JP3335603B2 - Discharge plasma thin film manufacturing equipment - Google Patents

Discharge plasma thin film manufacturing equipment

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JP3335603B2 JP36511899A JP36511899A JP3335603B2 JP 3335603 B2 JP3335603 B2 JP 3335603B2 JP 36511899 A JP36511899 A JP 36511899A JP 36511899 A JP36511899 A JP 36511899A JP 3335603 B2 JP3335603 B2 JP 3335603B2
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昌久 登坂
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、放電プラズマを用
いて基材上に薄膜を形成する放電プラズマ薄膜製造装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge plasma thin film manufacturing apparatus for forming a thin film on a substrate using discharge plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、低圧条件下でのグロー放電に
より生じるプラズマを用いて、薄膜形成を行う方法が実
用化されている。また、大気圧近傍の圧力下で放電プラ
ズマを発生させる方法(例えば常圧プラズマCVD)が
種々提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of forming a thin film using plasma generated by glow discharge under a low pressure condition has been put to practical use. Also, various methods for generating discharge plasma under a pressure near the atmospheric pressure (for example, normal pressure plasma CVD) have been proposed.

【0003】放電プラズマを発生させる電極として、銅
やステンレス等の金属単体のもの、あるいは金属電極の
表面に比誘電率の高い固体誘電体をコートしたものがあ
り、電極表面に固体誘電体をコートした場合、放電プラ
ズマを安定して発生させることができる。その固体誘電
体としては酸化アルミニウムなどが使用されている。
As an electrode for generating a discharge plasma, there is an electrode of a single metal such as copper or stainless steel, or an electrode having a surface of a metal electrode coated with a solid dielectric having a high relative dielectric constant. In this case, discharge plasma can be stably generated. Aluminum oxide or the like is used as the solid dielectric.

【0004】電極表面に固体誘電体をコートした場合、
成膜のガス条件が同じであれば、印加電圧に対する放電
の電流値が固体誘電体の比誘電率によって変わるので、
比誘電率を高くすることが、印加電圧の低電圧化ないし
は成膜速度を高める上で好ましい。しかし、固体誘電体
の比誘電率は、材質と厚みによって値が変わり、より高
い比誘電率を得ようとする場合、厚みを厚くすればよい
がコスト高となる。また固体誘電体を厚くし過ぎると、
割れなどが発生する場合がある。
When an electrode surface is coated with a solid dielectric,
If the gas conditions for film formation are the same, the discharge current value with respect to the applied voltage changes depending on the relative dielectric constant of the solid dielectric,
It is preferable to increase the relative dielectric constant in order to lower the applied voltage or increase the film formation rate. However, the relative dielectric constant of the solid dielectric varies depending on the material and the thickness. When a higher relative dielectric constant is to be obtained, the thickness may be increased, but the cost increases. Also, if the solid dielectric is too thick,
Cracks may occur.

【0005】比誘電率の高い材料として、二酸化ジルコ
ニウムやチタン酸バリウムなどがあるが、これらの材料
を電極表面にコートした場合、その表面粗さが酸化アル
ミニウムに比べて粗くなるため、例えば常圧プラズマC
VDにおいて、ロール電極等の電極表面にフィルムを滑
らせながら、フィルム片面に薄膜を連続的に形成する場
合、フィルムが傷つくおそれがある。
[0005] Materials having a high relative dielectric constant include zirconium dioxide and barium titanate. When these materials are coated on the electrode surface, the surface roughness becomes coarser than that of aluminum oxide. Plasma C
In VD, when a thin film is continuously formed on one surface of a film while sliding the film on the surface of an electrode such as a roll electrode, the film may be damaged.

