等により真空で成膜する方法では、真空装置が必要となるため、量産性や簡易さ、コストなどの点で問題があった。また、スプレーなどにより撥水性の材料を塗布する方法も知られている。しかしこの方法にも、撥水性材料の接着性が弱い、という欠点があった。   As a conventional water-repellent treatment method, there is a method of forming a water-repellent thin film in a vacuum such as an evaporation method or a chemical vapor deposition method. However, a method of forming a film in a vacuum by an evaporation method or the like has a problem in terms of mass productivity, simplicity, and cost because a vacuum apparatus is required. A method of applying a water-repellent material by spraying or the like is also known. However, this method also has a drawback that the adhesiveness of the water repellent material is weak.

他の撥水処理方法として、特許文献1に記載の方法がある。特許文献1では、原料ガスを有機ケイ素化合物とするプラズマCVD(化学気相成長)法によって、炭素含有ケイ素化合物からなる撥水性薄膜をプラスチック基材上に形成して撥水処理を行うことが記載されている。また、撥水性薄膜の成膜時に、プラスチック基材をTg以下に冷却し、酸素を含まない雰囲気下とすることが記載されている。この撥水処理方法は、低コストで連続処理が可能である。また、プラズマCVD法においてプラズマとして大気圧プラズマを用いる方法も知られており、大気圧プラズマを用いると、プラズマ密度が高いため高速処理が可能である。   As another water repellent treatment method, there is a method described in Patent Document 1. Patent Document 1 describes that a water-repellent thin film made of a carbon-containing silicon compound is formed on a plastic substrate by a plasma CVD (chemical vapor deposition) method using an organic silicon compound as a source gas, and water-repellent treatment is performed. Has been. In addition, it is described that the plastic substrate is cooled to Tg or less during the formation of the water-repellent thin film so that the atmosphere does not contain oxygen. This water repellent treatment method enables continuous treatment at low cost. In addition, a method using atmospheric pressure plasma as plasma in the plasma CVD method is also known. When atmospheric pressure plasma is used, high-speed processing is possible because of high plasma density.

特開2011−12285号公報JP 2011-12285 A

特許文献1の撥水処理方法は、撥水性薄膜の表面自由エネルギーによって撥水性を得るものである。しかし、表面自由エネルギーだけでは高い撥水性を得ることは難しく、特に超撥水性(表面の水滴の接触角が150°以上となる場合)を得ることは困難であり、また撥水性の制御も容易ではない。また、特許文献1よりも高速処理が可能な撥水処理方法が求められていた。   The water repellent treatment method of Patent Document 1 is to obtain water repellency by the surface free energy of the water repellent thin film. However, it is difficult to obtain high water repellency with surface free energy alone, and in particular, it is difficult to obtain super water repellency (when the contact angle of water droplets on the surface is 150 ° or more), and control of water repellency is easy. is not. Further, there has been a demand for a water repellent treatment method capable of high-speed treatment as compared with Patent Document 1.

そこで本発明の目的は、基材に撥水性薄膜を形成することができ、高い撥水性を得ることができる撥水性薄膜の製造方法、および撥水処理装置を提供することである。特に、立体的形状の基材の所望の一部分に撥水処理を施すことができる撥水処理方法の実現を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a water-repellent thin film capable of forming a water-repellent thin film on a substrate and obtaining high water repellency, and a water-repellent treatment apparatus. In particular, an object is to realize a water repellent treatment method capable of performing a water repellent treatment on a desired part of a three-dimensional base material.

本発明は、有機ケイ素化合物を撥水性薄膜の原料とした大気圧プラズマ化学気相成長を用いて、撥水性薄膜を基材表面に形成する撥水性薄膜の製造方法において、撥水性薄膜の原料として液体材料を用い、大気圧プラズマを、不活性ガスを含み、かつ有機ケイ素化合物を含まないガスを用いて発生させ、撥水性薄膜の原料をミストにして大気圧プラズマに混合することで、前記撥水性薄膜を前記基材表面に化学気相成長させる、ことを特徴とする撥水性薄膜の製造方法である。   The present invention relates to a method for producing a water-repellent thin film on a substrate surface using atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition using an organosilicon compound as a raw material for the water-repellent thin film. Using a liquid material, atmospheric pressure plasma is generated using a gas containing an inert gas and not containing an organosilicon compound, and the water-repellent thin film raw material is mixed with atmospheric pressure plasma as a mist. A method for producing a water-repellent thin film, comprising subjecting an aqueous thin film to chemical vapor deposition on the surface of the substrate.

撥水性薄膜の撥水性は、大気圧プラズマと基材表面との距離、および大気圧プラズマへのミストの導入位置によって制御することができる。特に、ミストを大気圧プラズマの発生部近傍に導入し、基材表面が大気圧プラズマの発光領域内となるよう基材を配置することにより、撥水性薄膜の表面を超撥水性とすることができる。   The water repellency of the water-repellent thin film can be controlled by the distance between the atmospheric pressure plasma and the substrate surface and the position of mist introduction into the atmospheric pressure plasma. In particular, the surface of the water-repellent thin film can be made super water-repellent by introducing the mist in the vicinity of the generating portion of the atmospheric pressure plasma and arranging the substrate so that the surface of the substrate is in the emission region of the atmospheric pressure plasma. it can.

撥水性薄膜の原料には、液体の有機ケイ素化合物のほか、溶媒に固体または気体の有機ケイ素化合物を溶解させたものを用いることができる。複数種の有機ケイ素化合物を混合して用いてもよい。有機ケイ素化合物には、メチル基、エチル基などのアルキル基を有し、かつSi−O結合を持つ化合物を用いることができ、たとえば、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラン、テトラメチルジシロキサン、などを用いることができる。   As a raw material for the water-repellent thin film, a liquid organic silicon compound or a solid or gaseous organic silicon compound dissolved in a solvent can be used. A plurality of types of organosilicon compounds may be mixed and used. As the organosilicon compound, a compound having an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group and having a Si—O bond can be used. For example, hexamethyldisiloxane, hexamethyldisilazane, hexamethyldisilane, tetra For example, methyldisiloxane can be used.

撥水性薄膜の厚さ(平均の厚さ)は、撥水性を十分に発揮させるため、あるいは撥水性薄膜の密着性・耐久性を十分とするために、10nm以上とすることが望ましい。より望ましくは10〜10000nmである。   The thickness (average thickness) of the water-repellent thin film is desirably 10 nm or more in order to sufficiently exhibit the water repellency or to sufficiently provide the adhesion and durability of the water-repellent thin film. More desirably, the thickness is 10 to 10,000 nm.

撥水性薄膜の原料のミスト化の方法は、超音波振動子による超音波振動でミスト化する超音波方式、霧吹きの原理によりミスト化する加圧方式、回転するディスクに液体を滴下し、遠心力によって飛散させてミスト化する回転ディスク方式、インクジェット方式、などの各種方法を用いることができる。超音波方式によれば、発生したミストは直径が数μmと小さく、かつ初速が小さいので空気中に滞留する。そのため、ミストをArなどの不活性ガスによって搬送して大気圧プラズマに混合させることができ、不活性ガスの制御によって容易にミストの流量、流速、供給量等を制御することができる。その結果、撥水性薄膜の成膜速度や撥水性の制御が容易となる。   The water-repellent thin film material is misted by an ultrasonic method that mists by ultrasonic vibration by an ultrasonic vibrator, a pressure method that mists by the principle of spraying, a liquid that drops on a rotating disk, and centrifugal force Various methods such as a rotating disk method, an ink jet method, and the like that are dispersed by mist to form a mist can be used. According to the ultrasonic method, the generated mist has a diameter as small as several μm and has a small initial speed, so that it stays in the air. Therefore, the mist can be conveyed by an inert gas such as Ar and mixed with the atmospheric pressure plasma, and the flow rate, flow rate, supply amount, etc. of the mist can be easily controlled by controlling the inert gas. As a result, the film forming speed and water repellency of the water repellent thin film can be easily controlled.