【0006】なお、酸化アルミニウムの比誘電率は7〜
14程度、チタン酸バリウムの比誘電率は200程度、
二酸化ジルコニウムの比誘電率は9〜20程度である。
The relative dielectric constant of aluminum oxide is 7 to
About 14, the relative dielectric constant of barium titanate is about 200,
The relative dielectric constant of zirconium dioxide is about 9 to 20.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な実情に鑑みてなされたもので、対向電極の電極表面に
形成する固体誘電体の比誘電率が高く、しかも表面粗さ
が小さくて電極表面の滑り・平滑性に優れ、もって成膜
速度の高速化を達成できるとともに、連続成膜を行う際
に基材が傷つく可能性が少ない放電プラズマ薄膜製造装
置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high relative dielectric constant of a solid dielectric formed on an electrode surface of a counter electrode and a small surface roughness. It is an object of the present invention to provide a discharge plasma thin film manufacturing apparatus which is excellent in slipperiness and smoothness of an electrode surface, can achieve a high film formation rate, and has a low possibility of damaging a base material when performing continuous film formation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の放電プラズマ薄
膜製造装置は、混合ガス雰囲気中で、対向電極間に電界
を印加して放電プラズマを発生させ、その放電プラズマ
を用いて基材上に薄膜を形成する薄膜製造装置におい
て、対向電極の少なくとも一方の電極表面に、チタン酸
バリウム(BaTiO3 )層または二酸化ジルコニウム
(ZrO2 )層と酸化アルミニウム(Al2 O3 )層の
2層からなる固体誘電体が、その酸化アルミニウム層を
表層として積層されていることによって特徴づけられ
る。
The discharge plasma thin film manufacturing apparatus of the present invention generates a discharge plasma by applying an electric field between opposed electrodes in a mixed gas atmosphere, and uses the discharge plasma to form a discharge plasma on a substrate. In a thin film manufacturing apparatus for forming a thin film, a solid dielectric composed of a barium titanate (BaTiO3) layer or a zirconium dioxide (ZrO2) layer and an aluminum oxide (Al2 O3) layer is formed on at least one electrode surface of a counter electrode. , Characterized by being laminated with the aluminum oxide layer as a surface layer.

【0009】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置によれ
ば、1層目にチタン酸バリウム層または二酸化ジルコニ
ウム層を積層して固体誘電体の比誘電率を高め、さらに
2層目(表層)に二酸化アルミニウム層を積層して表面
の滑り・平滑性を良くしているので、成膜速度を速くす
ることが可能になるとともに、連続成膜を行う際に基材
が傷つく可能性が少なくなる。
According to the apparatus for manufacturing a discharge plasma thin film of the present invention, a barium titanate layer or a zirconium dioxide layer is laminated on the first layer to increase the relative dielectric constant of the solid dielectric, and the second layer (surface layer) is made of carbon dioxide. Since the aluminum layer is laminated to improve the smoothness and smoothness of the surface, it is possible to increase the film forming speed and to reduce the possibility that the substrate is damaged when performing continuous film forming.

【0010】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置におい
て、チタン酸バリウム層または二酸化ジルコニウム層と
酸化アルミニウム層の各層は、溶射にて積層することが
好ましい。
In the apparatus for producing a discharge plasma thin film according to the present invention, it is preferable that the barium titanate layer or the zirconium dioxide layer and the aluminum oxide layer are laminated by thermal spraying.

【0011】表層の酸化アルミニウム層を溶射により積
層した場合、その酸化アルミニウム層の表面を研磨する
ことで、表面粗さを0.1μmRa以下にまで仕上げる
ことが可能であり、例えばチタン酸バリウムのみを溶射
した場合(表面粗さ:1μmRa程度)と比較して、表
面粗さをかなり小さくすることができる。
When the surface aluminum oxide layer is laminated by thermal spraying, the surface roughness of the aluminum oxide layer can be reduced to 0.1 μm Ra or less by polishing the surface of the aluminum oxide layer. The surface roughness can be considerably reduced as compared with the case of spraying (surface roughness: about 1 μmRa).

【0012】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置におい
て、チタン酸バリウム層または二酸化ジルコニウム層と
酸化アルミニウム層の2層からなる固体誘電体の厚み
は、0.05〜4mmであることが好ましい。固体誘電
体の厚みが4mmを超えると、放電プラズマを発生させ
るのに高電圧を要し、0.05mm未満であると、電圧
印加時に絶縁破壊が起こりアーク放電が発生する。ま
た、固体誘電体の厚みが薄すぎると、電極の形状・温度
によって割れなどが発生することがある。
In the apparatus for producing a discharge plasma thin film of the present invention, the thickness of the solid dielectric composed of a barium titanate layer or a zirconium dioxide layer and an aluminum oxide layer is preferably 0.05 to 4 mm. If the thickness of the solid dielectric exceeds 4 mm, a high voltage is required to generate discharge plasma. If the thickness is less than 0.05 mm, dielectric breakdown occurs when a voltage is applied, and arc discharge occurs. If the thickness of the solid dielectric is too small, cracks may occur depending on the shape and temperature of the electrode.

【0013】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置では、
真空容器内の低圧条件下でArやN2 ガスなどの混合ガ
ス雰囲気中でのグロー放電により発生するプラズマを用
いて成膜を行う方法、あるいは大気圧近傍の圧力下で混
合ガス雰囲気中において放電プラズマを発生させて処理
を行う連続成膜方法(例えば放電プラズマCVD)のい
ずれを適用してもよい。
In the apparatus for manufacturing a discharge plasma thin film according to the present invention,
A method of forming a film using plasma generated by glow discharge in a mixed gas atmosphere such as Ar or N2 gas under a low pressure condition in a vacuum vessel, or discharge plasma in a mixed gas atmosphere under a pressure near atmospheric pressure Any of the continuous film forming methods (for example, discharge plasma CVD) for performing the treatment by generating the gas may be applied.

【0014】ここで、低圧条件下での成膜及び大気圧近
傍の圧力下での成膜においては、いずれも、対向電極間
に電圧を印加して放電プラズマを発生させているので、
放電空間の雰囲気を大気圧近傍の圧力下にする場合、低
圧条件下の場合と比べて放電が立ち難くいという点があ
るが、電極間の距離を狭くすること、及びパルス化した
電界を印加することで、大気圧近傍の圧力下でも安定し
た放電プラズマを発生させることができる。ここで、大
気圧近傍の圧力とは13300〜106400Paの圧
力のことを言う。
Here, in both the film formation under low pressure conditions and the film formation under a pressure near the atmospheric pressure, a discharge plasma is generated by applying a voltage between the opposing electrodes.
When the atmosphere in the discharge space is set at a pressure close to the atmospheric pressure, there is a point that it is difficult for the discharge to start compared to the case under the low pressure condition.However, the distance between the electrodes is reduced, and a pulsed electric field is applied. By doing so, stable discharge plasma can be generated even under a pressure near the atmospheric pressure. Here, the pressure near the atmospheric pressure means a pressure of 13300 to 106400 Pa.

【0015】本発明の放電プラズマ薄膜形成装置に用い
る対向電極としては、銅、アルミニウム等の金属単体、
ステンレス、真鍮等の合金等からなるものが挙げられ
る。
As the counter electrode used in the discharge plasma thin film forming apparatus of the present invention, a single metal such as copper and aluminum,
Examples include those made of alloys such as stainless steel and brass.

【0016】対向電極は、大気圧近傍の圧力下での成膜
において電界集中によるアーク放電の発生を避けるため
に、対向電極間の距離が一定となる構造であることが好
ましい。この条件を満たす電極構造としては、平行平板
型、円筒対向平板型、球対向平板型、双曲面対向平板
型、同軸円筒型構造等が挙げられる。
The counter electrode preferably has a structure in which the distance between the counter electrodes is constant in order to avoid the occurrence of arc discharge due to electric field concentration during film formation under a pressure near atmospheric pressure. Examples of an electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylindrical opposed plate type, a spherical opposed plate type, a hyperboloid opposed plate type, and a coaxial cylindrical structure.