ミストは、複数の方向から大気圧プラズマに混合してもよい。また、大気圧プラズマの流れる方向に対して垂直な方向に噴霧して混合するとよい。より均質な撥水性薄膜を形成することができるからである。   The mist may be mixed into the atmospheric pressure plasma from a plurality of directions. Moreover, it is good to spray and mix in the direction perpendicular | vertical with respect to the direction through which atmospheric pressure plasma flows. This is because a more uniform water-repellent thin film can be formed.

大気圧プラズマを発生させるガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素等の不活性ガスを用いることができ、それらの不活性ガスに水素、酸素、空気などの撥水性薄膜の原料ガス以外のガスを混合したガスなどを用いることができる。大気圧プラズマを安定して生成するために、内部を窒素等の不活性ガスを満たした容器内で大気圧プラズマを発生させ、その容器内で撥水性薄膜の成膜を行うようにしてもよい。   As a gas for generating atmospheric pressure plasma, a rare gas such as helium, neon, or argon, or an inert gas such as nitrogen can be used, and a raw material for a water-repellent thin film such as hydrogen, oxygen, or air is used as the inert gas. A gas in which a gas other than the gas is mixed can be used. In order to stably generate atmospheric pressure plasma, atmospheric pressure plasma may be generated in a container filled with an inert gas such as nitrogen, and a water-repellent thin film may be formed in the container. .

基材は、任意の材料、形状のものを用いることができる。平板状である必要はなく、立体的形状であってもよい。   The substrate can be of any material and shape. It does not need to be flat and may have a three-dimensional shape.

また本発明は、有機ケイ素化合物を撥水性薄膜の原料とした大気圧プラズマ化学気相成長を用い、撥水性薄膜を基材表面に形成することにより、基材表面を撥水処理する撥水処理装置において、不活性ガスを含み、かつ有機ケイ素化合物を含まないガスを用いて大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置と、撥水性薄膜の原料として液体材料を用い、その撥水性薄膜の原料をミストにして大気圧プラズマに混合するミスト供給装置と、を有することを特徴とする撥水処理装置である。   The present invention also provides a water-repellent treatment that uses the atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition using an organosilicon compound as a raw material for the water-repellent thin film to form a water-repellent thin film on the surface of the substrate, thereby repelling the surface of the substrate. In the apparatus, an atmospheric pressure plasma generator for generating atmospheric pressure plasma using a gas containing an inert gas and not containing an organosilicon compound, and using a liquid material as a raw material for the water-repellent thin film, the raw material for the water-repellent thin film And a mist supply device for mixing the mist with atmospheric pressure plasma.

大気圧プラズマと基材表面との距離、および大気圧プラズマへのミストの導入位置は可変とするのがよい。撥水性薄膜の撥水性の制御が容易な撥水処理装置とすることができる。   It is preferable that the distance between the atmospheric pressure plasma and the substrate surface and the position where the mist is introduced into the atmospheric pressure plasma are variable. It is possible to provide a water-repellent treatment apparatus that can easily control the water repellency of the water-repellent thin film.

本発明によれば、基材表面に微細構造を有した撥水性薄膜を容易に形成することができ、基材表面が高い撥水性を有するよう容易に処理することができる。また本発明は、大気圧プラズマと前記基材表面と基材表面との距離、および大気圧プラズマへのミストの導入位置によって容易に撥水性の制御が可能である。また、大気圧プラズマを生成してからミストを混合しているため、大気圧プラズマの生成が安定し、撥水性薄膜の生成も安定する。また、本発明は常温・常圧で高速に撥水性薄膜を形成することができ、製造コストの低減、高速処理が可能である。   According to the present invention, it is possible to easily form a water-repellent thin film having a fine structure on the surface of the substrate, and to easily treat the surface of the substrate to have high water repellency. In the present invention, the water repellency can be easily controlled by the distance between the atmospheric pressure plasma, the substrate surface and the substrate surface, and the position of the mist introduced into the atmospheric pressure plasma. Further, since the mist is mixed after the atmospheric pressure plasma is generated, the generation of the atmospheric pressure plasma is stable, and the generation of the water-repellent thin film is also stable. Further, the present invention can form a water-repellent thin film at high speed at normal temperature and normal pressure, and can reduce the manufacturing cost and perform high-speed processing.

撥水処理装置1の構成を示した図。The figure which showed the structure of the water-repellent treatment apparatus. 大気圧プラズマ発生装置10の構成を示した断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the atmospheric pressure plasma generator 10. 大気圧プラズマ発生装置10の構成を示した断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the atmospheric pressure plasma generator 10. 電極120a、120bの構成を示した図。The figure which showed the structure of the electrodes 120a and 120b. 距離Dまたは距離Lと撥水性との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the distance D or the distance L, and water repellency. 撥水性薄膜60のFT−IR測定結果を示したグラフ。The graph which showed the FT-IR measurement result of the water-repellent thin film 60. Si−O−Si結合に対するSi−CH3 結合のピーク面積比の距離D依存性を示したグラフ。Graph showing the distance D dependent Si-CH 3 bonds of the peak area ratio Si-O-Si bonds. 撥水性薄膜60表面または断面のSEM像。The SEM image of the surface or cross section of the water-repellent thin film 60. 撥水性薄膜60表面または断面のSEM像。The SEM image of the surface or cross section of the water-repellent thin film 60. 撥水性薄膜60の製造工程を示した図。The figure which showed the manufacturing process of the water-repellent thin film.

以下、本発明の具体的な実施例について、図を参照に説明するが本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.

まず、実施例1の撥水性薄膜の製造に用いる撥水処理装置1について説明する。   First, the water repellent treatment apparatus 1 used for manufacturing the water repellent thin film of Example 1 will be described.

撥水処理装置1は、図1に示すように、大気圧プラズマ発生装置10と、ミスト供給装置20と、被処理体である基板30を配置するステージ40と、大気圧プラズマ発生装置10、基板30およびステージ40が内部に配置される筐体50と、を有している。以下、各構成について詳しく説明する。   As shown in FIG. 1, the water repellent treatment apparatus 1 includes an atmospheric pressure plasma generation apparatus 10, a mist supply apparatus 20, a stage 40 on which a substrate 30 as an object to be processed is disposed, an atmospheric pressure plasma generation apparatus 10, a substrate. 30 and a stage 50 in which the stage 40 is disposed. Hereinafter, each configuration will be described in detail.

まず、大気圧プラズマ発生装置10の構成について、図2〜4を参照に説明する。図2は、大気圧プラズマ発生装置10の構成を示した断面図、図3は、大気圧プラズマ発生装置10のプラズマ化領域Pの長手方向に垂直な断面図である。   First, the configuration of the atmospheric pressure plasma generator 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the atmospheric pressure plasma generator 10, and FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the plasma region P of the atmospheric pressure plasma generator 10.

大気圧プラズマ発生装置10は、図2のように、アルミナ(Al2 3 )を原料とする焼結体からなる筐体100を有する。アルミナの他にも、内部で発生する大気圧プラズマに対して耐性の強い材料を用いることができ、たとえば焼結窒化ホウ素(PBN)などを用いることができる。 As shown in FIG. 2, the atmospheric pressure plasma generator 10 has a housing 100 made of a sintered body made of alumina (Al 2 O 3 ) as a raw material. In addition to alumina, a material that is highly resistant to atmospheric pressure plasma generated therein can be used. For example, sintered boron nitride (PBN) can be used.

筐体100の内部には、長手方向に直線状に伸びた(以下、この方向をx軸方向という)プラズマ化領域Pが設けられている。筐体100は、直径8mmの孔105と、直径5mmの2つの孔103と、その孔103の形成された拡散板104と、案内部106と、を含むガス導入口102を有している。孔103は、x軸方向に長辺を有する長方形状、スリット状であってもよい。ガス導入口102は供給管101に接続されていて、供給管101からガス導入口102へと大気圧プラズマを生成するためのガスが導入される。   Inside the housing 100 is provided a plasma region P that extends linearly in the longitudinal direction (hereinafter, this direction is referred to as the x-axis direction). The casing 100 has a gas inlet 102 including a hole 105 having a diameter of 8 mm, two holes 103 having a diameter of 5 mm, a diffusion plate 104 in which the hole 103 is formed, and a guide portion 106. The hole 103 may have a rectangular shape or a slit shape having long sides in the x-axis direction. The gas inlet 102 is connected to the supply pipe 101, and a gas for generating atmospheric pressure plasma is introduced from the supply pipe 101 to the gas inlet 102.