【0017】対向電極間の距離は、固体誘電体の厚さ・
材質、印加電圧の大きさ並びに放電プラズマを利用する
目的等を考慮して決定されるが、大気圧近傍では1〜5
0mmであることが好ましい。1mm未満では、電極間
の距離が小さ過ぎて、基材を電極間に配置(走行)する
ことが難しくなり、また50mmを超えると、均一な放
電プラズマを発生させることが困難となる。
The distance between the opposed electrodes is determined by the thickness of the solid dielectric
It is determined in consideration of the material, the magnitude of the applied voltage, the purpose of using the discharge plasma, and the like.
It is preferably 0 mm. If it is less than 1 mm, the distance between the electrodes is too small, and it is difficult to arrange (run) the base material between the electrodes. If it is more than 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0018】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置に用い
る混合ガスは、原料ガス、反応ガス及び希釈ガスからな
る混合ガスが適している。その原料ガスの混合ガス中に
おける含有比率は0.01〜5容量%が好ましい。
As the mixed gas used in the apparatus for producing a discharge plasma thin film of the present invention, a mixed gas comprising a source gas, a reaction gas and a diluent gas is suitable. The content ratio of the source gas in the mixed gas is preferably 0.01 to 5% by volume.

【0019】原料ガスとは、基材に形成する薄膜の原料
となるガスであって、例えば、テトラメトキシシラン、
テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テ
トラメチルシラン、テトラエチルシラン等の反応性有機
珪素化合物、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシ
ド等の反応性有機チタン化合物、4フッ化炭素(CF4
)、6フッ化炭素(C2 F6 )、6フッ化プロピレン
(CF3 CFCF2 )、8フッ化シクロブタン(C4 F
8 )等のフッ素−炭素化合物、1塩化3フッ化炭素(C
ClF3 )等のハロゲン−炭素化合物、6フッ化硫黄
(SF6 )等のフッ素−硫黄化合物等の反応性フッ素化
合物等が挙げられる。
The raw material gas is a gas that is a raw material of a thin film to be formed on a base material, for example, tetramethoxysilane,
Reactive organic silicon compounds such as tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, tetramethylsilane and tetraethylsilane; reactive organic titanium compounds such as titanium isopropoxide and titanium butoxide;
), Carbon hexafluoride (C2F6), propylene hexafluoride (CF3CFCF2), and cyclooctafluoride (C4F6).
8) Fluoro-carbon compounds such as
Reactive fluorine compounds such as halogen-carbon compounds such as ClF3) and fluorine-sulfur compounds such as sulfur hexafluoride (SF6).

【0020】上記反応ガスは、原料ガスと反応して目的
とする薄膜を構成する化合物を生成し、もしくはその生
成を容易にするものであって、例えば、酸素ガス、オゾ
ン、水(水蒸気)、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒
素、二酸化窒素の他、メタノール、エタノール等のアル
コール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン
類、メタナール、エタナール等のアルデヒド類等の酸素
元素を含有する有機化合物、窒素ガス、アンモニア、二
酸化硫黄、三酸化硫黄等が挙げられる。反応ガスの混合
ガス中における含有比率は0〜99.99容量%が好ま
しい。
The above-mentioned reaction gas reacts with a raw material gas to produce a compound constituting a target thin film or facilitates its production. Examples of the reaction gas include oxygen gas, ozone, water (steam), Organic compounds containing elemental oxygen, such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitric oxide, nitrogen dioxide, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and aldehydes such as methanal and ethanal, nitrogen Gas, ammonia, sulfur dioxide, sulfur trioxide and the like. The content ratio of the reaction gas in the mixed gas is preferably from 0 to 99.99% by volume.

【0021】上記希釈ガスは、上記原料ガスと反応ガス
の反応の程度や形成される無機質薄膜の性状を制御する
ためのものであって、例えば、活性の低いへリウム、ア
ルゴン、ネオン、窒素ガス等が挙げられる。これらは単
独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いても
よい。希釈ガスの混合ガス中における含有比率は0〜9
9.99容量%が好ましい。
The diluent gas is used to control the degree of reaction between the raw material gas and the reaction gas and the properties of the formed inorganic thin film. For example, helium, argon, neon, nitrogen gas having a low activity is used. And the like. These may be used alone or in combination of two or more. The content ratio of the dilution gas in the mixed gas is 0 to 9
9.99% by volume is preferred.

【0022】本発明の放電プラズマ薄膜製造装置におい
て、放電プラズマCVDを実施する場合、大気圧近傍の
圧力下、金属化合物を含むガス雰囲気中で、対向電極間
に放電電流密度が0.2〜300mA/cm2 となるよ
うに電界を印加することが好ましい。そして、このよう
な条件で、表面処理されたハードコート面に反射防止膜
(金属含有薄膜)を成膜した場合、他の成膜法であるス
パッタリングと同等の膜質を得ることができ、しかも塗
工法と同様な連続成膜が可能になる。
When performing the discharge plasma CVD in the discharge plasma thin film manufacturing apparatus of the present invention, the discharge current density between the opposed electrodes is 0.2 to 300 mA in a gas atmosphere containing a metal compound under a pressure near the atmospheric pressure. / Cm 2 is preferably applied. Under these conditions, when an antireflection film (metal-containing thin film) is formed on the surface-treated hard coat surface, a film quality equivalent to that of sputtering, which is another film formation method, can be obtained. Continuous film formation similar to the method of construction becomes possible.

【0023】放電電流密度とは、放電により電極間に流
れる電流を、放電空間における電流の流れ方向と直交す
る方向の面積で除した値のことであり、例えば平行平板
型の対向電極を用いた場合、その対向面積で上記電流値
を除した値に相当する。
The discharge current density is a value obtained by dividing the current flowing between the electrodes by the discharge by the area of the discharge space in the direction orthogonal to the current flow direction. For example, a parallel plate type counter electrode is used. In this case, it corresponds to a value obtained by dividing the current value by the facing area.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1は本発明の実施形態の全体構成を模式
的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the entire configuration of the embodiment of the present invention.

【0026】図1に示す放電プラズマ薄膜製造装置は、
主として、チャンバ1、高電圧パルス電源2、処理用ガ
ス供給装置3、真空ポンプ(油回転ポンプ)4、巻き出
しロール5、及び巻き取りロール6などによって構成さ
れている。
The discharge plasma thin film manufacturing apparatus shown in FIG.
It mainly comprises a chamber 1, a high-voltage pulse power supply 2, a processing gas supply device 3, a vacuum pump (oil rotary pump) 4, an unwind roll 5, a take-up roll 6, and the like.

【0027】チャンバ1の内部には、互いに対向するロ
ール電極11と曲面電極12とが所定の隙間(例えば2
mm)をあけて配置されている。ロール電極11と曲面
電極12との間(放電空間)には、高電圧パルス電源2
からのパルス電圧が印加される。また、ロール電極11
及び曲面電極12の内部には、温水の循環用流路(図示
せず)が形成されており、各電極の表面温度を、基材F
の成膜に適した温度(例えば70℃)に保持することが
できる。
Inside the chamber 1, a roll electrode 11 and a curved electrode 12 facing each other are provided with a predetermined gap (for example, 2 mm).
mm). A high-voltage pulse power supply 2 is provided between the roll electrode 11 and the curved electrode 12 (discharge space).
Is applied. In addition, the roll electrode 11
A hot water circulation channel (not shown) is formed inside the curved electrode 12, and the surface temperature of each electrode is controlled by the base material F.
(For example, 70 ° C.).