大気圧プラズマを生成するためのガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素等の不活性ガスを用いることができ、それらの不活性ガスに水素、酸素、空気などの撥水性薄膜の原料ガス以外のガスを混合したガスなどを用いることができる。特に水素を混合したガスを用いると、水素の還元作用により、後述の電極120a、120bの酸化を抑制することができる。   As the gas for generating the atmospheric pressure plasma, a rare gas such as helium, neon, or argon or an inert gas such as nitrogen can be used, and a hydrogen repellent thin film such as hydrogen, oxygen, or air is used as the inert gas. A gas mixed with a gas other than the source gas can be used. In particular, when a gas mixed with hydrogen is used, oxidation of electrodes 120a and 120b described later can be suppressed by the reduction action of hydrogen.

ガス導入口102へと導入されたガスは、孔105から拡散板104へ流れ、拡散板104によってx軸方向に2分されて、孔103からプラズマ化領域Pの方に案内される。   The gas introduced into the gas inlet 102 flows from the hole 105 to the diffusion plate 104, is divided into two in the x-axis direction by the diffusion plate 104, and is guided from the hole 103 toward the plasma region P.

案内部106は、プラズマ化領域Pのx軸方向に一様に、x軸方向に垂直な方向(以下、この方向でガスが流れる方向をy軸方向という)にガスを流すための直径1.5mmの多数の孔を有する。案内部106は、多数の孔が形成された筐体100のプラズマ化領域P上流側壁面であり、多数の孔と、この壁面とで、拡散部108が構成される。筐体100のプラズマ化領域Pの下流側壁面には、排出部121が形成されている。排出部121には、y軸方向に軸を有する孔123が、x軸方向に沿って多数配設されている。孔123の直径は0.5mm、孔123のx軸方向の間隔は2.5mmで、合計16個設けられている。   The guide portion 106 has a diameter 1... For flowing gas in a direction perpendicular to the x-axis direction (hereinafter, a direction in which gas flows in this direction is referred to as a y-axis direction) uniformly in the x-axis direction of the plasma region P. It has a number of holes of 5mm. The guide portion 106 is the upstream side wall surface of the plasma forming region P of the housing 100 in which a large number of holes are formed, and the diffusion portion 108 is configured by the large number of holes and the wall surface. A discharge part 121 is formed on the downstream side wall surface of the plasma generation region P of the housing 100. A large number of holes 123 having an axis in the y-axis direction are arranged in the discharge portion 121 along the x-axis direction. The hole 123 has a diameter of 0.5 mm, and the holes 123 have an interval in the x-axis direction of 2.5 mm, for a total of 16 holes.

プラズマ化領域Pは、x軸方向に垂直な断面の短辺を2mm、長辺(y軸方向に平行)を5mmの長方形とし、x軸方向の長さを2cmとした。   The plasma region P has a rectangular shape with a short side of 2 mm and a long side (parallel to the y-axis direction) of 5 mm, and a length of 2 cm in the x-axis direction.

プラズマ化領域Pのx軸方向両端には、電極120a、120bが離間、対向して設けられている。電極120a、120bは、図4のように、互いに対向する面が深さ0.5mm程度の凹部(ホロー)Hを多数有した凹凸面となっている。電極120a、120bの材料としては、ステンレス、モリブデン、タンタル、ニッケル、銅、タングステン、白金、またはこれらの合金などを使用することができる。電源は、100V、60Hzの商用交流電源を用い、これを9kVに昇圧して電極120a、120bに印加する。なお、印加する電圧はこれに限るものではなく、直流、交流、パルス、その他任意であり、周波数も制限はない。   Electrodes 120a and 120b are provided at both ends of the plasma region P in the x-axis direction so as to be spaced apart from each other. As shown in FIG. 4, the electrodes 120 a and 120 b are uneven surfaces having a large number of recesses (hollows) H each having a depth of about 0.5 mm. As a material of the electrodes 120a and 120b, stainless steel, molybdenum, tantalum, nickel, copper, tungsten, platinum, or an alloy thereof can be used. As a power source, a commercial AC power source of 100 V and 60 Hz is used, and this is boosted to 9 kV and applied to the electrodes 120a and 120b. Note that the voltage to be applied is not limited to this, and any direct current, alternating current, pulse, or any other value can be used, and the frequency is not limited.

常温(1〜30℃)、常圧(大気圧、ただし0.5〜2気圧程度も大気圧とする)において、ガス導入口102から大気圧プラズマを生成するためのガスを導入し、電極120a、120b間に電圧を印加すると、プラズマ化領域Pに大気圧プラズマが生成される。その大気圧プラズマは、ガス流に乗って孔123を通って筐体100の外部へy軸方向に伸びる。   A gas for generating atmospheric pressure plasma is introduced from the gas inlet 102 at room temperature (1 to 30 ° C.) and normal pressure (atmospheric pressure, but about 0.5 to 2 atm is atmospheric pressure), and the electrode 120a , 120b, atmospheric pressure plasma is generated in the plasma region P. The atmospheric pressure plasma rides on the gas flow and extends in the y-axis direction through the hole 123 to the outside of the housing 100.

次に、ミスト供給装置20の構成について説明する。ミスト供給装置20は、図1のように、T字型の継手201と、継手201の一方の開口にその開口201aを塞ぐように張られたアルミ膜202と、水203を保持する容器204と、水203の中であって容器204の底面に配置された超音波振動子205と、によって構成されている。継手201の開口201aは、容器204の水203の中に配置されている。また、アルミ膜202と継手201の壁面とで囲まれる凹部には、液体の撥水性薄膜原料であるヘキサメチルジシロキサン206が保持されている。   Next, the configuration of the mist supply device 20 will be described. As shown in FIG. 1, the mist supply device 20 includes a T-shaped joint 201, an aluminum film 202 stretched so as to block one opening of the joint 201, and a container 204 that holds water 203. The ultrasonic transducer 205 is disposed in the water 203 and on the bottom surface of the container 204. The opening 201 a of the joint 201 is disposed in the water 203 of the container 204. Further, in a recess surrounded by the aluminum film 202 and the wall surface of the joint 201, hexamethyldisiloxane 206, which is a liquid water-repellent thin film material, is held.

撥水性薄膜の原料には、ヘキサメチルジシロキサン206以外の液体の有機ケイ素化合物を用いることができ、溶媒に固体または気体の有機ケイ素化合物を溶解させたものを用いることもできる。複数種の有機ケイ素化合物を混合して用いてもよい。有機ケイ素化合物には、メチル基、エチル基などのアルキル基を有し、かつSi−O結合を持つ化合物を用いることができ、たとえば、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラン、テトラメチルジシロキサン、などを用いることができる。   As a raw material for the water-repellent thin film, a liquid organosilicon compound other than hexamethyldisiloxane 206 can be used, and a solution obtained by dissolving a solid or gaseous organosilicon compound in a solvent can also be used. A plurality of types of organosilicon compounds may be mixed and used. As the organosilicon compound, a compound having an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group and having a Si—O bond can be used. For example, hexamethyldisilazane, hexamethyldisilane, tetramethyldisiloxane, etc. Can be used.