【0028】チャンバ1の前後(基材Fの走行方向にお
ける前後)にはそれぞれシール装置7、8が設置されて
いる。また、チャンバ1には、ロール電極11の前後に
それぞれ吹出用ガスノズル13及び吸引用ガスノズル1
4が設けられており、その吹出用ガスノズル13には処
理用ガス供給装置3が接続され、吸引用ガスノズル14
に減圧用の真空ポンプ4が接続されている。
Sealing devices 7 and 8 are installed before and after the chamber 1 (before and after in the running direction of the base material F). Further, a gas nozzle 13 for blowing and a gas nozzle 1 for suction are provided before and after the roll electrode 11 in the chamber 1.
The processing gas supply device 3 is connected to the blowing gas nozzle 13, and the suction gas nozzle 14 is provided.
Is connected to a vacuum pump 4 for reducing pressure.

【0029】吹出用ガスノズル13は、図2の正面図
(A)及び縦断面図(B)に示すように、ガス流入口2
1aが設けられた第1室21と第2室22の2室によっ
て構成されており、これら第1室21と第2室22とは
多孔板23によって仕切られている。第2室22には、
端部に一様な隙間を有する隙間板24が設けられている
とともに、縁部近傍にスリット状の吹出口25が形成さ
れており、ガス流入口21aを通じて第1室21に流入
したガスが、多孔板23を通過して第2室22に流入
し、隙間板24を回り込んでスリット状の吹出口25か
ら層流となって放電空間内に吹き出す構造となってい
る。
As shown in the front view (A) and the longitudinal sectional view (B) of FIG.
The first chamber 21 includes a first chamber 21 and a second chamber 22 provided with the first chamber 1a. The first chamber 21 and the second chamber 22 are separated by a perforated plate 23. In the second room 22,
A gap plate 24 having a uniform gap is provided at the end, and a slit-shaped outlet 25 is formed near the edge, so that the gas flowing into the first chamber 21 through the gas inlet 21a is The gas flows into the second chamber 22 through the perforated plate 23, goes around the gap plate 24, and becomes a laminar flow from the slit-shaped outlet 25 and blows out into the discharge space.

【0030】吸引用ガスノズル14には、吹出用ガスノ
ズル13と同じ構造のものが使用されている。
The suction gas nozzle 14 has the same structure as the blowing gas nozzle 13.

【0031】そして、以上の構造の放電プラズマ薄膜製
造装置では、処理用ガス供給装置3において、気化器
(図示せず)によって気化された原料:Si(OCH3
)4 がキャリアガス(N2 、Ar及びO2 ガス)と混
合され、その混合した処理用ガスを、吹出用ガスノズル
13からロール電極11と曲面電極12との間(放電空
間)に所定流量で供給しながら、吸引用ガスノズル14
から排気を行い、この状態で、ロール電極11と曲面電
極12との間に、高電圧パルス電源2から高電圧を印加
することにより放電プラズマを発生させることができ、
その発生した放電プラズマにより、ロール電極11上を
走行する基材Fの表面上にSiO2 薄膜を連続成膜する
ことができる。
In the apparatus for manufacturing a discharge plasma thin film having the above-described structure, in the processing gas supply device 3, the raw material: Si (OCH3) vaporized by the vaporizer (not shown).
4) is mixed with a carrier gas (N2, Ar and O2 gas), and the mixed processing gas is supplied at a predetermined flow rate from the blowing gas nozzle 13 between the roll electrode 11 and the curved electrode 12 (discharge space). While the suction gas nozzle 14
The discharge plasma can be generated by applying a high voltage from the high voltage pulse power supply 2 between the roll electrode 11 and the curved electrode 12 in this state,
By the generated discharge plasma, a SiO2 thin film can be continuously formed on the surface of the base material F running on the roll electrode 11.

【0032】そして、この実施形態の注目すべき点は、
図3に示すように、ロール電極11の表面に、それぞれ
が溶射にて積層されたチタン酸バリウム層111と、酸
化アルミニウム層112(表層)の2層からなる固体誘
電体110を形成した点にあり、このように固体誘電体
110を2層構造とすることにより、固体誘電体110
の比誘電率を高めることができ、しかも基材Fが接触す
る面の表面粗さを小さくすることが可能になる。
The notable point of this embodiment is that
As shown in FIG. 3, on the surface of the roll electrode 11, a solid dielectric 110 composed of two layers of a barium titanate layer 111 and an aluminum oxide layer 112 (surface layer) each formed by thermal spraying is formed. The solid dielectric 110 has a two-layer structure as described above.
Can be increased, and the surface roughness of the surface in contact with the substrate F can be reduced.

【0033】ここで、固体誘電体を2層で構成した場合
と固体誘電体を単層で構成した場合の比誘電率を比較す
ると、単層の固体誘電体では、例えば厚みを1.6mm
にした場合、溶射材料が酸化アルミニウムであると比誘
電率が7〜8.5になるのに対し、本実施形態のよう
に、1層目がチタン酸バリウム層:0.8mm、2層目
(表層)が酸化アルミニウム層:0.8mmの2層から
なる固体誘電体では、比誘電率を20〜30程度にまで
高めることができる。そして、このように比誘電率が高
くなることで、印加電圧が同じであると、プラズマの密
度が上がり放電電流が高くなるので、薄膜の成膜速度を
速くすることができる。
Here, when the relative dielectric constants of the case where the solid dielectric is composed of two layers and the case where the solid dielectric is composed of a single layer are compared, for example, the thickness of the single-layer solid dielectric is 1.6 mm.
When the thermal spraying material is aluminum oxide, the relative dielectric constant becomes 7 to 8.5, but as in the present embodiment, the first layer is a barium titanate layer: 0.8 mm, and the second layer is In the case of a solid dielectric composed of two layers (a surface layer) of an aluminum oxide layer: 0.8 mm, the relative dielectric constant can be increased to about 20 to 30. As the relative dielectric constant increases, the plasma density increases and the discharge current increases at the same applied voltage, so that the deposition rate of the thin film can be increased.

【0034】なお、本実施形態において曲面電極12の
表面には、酸化アルミニウム単体の固体誘電体(単層)
を溶射により形成するが、この曲面電極12について
も、チタン酸バリウム層と酸化アルミニウム層(表層)
の2層からなる固体誘電体を形成してもよい。また、成
膜条件等によってロール電極11と曲面電極12の双方
に固体誘電体を設ける必要がない場合には、基材Fが接
触する側のロール電極11のみに固体誘電体を形成して
おく。
In this embodiment, a solid dielectric (single layer) of aluminum oxide alone is provided on the surface of the curved electrode 12.
Is formed by thermal spraying, and the curved electrode 12 also has a barium titanate layer and an aluminum oxide layer (surface layer).
May be formed. If it is not necessary to provide a solid dielectric on both the roll electrode 11 and the curved electrode 12 due to film forming conditions and the like, a solid dielectric is formed only on the roll electrode 11 on the side where the substrate F contacts. .

【0035】さらに、以上の実施形態では、固体誘電体
110をチタン酸バリウム層111と酸化アルミニウム
層112の2層で構成しているが、その2層の組合せ
は、二酸化ジルコニウム層と酸化アルミニウム層(表
層)であってもよい。
Further, in the above embodiment, the solid dielectric 110 is composed of the two layers of the barium titanate layer 111 and the aluminum oxide layer 112. The combination of the two layers is a zirconium dioxide layer and an aluminum oxide layer. (Surface layer).