このミスト供給装置20は、超音波振動子205による超音波振動によって水203を振動させることでアルミ膜202を振動させ、さらにアルミ膜202の振動によってヘキサメチルジシロキサン206を振動させて、ヘキサメチルジシロキサン206をミスト化する。ミスト化した撥水性薄膜の原料206は、継手201のアルミ膜202が張られていない側の2つの開口のうち、一方の開口201bから導入されるキャリアガスであるArに混合されて搬送され、他方の開口201cに接続するミスト供給管207によって、大気圧プラズマ発生装置10の大気圧プラズマ照射部近傍まで搬送される。ミスト供給管207のミスト導入口207a(大気圧プラズマにミストが導入される側の開口)近傍は、その軸方向が、大気圧プラズマの流れる方向に対して垂直となっており、その大気圧プラズマの流れる方向に沿ってミスト供給管207のミスト導入口207a近傍が移動することにより、ミスト導入口207aの位置は、大気圧プラズマの流れる方向に沿って可変となっている。これにより、大気圧プラズマへのミスト導入位置を制御することができるよう構成されている。ミスト供給管207の直径は6.4mmである。また、Arの流速、流量等によって容易に大気圧プラズマへのミストの供給量等を制御することができる。   This mist supply device 20 vibrates the aluminum film 202 by vibrating the water 203 by ultrasonic vibration by the ultrasonic vibrator 205, and further vibrates the hexamethyldisiloxane 206 by vibration of the aluminum film 202, thereby producing hexamethyl. Disiloxane 206 is misted. The mist-formed raw material 206 of the water-repellent thin film is mixed and conveyed with Ar which is a carrier gas introduced from one opening 201b of the two openings on the side where the aluminum film 202 of the joint 201 is not stretched, The mist supply pipe 207 connected to the other opening 201c is transported to the vicinity of the atmospheric pressure plasma irradiation unit of the atmospheric pressure plasma generator 10. The axial direction of the mist supply pipe 207 in the vicinity of the mist inlet 207a (the opening on the side where mist is introduced into the atmospheric plasma) is perpendicular to the direction in which the atmospheric plasma flows. When the vicinity of the mist introduction port 207a of the mist supply pipe 207 moves along the flow direction of mist, the position of the mist introduction port 207a is variable along the flow direction of atmospheric pressure plasma. Thereby, it is comprised so that the mist introduction | transduction position to atmospheric pressure plasma can be controlled. The diameter of the mist supply pipe 207 is 6.4 mm. In addition, the supply amount of mist to the atmospheric pressure plasma can be easily controlled by the flow rate, flow rate, etc. of Ar.

キャリアガスには、Arの他にも、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスや窒素等の不活性ガスを用いることができる。   In addition to Ar, a rare gas such as helium, neon, or argon, or an inert gas such as nitrogen can be used as the carrier gas.

このミスト供給装置20によると、超音波振動子によって液体をミスト化しているため、液滴の直径が数μmで直径のばらつきが少ないミストを発生させることができる。また、液滴の初速が小さく空間に滞留するため、キャリアガスであるArによって容易にミストの流速、流量を制御することができる。   According to the mist supply device 20, since the liquid is misted by the ultrasonic vibrator, it is possible to generate a mist with a droplet diameter of several μm and a small variation in diameter. Further, since the initial velocity of the droplet is small and stays in the space, the flow rate and flow rate of the mist can be easily controlled by Ar as the carrier gas.

ステージ40は、被処理体であるSi基板30を保持するものであり、筐体50の内部に配置されている。このステージ40は移動可能となっており、大気圧プラズマとSi基板30との距離を調整したり、Si基板30を移動させながら処理を行って連続的な撥水処理が可能となっている。   The stage 40 holds the Si substrate 30 that is an object to be processed, and is disposed inside the housing 50. The stage 40 is movable, and a continuous water-repellent treatment can be performed by adjusting the distance between the atmospheric pressure plasma and the Si substrate 30 or by performing processing while moving the Si substrate 30.

筐体50は、供給管501、排気管502が取り付けられていて、供給管501から筐体50内部に窒素が導入される。これにより、筐体50内部は窒素で満たされている。また、排気管502によって筐体50内部の気体の排出量が制御され、筐体50内部の圧力が一定に保たれる。これにより、筐体50内部において大気圧プラズマ発生装置10により大気圧プラズマを発生させた場合に、大気圧プラズマを安定させることができる。   The housing 50 has a supply pipe 501 and an exhaust pipe 502 attached thereto, and nitrogen is introduced into the housing 50 from the supply pipe 501. Thereby, the inside of the housing 50 is filled with nitrogen. Further, the exhaust amount of the gas inside the housing 50 is controlled by the exhaust pipe 502, and the pressure inside the housing 50 is kept constant. Thereby, when atmospheric pressure plasma is generated by the atmospheric pressure plasma generator 10 inside the housing 50, the atmospheric pressure plasma can be stabilized.

次に、実施例1の撥水性薄膜の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the water repellent thin film of Example 1 is demonstrated.

まず、ステージ40上に、被処理体であるSi基板30を配置した(図10(a)参照)。次に、大気圧プラズマ発生装置10により、ArとH2 の混合ガス(H2 の割合は1vol%)を用いて大気圧プラズマを発生させた。大気圧プラズマは、ガス流に乗って孔123の開口からy軸方向に照射され、発光領域はy軸方向に9mm伸びた。混合ガスの流量は5slmとした。そして、ミスト供給装置20を用いて、ヘキサメチルジシロキサンをミスト化し、ミスト供給管207を介して大気圧プラズマに混合した。ミストはミスト供給管207の軸方向に、つまり、大気圧プラズマのガスの流れる方向に垂直な方向に、ミスト供給管207のミスト導入口207aから排出され、大気圧プラズマに混合された。また、筐体50の内部に筐体501より窒素を5slmで供給し、排気管502からのガス排出量を調整して、筐体50内部の圧力を常圧で一定に調整した。ステージ40上のSi基板30は、特に加熱・冷却はせず、常温とした。 First, the Si substrate 30 which is a to-be-processed object was arrange | positioned on the stage 40 (refer Fig.10 (a)). Next, atmospheric pressure plasma was generated by the atmospheric pressure plasma generator 10 using a mixed gas of Ar and H 2 (the ratio of H 2 was 1 vol%). Atmospheric pressure plasma was applied to the gas flow and irradiated from the opening of the hole 123 in the y-axis direction, and the light emitting region extended by 9 mm in the y-axis direction. The flow rate of the mixed gas was 5 slm. Then, using the mist supply device 20, hexamethyldisiloxane was misted and mixed with atmospheric pressure plasma through the mist supply pipe 207. The mist was discharged from the mist inlet 207a of the mist supply pipe 207 in the axial direction of the mist supply pipe 207, that is, in the direction perpendicular to the gas flow direction of the atmospheric pressure plasma, and mixed with the atmospheric pressure plasma. Further, nitrogen was supplied from the casing 501 to the inside of the casing 50 at 5 slm, the amount of gas discharged from the exhaust pipe 502 was adjusted, and the pressure inside the casing 50 was adjusted to a normal pressure. The Si substrate 30 on the stage 40 was set to room temperature without being heated or cooled.

これにより、基板30表面に撥水性薄膜60を堆積した(図10(b)参照)。従来の大気圧プラズマCVD法では、撥水性薄膜60の原料として気体を用いたり、固体、液体の材料を揮発させて気体としたりし、その原料の気体をAr等の不活性ガスに混合し、混合ガスを用いて大気圧プラズマを生成していた。一方、実施例1では、撥水性薄膜60の原料ガスを不活性ガスに混合させずに大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマに、ミスト状の撥水性薄膜原料を別途混合している。このように、撥水性薄膜の原料を混合させずに大気圧プラズマを生成しているため、大気圧プラズマを安定して生成することができ、その結果、撥水性薄膜60を安定して生成することができ、撥水性薄膜60の厚さや組成等のばらつきを低減することができる。また、大気圧プラズマの生成と、ミストの混合に分離したことで、撥水性薄膜60の撥水性、成膜速度、処理面積などの制御性も向上する。   Thereby, the water-repellent thin film 60 was deposited on the surface of the substrate 30 (see FIG. 10B). In the conventional atmospheric pressure plasma CVD method, gas is used as a raw material of the water-repellent thin film 60, or a solid or liquid material is volatilized into a gas, and the raw material gas is mixed with an inert gas such as Ar, Atmospheric pressure plasma was generated using a mixed gas. On the other hand, in Example 1, atmospheric pressure plasma is generated without mixing the raw material gas of the water-repellent thin film 60 with the inert gas, and a mist-like water-repellent thin film raw material is separately mixed with the atmospheric pressure plasma. As described above, since the atmospheric pressure plasma is generated without mixing the raw material of the water repellent thin film, the atmospheric pressure plasma can be stably generated, and as a result, the water repellent thin film 60 is stably generated. And variations in the thickness and composition of the water repellent thin film 60 can be reduced. In addition, the separation of the generation of atmospheric pressure plasma and the mixing of mist improves the controllability of the water-repellent thin film 60 such as water repellency, film forming speed, and processing area.

また、この製造方法によって製造された撥水性薄膜60表面は、雪の結晶のような多数の枝状の分岐を有した微細な凹凸構造61を有した形状となる。この撥水性薄膜60の材料による表面自由エネルギーと、撥水性薄膜60表面の微細な凹凸構造61により、高い撥水性を得ることができる。   Further, the surface of the water-repellent thin film 60 manufactured by this manufacturing method has a shape having a fine concavo-convex structure 61 having a large number of branch-like branches such as snow crystals. High water repellency can be obtained by the surface free energy by the material of the water repellent thin film 60 and the fine uneven structure 61 on the surface of the water repellent thin film 60.

撥水性は、大気圧プラズマとSi基板30との距離と、ヘキサメチルジシロキサンのミストの導入位置によって制御することができる。特に、Si基板30が大気圧プラズマの発光領域内となるようにし、ミスト導入位置を大気圧プラズマ発生部近傍(プラズマ化領域Pの近傍)とすることで超撥水性を得ることができる。実施例1の撥水処理装置1では、大気圧プラズマ発生装置10のプラズマ照射口(孔123のSi基板30側開口)から、y軸方向にSi基板30表面までの距離Dを、ステージ40の移動によって可変とすることができるので、これによって大気圧プラズマとSi基板30との距離を制御可能である。また、大気圧プラズマ発生装置10のプラズマ照射口(孔123のSi基板30側開口)から、y軸方向にミスト導入口207aまでの距離Lを、ミスト供給管207を移動させることで可変とすることができるので、ミストの導入位置を制御することができる。また、撥水性を制御は、大気圧プラズマへ導入するミストの流速、流量などによってもすることができる。また、撥水性薄膜60の成膜速度も、同様に距離Dや距離Lの制御、ミストの流速や流量などによって制御することができる。また、処理面積は、プラズマ化領域Pの面積によって制御することができる。   The water repellency can be controlled by the distance between the atmospheric pressure plasma and the Si substrate 30 and the introduction position of hexamethyldisiloxane mist. In particular, super water repellency can be obtained by making the Si substrate 30 be in the atmospheric pressure plasma emission region and setting the mist introduction position in the vicinity of the atmospheric pressure plasma generation part (in the vicinity of the plasma region P). In the water repellent treatment apparatus 1 of the first embodiment, the distance D from the plasma irradiation port of the atmospheric pressure plasma generator 10 (the opening of the hole 123 on the Si substrate 30 side) to the surface of the Si substrate 30 in the y-axis direction is Since it can be made variable by movement, the distance between the atmospheric pressure plasma and the Si substrate 30 can be controlled by this. Further, the distance L from the plasma irradiation port (opening on the Si substrate 30 side of the hole 123) of the atmospheric pressure plasma generator 10 to the mist introduction port 207a in the y-axis direction is made variable by moving the mist supply pipe 207. Therefore, the mist introduction position can be controlled. The water repellency can also be controlled by the flow rate and flow rate of the mist introduced into the atmospheric pressure plasma. Similarly, the film forming speed of the water-repellent thin film 60 can be controlled by controlling the distance D and distance L, the flow rate and flow rate of mist, and the like. Further, the processing area can be controlled by the area of the plasma region P.

撥水性薄膜60は、Si−O結合やSi−C結合を含む有機ケイ素化合物、または無機ケイ素化合物(つまり、Si−O結合を含み、Si−C結合は含まないもの)である。撥水性薄膜60におけるこれら結合の割合は、撥水性薄膜60の材料を変更したり、大気圧プラズマとSi基板30との距離を調整したり、ミストの導入位置を調整したりすることによって制御可能である。   The water-repellent thin film 60 is an organic silicon compound including an Si—O bond or an Si—C bond, or an inorganic silicon compound (that is, an Si—O bond and no Si—C bond). The proportion of these bonds in the water-repellent thin film 60 can be controlled by changing the material of the water-repellent thin film 60, adjusting the distance between the atmospheric pressure plasma and the Si substrate 30, or adjusting the mist introduction position. It is.

なお、撥水性薄膜60の厚さ(平均の厚さ)は、10nm以上とすることが望ましい。撥水性を十分に発揮させるため、あるいは撥水性薄膜の密着性・耐久性を十分とするためである。より望ましくは10〜10000nmである。   The thickness (average thickness) of the water repellent thin film 60 is desirably 10 nm or more. This is because the water repellency is sufficiently exhibited, or the adhesion and durability of the water repellency thin film is sufficient. More desirably, the thickness is 10 to 10,000 nm.

上記以上に説明した実施例1の撥水性薄膜60の製造方法によれば、常温、常圧でSi基板30の撥水処理を行うことができるので、低コスト、高回転率、高速処理が可能である。また、撥水性薄膜60の原料を混合させずに大気圧プラズマを生成するため、撥水性薄膜60を安定して生成することができる。また、実施例1の撥水性薄膜60の製造方法は、撥水性を容易に制御することができる。   According to the manufacturing method of the water-repellent thin film 60 of Example 1 described above, the water-repellent treatment of the Si substrate 30 can be performed at normal temperature and normal pressure, so that low cost, high rotation rate, and high-speed treatment are possible. It is. Moreover, since atmospheric pressure plasma is generated without mixing the raw material of the water repellent thin film 60, the water repellent thin film 60 can be generated stably. Moreover, the manufacturing method of the water repellent thin film 60 of Example 1 can control water repellency easily.

[実験例]
図5は、プラズマ照射口からSi基板30表面までの距離Dと、実施例1の撥水性薄膜の製造方法によって撥水処理された撥水性薄膜60の撥水性との関係を調べた結果である。撥水性は接触角接線法によって評価し、距離Dは7、9、11、13mmと変化させた。また、プラズマ照射口からミスト導入口207aまでの距離Lは0mm、つまり大気圧プラズマの根元部にミストを導入した。
[Experimental example]
FIG. 5 is a result of examining the relationship between the distance D from the plasma irradiation port to the surface of the Si substrate 30 and the water repellency of the water-repellent thin film 60 subjected to the water-repellent treatment by the method for producing the water-repellent thin film of Example 1. . The water repellency was evaluated by the contact angle tangent method, and the distance D was changed to 7, 9, 11, and 13 mm. Further, the distance L from the plasma irradiation port to the mist introduction port 207a was 0 mm, that is, mist was introduced into the root portion of the atmospheric pressure plasma.

まず、撥水性薄膜60を形成していないSi基板30については、接触角が36.5°であった。これに対し、D=7、9mmとして撥水性薄膜60を形成して撥水処理した場合は、図5のように、接触角が150°を越えて超撥水性が得られた。また、D=11mmとして撥水処理した場合は接触角125°、D=13mmとして撥水処理した場合は接触角117°となり、強い撥水性が得られた。また、図5から、距離Dが大きくなるほど撥水性が低下する傾向にあることがわかった。   First, the contact angle of the Si substrate 30 on which the water repellent thin film 60 was not formed was 36.5 °. On the other hand, when the water-repellent thin film 60 was formed with D = 7 and 9 mm and the water-repellent treatment was performed, the contact angle exceeded 150 ° as shown in FIG. Further, when water repellent treatment was performed with D = 11 mm, the contact angle was 125 °, and when water repellent treatment was performed with D = 13 mm, the contact angle was 117 °, and strong water repellency was obtained. Further, FIG. 5 shows that the water repellency tends to decrease as the distance D increases.

また、ミスト導入位置と撥水性との関係を調べるため、距離Lを2mmとし、距離Dを、9、11、13mmとした場合についても、上記と同様にして撥水性を評価した。その結果、図5のように、距離Lを2mmとすると、距離Lを0mmとした場合よりも撥水性が低下することがわかった。このことから、距離Lを大きくするほど撥水性が低下するものと考えられる。   Further, in order to investigate the relationship between the mist introduction position and the water repellency, the water repellency was evaluated in the same manner as described above even when the distance L was 2 mm and the distance D was 9, 11, and 13 mm. As a result, as shown in FIG. 5, it was found that when the distance L is 2 mm, the water repellency is lower than when the distance L is 0 mm. From this, it is considered that the water repellency decreases as the distance L increases.

図6は、撥水性薄膜60の化学結合について、FT−IR(フーリエ変換赤外分光)によって評価したグラフである。波数1070cm-1付近のピークはSi−O−Si結合によるピークであり、波数1270cm-1付近のピークはSi−CH3 結合によるピークである。距離Dは、7、9、11、13と変化させて撥水性薄膜60を形成した。また、距離Lは0mmとした。図6より、いずれの場合にも、撥水性薄膜60はSi−O−Si結合とSi−CH3 結合を有した構造であることがわかった。 FIG. 6 is a graph showing chemical bonds of the water repellent thin film 60 evaluated by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). The peak in the vicinity of wave number 1070 cm −1 is a peak due to Si—O—Si bond, and the peak in the vicinity of wave number 1270 cm −1 is a peak due to Si—CH 3 bond. The water repellent thin film 60 was formed by changing the distance D to 7, 9, 11, and 13. The distance L was set to 0 mm. From FIG. 6, it was found that in any case, the water-repellent thin film 60 had a structure having Si—O—Si bonds and Si—CH 3 bonds.

また、図7は、図6の測定結果から、撥水性薄膜60におけるSi−O−Si結合に対するSi−CH3 結合のピーク面積比を算出して、その比の距離D依存性を調べた結果である。図7から、距離Dが7mmの場合は、距離Dが9、11、13mmの場合に比べて、Si−CH3 結合の割合が低いことがわかった。一方、図1に示したように、距離Dが7mmの場合は超撥水性が得られている。疎水性であるSi−CH3 結合の割合が、距離D=11、13mmの場合よりも低いにも係わらず、撥水性は距離D=11、13mmの場合よりも高いという結果から、距離Dが7mmにおける撥水性は、化学結合に依存する表面自由エネルギーの寄与のみによるのではなく、他の要因が存在していることを示唆している。つまり、撥水性薄膜60表面の微細構造が、撥水性に寄与していることを示唆している。 FIG. 7 shows a result of calculating the peak area ratio of Si—CH 3 bonds to Si—O—Si bonds in the water-repellent thin film 60 from the measurement results of FIG. It is. From FIG. 7, it was found that when the distance D is 7 mm, the ratio of Si—CH 3 bonds is lower than when the distance D is 9, 11, and 13 mm. On the other hand, as shown in FIG. 1, when the distance D is 7 mm, super water repellency is obtained. From the result that the water repellency is higher than that in the case of the distance D = 11, 13 mm although the ratio of the hydrophobic Si—CH 3 bond is lower than that in the case of the distance D = 11, 13 mm, the distance D is The water repellency at 7 mm is not only due to the contribution of surface free energy depending on the chemical bond, but suggests that there are other factors. That is, it is suggested that the fine structure on the surface of the water repellent thin film 60 contributes to water repellency.

そこで発明者らは、撥水性薄膜60の表面および断面をSEMによって解析した。図8はそのSEM像を示している。距離Lを0mm、距離Dを7、9、11、13mmと変化させて撥水性薄膜60の表面と断面について撮影した。図8のように、上記予想通り、撥水性薄膜60表面には微細な凹凸構造61が形成されていることがわかった。微細な凹凸構造61は、距離Dが大きいほど凹凸の起伏が小さく平坦となり、距離Dが小さいほど凸部の枝分かれが多くて凹凸の起伏が激しくなっていた。そして、図5の結果と比較すると、微細な凹凸構造61の起伏が大きく、枝分かれした構造が多いことが、撥水性薄膜60の撥水性が高い要因であるとわかった。   Therefore, the inventors analyzed the surface and cross section of the water-repellent thin film 60 by SEM. FIG. 8 shows the SEM image. The surface and the cross section of the water-repellent thin film 60 were photographed while changing the distance L to 0 mm and the distance D to 7, 9, 11, and 13 mm. As shown in FIG. 8, it was found that a fine uneven structure 61 was formed on the surface of the water repellent thin film 60 as expected. In the fine concavo-convex structure 61, the undulations of the concavo-convex portions become smaller and flatter as the distance D is larger, and the undulations of the concavo-convex portions become more severe as the distance D is smaller. Compared with the results of FIG. 5, it was found that the undulation of the fine concavo-convex structure 61 is large and that many branched structures are the factors that contribute to the high water repellency of the water-repellent thin film 60.

また、図9は、距離Lを2mm、距離Dを9、11、13mmと変化させて撥水性薄膜60の表面について撮影したSEM像である。図8と図9を比較すると、距離Lが大きくなるほど撥水性薄膜60表面の凹凸の起伏が小さくなり、平坦となることがわかった。   FIG. 9 is an SEM image obtained by photographing the surface of the water-repellent thin film 60 while changing the distance L to 2 mm and the distance D to 9, 11, and 13 mm. Comparing FIG. 8 and FIG. 9, it was found that as the distance L is increased, the unevenness of the surface of the water repellent thin film 60 is reduced and becomes flat.

上記実験結果から、距離Dと距離Lによって撥水性が変化するのは、次のような機構によるためであると推察される。   From the above experimental results, it is presumed that the water repellency changes depending on the distance D and the distance L because of the following mechanism.

距離Dが小さいと、Si基板30表面は大気圧プラズマの発光領域内に含まれ、Si基板30表面に未結合手が多数形成される。この未結合手に大気圧プラズマによって発生したラジカルが結合し、枝状に堆積していくため、撥水性薄膜60表面に微細な凹凸構造61が形成される。そのため凹凸構造61による撥水性向上の寄与が大きくなり、高い撥水性が得られる。   When the distance D is small, the surface of the Si substrate 30 is included in the light emission region of the atmospheric pressure plasma, and many dangling bonds are formed on the surface of the Si substrate 30. Since the radicals generated by the atmospheric pressure plasma are bonded to the unbonded hands and are deposited in a branch shape, a fine concavo-convex structure 61 is formed on the surface of the water-repellent thin film 60. Therefore, the contribution of the water repellency improvement by the concavo-convex structure 61 becomes large, and high water repellency is obtained.

距離Dが大きいと、Si基板30表面は大気圧プラズマの発光領域外となり、Si基板30表面の未結合手が少なくなる。大気圧プラズマによって発生したラジカルはSi基板30表面で拡散するため、Si基板30表面に均等に堆積していき、撥水性薄膜60表面は平坦となる。そのため撥水性は撥水性薄膜60の材料による表面自由エネルギーの寄与が大きくなり、距離Dが小さい場合に比べて撥水性が低くなる。   When the distance D is large, the surface of the Si substrate 30 is out of the light emission region of the atmospheric pressure plasma, and dangling bonds on the surface of the Si substrate 30 are reduced. Since radicals generated by atmospheric pressure plasma diffuse on the surface of the Si substrate 30, they are uniformly deposited on the surface of the Si substrate 30, and the surface of the water-repellent thin film 60 becomes flat. Therefore, the water repellency contributes greatly to the surface free energy due to the material of the water repellent thin film 60, and the water repellency is lower than when the distance D is small.

距離Lが小さいと、大気圧プラズマにより発生した高い反応性を有したラジカル同士が空中で重合し、微粒子を形成する。この微粒子がSi基板30表面に堆積するため、その体積によって形成される撥水性薄膜60表面は荒くなり、撥水性薄膜60表面に微細な凹凸構造61が形成されることとなる。そのため、高い撥水性が得られる。   When the distance L is small, radicals having high reactivity generated by atmospheric pressure plasma are polymerized in the air to form fine particles. Since the fine particles are deposited on the surface of the Si substrate 30, the surface of the water repellent thin film 60 formed by the volume becomes rough, and a fine uneven structure 61 is formed on the surface of the water repellent thin film 60. Therefore, high water repellency can be obtained.

距離Lが大きいと、空中で重合するラジカルが少なくなり、微粒子はあまり形成されない。Si基板30表面に堆積する微粒子も少なくなる。そのため、撥水性薄膜60表面は平坦になる。よって、距離Lが小さい場合に比べて撥水性が低くなる。   When the distance L is large, the number of radicals that polymerize in the air decreases, and fine particles are not formed so much. Fine particles deposited on the surface of the Si substrate 30 are also reduced. Therefore, the surface of the water repellent thin film 60 becomes flat. Therefore, the water repellency is lower than when the distance L is small.

なお、実施例1の撥水性薄膜の製造方法における大気圧プラズマの生成には、図2〜4に示した構成の大気圧プラズマ発生装置10に限らず、従来知られている任意の構成の大気圧プラズマ発生装置を用いることができる。   The generation of atmospheric pressure plasma in the method of manufacturing the water-repellent thin film of Example 1 is not limited to the atmospheric pressure plasma generator 10 having the configuration shown in FIGS. An atmospheric pressure plasma generator can be used.

また、撥水性薄膜60の原料のミスト化は、実施例1のような超音波振動に限るものではなく、他の方法によってミスト化してもよい。たとえば、加圧方式、回転ディスク方式、インクジェット方式、などの方法を用いることができる。   Moreover, the mist formation of the raw material of the water-repellent thin film 60 is not limited to the ultrasonic vibration as in the first embodiment, and the mist may be formed by other methods. For example, a pressure method, a rotating disk method, an ink jet method, or the like can be used.

また、実施例1では被処理体としてSi基板を用いているが、本発明はSi基以外の様々な材料に撥水性薄膜を形成することができる。たとえば、PET(ポリエチレンテレフタラート)などのプラスチック材料を被処理体として用いることが可能である。また、実施例1では被処理体として平板状のSi基板30を用いているが、本発明は平板状の基材に限るものではなく、様々な立体的形状に対して、その一部または全部の領域を撥水処理することができる。   In Example 1, a Si substrate is used as an object to be processed, but the present invention can form a water-repellent thin film on various materials other than Si base. For example, a plastic material such as PET (polyethylene terephthalate) can be used as the object to be processed. Further, in Example 1, the flat Si substrate 30 is used as the object to be processed, but the present invention is not limited to the flat base material, and part or all of various three-dimensional shapes. This region can be subjected to water repellent treatment.

また、実施例1では、大気圧プラズマを安定して生成するために、筐体50内部で撥水処理を行うようにしているが、筐体50なしで、通常の大気下で撥水処理を行うようにしてもよい。   In the first embodiment, the water repellent treatment is performed inside the housing 50 in order to stably generate the atmospheric pressure plasma. However, the water repellent treatment is performed in a normal atmosphere without the housing 50. You may make it perform.

また、実施例1では、大気圧プラズマへのミストの混合は一ヶ所のみから行っているが、複数箇所から混合するようにしてもよい。また実施例1では、ミストは、大気圧プラズマの流れる方向に対して垂直な方向に噴霧して大気圧プラズマに混合しているが、必ずしもそのような方向に混合する必要はない。ただし、実施例1のような方向にミストを混合すると、撥水性薄膜60をより均質にすることができる。   In the first embodiment, the mist is mixed with the atmospheric pressure plasma from only one place, but may be mixed from a plurality of places. In the first embodiment, the mist is sprayed in a direction perpendicular to the flowing direction of the atmospheric pressure plasma and mixed with the atmospheric pressure plasma, but it is not always necessary to mix in such a direction. However, when the mist is mixed in the direction as in the first embodiment, the water repellent thin film 60 can be made more uniform.

本発明は、立体的な基材の一部分に撥水処理を施す場合に特に有効である。たとえば、飲料ペットボトル容器の飲み口部分のみに撥水処理を施すことができる。   The present invention is particularly effective when a water repellent treatment is applied to a part of a three-dimensional base material. For example, water repellent treatment can be performed only on the drinking mouth portion of the beverage plastic bottle container.

1:撥水処理装置
10:大気圧プラズマ発生装置
20:ミスト供給装置
30:基板
40:ステージ
50、100:筐体
60:撥水性薄膜
61:微細な凹凸構造
101:供給管
102:ガス導入口
103、105、123:孔
106:案内部
108:拡散部
120a、b:電極
121:排出部
201:継手
202:アルミ膜
203:水
204:容器
205:超音波振動子
206:ヘキサメチルジシロキサン
207:ミスト供給管
P:プラズマ化領域
H:ホロー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Water repellent processing apparatus 10: Atmospheric pressure plasma generator 20: Mist supply apparatus 30: Substrate 40: Stage 50, 100: Case 60: Water-repellent thin film 61: Fine uneven structure 101: Supply pipe 102: Gas introduction port 103, 105, 123: Hole 106: Guide part 108: Diffusion part 120a, b: Electrode 121: Discharge part 201: Joint 202: Aluminum film 203: Water 204: Container 205: Ultrasonic vibrator 206: Hexamethyldisiloxane 207 : Mist supply pipe P: Plasmaization region H: Hollow

Claims (11)

有機ケイ素化合物を撥水性薄膜の原料とした大気圧プラズマ化学気相成長を用いて、前記撥水性薄膜を基材表面に形成する撥水性薄膜の製造方法において、
前記撥水性薄膜の原料として液体材料を用い、
大気圧プラズマを、不活性ガスを含み、かつ有機ケイ素化合物を含まないガスを用いて発生させ、
前記撥水性薄膜の原料をミストにして前記大気圧プラズマに混合することで、前記撥水性薄膜を前記基材表面に化学気相成長させる、
ことを特徴とする撥水性薄膜の製造方法。
In the method for producing a water-repellent thin film, the water-repellent thin film is formed on the substrate surface using atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition using an organosilicon compound as a raw material for the water-repellent thin film
Using a liquid material as a raw material for the water-repellent thin film,
An atmospheric pressure plasma is generated using a gas containing an inert gas and not containing an organosilicon compound;
The water-repellent thin film is mixed with the atmospheric pressure plasma as a mist, and the water-repellent thin film is grown on the substrate surface by chemical vapor deposition.
A method for producing a water-repellent thin film.
前記撥水性薄膜の撥水性は、前記大気圧プラズマと前記基材表面との距離、および前記大気圧プラズマへの前記ミストの導入位置によって制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The water repellency of the water repellent thin film is controlled by a distance between the atmospheric pressure plasma and the substrate surface, and a position where the mist is introduced into the atmospheric pressure plasma. A method for producing an aqueous thin film. 前記ミストを前記大気圧プラズマの発生部近傍に供給し、前記基材表面が前記大気圧プラズマの発光領域内となるよう前記基材を配置することにより、前記撥水性薄膜の表面を超撥水性とすることを特徴とする請求項1に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The surface of the water-repellent thin film is made super-water-repellent by supplying the mist to the vicinity of the generating portion of the atmospheric pressure plasma and disposing the substrate so that the surface of the substrate is in the emission region of the atmospheric pressure plasma. The method for producing a water-repellent thin film according to claim 1. 前記撥水性薄膜の原料を超音波振動によりミストにする、ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The method for producing a water-repellent thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the raw material for the water-repellent thin film is made mist by ultrasonic vibration. 前記ミストは、前記大気圧プラズマの流れる方向に対して垂直な方向に排出して混合する、ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The method for producing a water-repellent thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein the mist is discharged and mixed in a direction perpendicular to a direction in which the atmospheric pressure plasma flows. . 前記大気圧プラズマを発生させるガスは、アルゴンと水素の混合ガスである、ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The method for producing a water-repellent thin film according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas for generating atmospheric pressure plasma is a mixed gas of argon and hydrogen. 前記有機ケイ素化合物は、ヘキサメチルジシロキサンであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の撥水性薄膜の製造方法。   The method for producing a water-repellent thin film according to any one of claims 1 to 6, wherein the organosilicon compound is hexamethyldisiloxane. 有機ケイ素化合物を撥水性薄膜の原料とした大気圧プラズマ化学気相成長を用い、前記撥水性薄膜を基材表面に形成することにより、前記基材表面を撥水処理する撥水処理装置において、
不活性ガスを含み、かつ有機ケイ素化合物を含まないガスを用いて大気圧プラズマを発生させる大気圧プラズマ発生装置と、
前記撥水性薄膜の原料として液体材料を用い、その撥水性薄膜の原料をミストにして前記大気圧プラズマに混合するミスト供給装置と、
を有することを特徴とする撥水処理装置。
In a water-repellent treatment apparatus that performs water-repellent treatment on the substrate surface by forming the water-repellent thin film on the substrate surface using atmospheric pressure plasma chemical vapor deposition using an organosilicon compound as a raw material for the water-repellent thin film,
An atmospheric pressure plasma generator for generating atmospheric pressure plasma using a gas containing an inert gas and not containing an organosilicon compound;
A liquid material as a raw material for the water-repellent thin film, a mist supply device for mixing the raw material for the water-repellent thin film with the atmospheric pressure plasma using a mist
A water repellent treatment apparatus characterized by comprising:
前記大気圧プラズマと前記基材表面との距離、および前記大気圧プラズマへの前記ミストの導入位置を可変としたことを特徴とする請求項8に記載の撥水処理装置。   The water repellent treatment apparatus according to claim 8, wherein a distance between the atmospheric pressure plasma and the substrate surface and a position where the mist is introduced into the atmospheric pressure plasma are variable. 前記撥水性薄膜の原料のミスト化は、超音波振動子を用いて行う、ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の撥水処理装置。   The water repellent treatment apparatus according to claim 8 or 9, wherein the mist formation of the raw material of the water repellent thin film is performed using an ultrasonic vibrator. 内部を不活性ガスで満たされた筐体をさらに有し、
前記大気圧プラズマ発生装置による大気圧プラズマの生成、および前記基材表面への前記撥水性薄膜の形成は、前記筐体内部で行う、ことを特徴とする請求項8ないし請求項10の何れか1項に記載の撥水処理装置。
It further has a housing filled with an inert gas inside,
The generation of atmospheric pressure plasma by the atmospheric pressure plasma generator and the formation of the water-repellent thin film on the surface of the base material are performed inside the casing. 2. A water repellent treatment apparatus according to item 1.
JP2013047704A 2013-03-11 2013-03-11 Water repellent thin film manufacturing method and water repellent treatment apparatus Active JP6135847B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013047704A JP6135847B2 (en) 2013-03-11 2013-03-11 Water repellent thin film manufacturing method and water repellent treatment apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013047704A JP6135847B2 (en) 2013-03-11 2013-03-11 Water repellent thin film manufacturing method and water repellent treatment apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014173150A true JP2014173150A (en) 2014-09-22
JP6135847B2 JP6135847B2 (en) 2017-05-31

Family

ID=51694706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013047704A Active JP6135847B2 (en) 2013-03-11 2013-03-11 Water repellent thin film manufacturing method and water repellent treatment apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6135847B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017079302A (en) * 2015-10-22 2017-04-27 エムテックスマツムラ株式会社 Surface treatment method of electronic component substrate, atmospheric pressure plasma generator and resin sealing system
JP2017088811A (en) * 2015-11-16 2017-05-25 東海光学株式会社 Base material with water-repellent film, and production method and production apparatus of the same
JP2017163978A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 ルオヤン ティーマックスツリー バイオテクノロジー シーオー., エルティーディーLuoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd New type of plasma mutagenesis breeding apparatus
JP2020531698A (en) * 2017-08-23 2020-11-05 モレキュラー・プラズマ・グループ・ソシエテ・アノニムMolecular Plasma Group Sa Soft plasma polymerization method for mechanically durable superhydrophobic nanostructure coatings

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005023381A (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Konica Minolta Holdings Inc Thin-film-forming method, thin-film-forming apparatus, and body having thin film formed thereby
JP2005524930A (en) * 2002-04-10 2005-08-18 ダウ・コーニング・アイルランド・リミテッド Atmospheric pressure plasma assembly
JP2008518109A (en) * 2004-10-29 2008-05-29 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド Abrasion resistant coating by plasma enhanced chemical vapor deposition.
JP2014156622A (en) * 2013-02-14 2014-08-28 Riverbell Kk Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005524930A (en) * 2002-04-10 2005-08-18 ダウ・コーニング・アイルランド・リミテッド Atmospheric pressure plasma assembly
JP2005023381A (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Konica Minolta Holdings Inc Thin-film-forming method, thin-film-forming apparatus, and body having thin film formed thereby
JP2008518109A (en) * 2004-10-29 2008-05-29 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド Abrasion resistant coating by plasma enhanced chemical vapor deposition.
JP2014156622A (en) * 2013-02-14 2014-08-28 Riverbell Kk Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017079302A (en) * 2015-10-22 2017-04-27 エムテックスマツムラ株式会社 Surface treatment method of electronic component substrate, atmospheric pressure plasma generator and resin sealing system
JP2017088811A (en) * 2015-11-16 2017-05-25 東海光学株式会社 Base material with water-repellent film, and production method and production apparatus of the same
JP2017163978A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 ルオヤン ティーマックスツリー バイオテクノロジー シーオー., エルティーディーLuoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd New type of plasma mutagenesis breeding apparatus
US10421938B2 (en) 2016-03-16 2019-09-24 Luoyang TMAXTREE Biotechnology Co., Ltd Plasma induced mutation breeding device
JP2020531698A (en) * 2017-08-23 2020-11-05 モレキュラー・プラズマ・グループ・ソシエテ・アノニムMolecular Plasma Group Sa Soft plasma polymerization method for mechanically durable superhydrophobic nanostructure coatings
JP7458976B2 (en) 2017-08-23 2024-04-01 モレキュラー・プラズマ・グループ・ソシエテ・アノニム Soft plasma polymerization method for mechanically durable superhydrophobic nanostructured coatings

Also Published As

Publication number Publication date
JP6135847B2 (en) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5417178B2 (en) Method and apparatus for making coatings using ultrasonic spray deposition
US20200258717A1 (en) Modular print head assembly for plasma jet printing
JP6135847B2 (en) Water repellent thin film manufacturing method and water repellent treatment apparatus
EP1144721B1 (en) Material fabrication
US11084100B2 (en) Laser-assisted manufacturing system and associated method of use
US20170259501A1 (en) 3D Printed Electronics Using Directional Plasma Jet
JP3700177B2 (en) Atmospheric pressure plasma surface treatment equipment
KR101505354B1 (en) Oxide film deposition method and oxide film deposition device
US20090068375A1 (en) Atmospheric Pressure Plasma
JP2005523142A (en) Protective coating composition
TW200308187A (en) An atmospheric pressure plasma assembly
KR101054595B1 (en) Vaporizers and Deposition Devices
WO2001038601A1 (en) Precursor deposition using ultrasonic nebulizer
JP2014514454A (en) Plasma treatment of substrate
JP2013538288A (en) Plasma treatment of substrate
JP2014523486A (en) OLED deposition method and apparatus
TW201419947A (en) Plasma treatment of substrates
CN106232867A (en) Film forms equipment, substrate processing apparatus and device producing method
JP2009246173A (en) Vaporizer and film forming device using the same
TW201002427A (en) Electrostatic coating apparatus
KR20200133380A (en) Film deposition apparatus with gas entraining opening
KR100525227B1 (en) Manufacturing methods of water repellent member and inkjet head
JP6142562B2 (en) Super water-repellent material manufacturing method and super water-repellent material
JP2006249490A (en) Aerosol spraying device for film formation apparatus, and film formation apparatus
JP5491755B2 (en) Deposition equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160302

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160302

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6135847

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250