【0036】[0036]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。 <実施例1>図1に示した放電プラズマ処理装置におい
て、以下の条件で基材Fの表面にSiO2 薄膜を形成し
た。 [装置概要] ロール電極(陰極):SUS304製 半径400m
m、幅760mm(溶射コート Al2 O3 (表層)/
BaTiO3 :0.8mm/0.8mm) 曲面電極(陽極):SUS304製 半径402mm、
幅710mm(溶射コート Al2 O3 :1.6mm) 電極間の隙間:2mm 電極間長さ:160mm 吹出用ガスノズル:2室式(温調有、図2参照) 吸引用ガスノズル:吹出用ガスノズルと同じ形状 使用電源:ハイデン研究所製電源 液体材料気化供給装置:日本パイオニクス株式会社製 [成膜条件] 基材:PET 厚み80μm(ハードコート塗工品) 基材幅:710mm 成膜材料:Si(OCH3 )4 キャリアガス:N2 ガス、Arガス、O2 ガス ガス流量:N2 :8SLM、Ar:34SLM、O2 :
8SLM ガス温度:80℃ ロール電極温度:70℃ 曲面電極温度:70℃ 印加電圧Vp-p :13kV、17kV パルス周波数:4kHz <比較例1>実施例1において、ロール電極の溶射コー
トをAl2 O3 :1.6mm(単層)としたこと以外
は、実施例1と同じとして基材Fの表面にSiO2 薄膜
を形成した。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below along with comparative examples. Example 1 In the discharge plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a SiO2 thin film was formed on the surface of a substrate F under the following conditions. [Apparatus outline] Roll electrode (cathode): SUS304, radius 400m
m, width 760 mm (spray coating Al2 O3 (surface layer) /
BaTiO3: 0.8 mm / 0.8 mm) Curved electrode (anode): SUS304, radius 402 mm,
710 mm in width (sprayed coating Al2 O3: 1.6 mm) Gap between electrodes: 2 mm Length between electrodes: 160 mm Blowing gas nozzle: Two-chamber type (with temperature control, see Fig. 2) Suction gas nozzle: Same shape as blowing gas nozzle Power supply used: Power supply manufactured by Heiden Laboratories Liquid material vaporization supply device: manufactured by Nippon Pionics Co., Ltd. [Film formation conditions] Base material: PET thickness 80 μm (hard-coated product) Base material width: 710 mm Film formation material: Si (OCH3) 4 Carrier gas: N2 gas, Ar gas, O2 gas Gas flow rate: N2: 8 SLM, Ar: 34 SLM, O2:
8SLM Gas temperature: 80 ° C. Roll electrode temperature: 70 ° C. Curved electrode temperature: 70 ° C. Applied voltage Vp-p: 13 kV, 17 kV Pulse frequency: 4 kHz <Comparative Example 1> In Example 1, the thermal spray coating of the roll electrode was Al 2 O 3: An SiO2 thin film was formed on the surface of the substrate F in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 1.6 mm (single layer).

【0037】以上の実施例1及び比較例1の各例の放電
特性、その各例の処理で得られたSiO2 薄膜の物性評
価(屈折率、膜厚)の結果、並びに各例のロール電極の
表面粗さの測定結果を、下記の表1に示す。
The discharge characteristics of each of the above Examples 1 and Comparative Example 1, the results of evaluation of the physical properties (refractive index, film thickness) of the SiO2 thin film obtained by the treatment of each of the examples, and the roll electrode of each of the examples. Table 1 below shows the measurement results of the surface roughness.

【0038】ただし、屈折率及び膜厚は、島津製作所
製:UV−3101PCの反射率カーブの測定値から換
算して測定した。また、表面粗さは、触針式表面粗度計
を使用して測定した。さらに、成膜速度については、比
較例1の印加電圧Vp-p =13kVでの膜厚を基準(1
00%)として、各測定結果の膜厚を成膜速度に換算し
て百分率で示した。
However, the refractive index and the film thickness were measured by converting from a measured value of a reflectance curve of UV-3101PC manufactured by Shimadzu Corporation. The surface roughness was measured using a stylus type surface roughness meter. Further, with respect to the film forming speed, the film thickness at the applied voltage Vp-p = 13 kV of Comparative Example 1 was used as a reference (1).
(00%), the film thickness of each measurement result was converted into a film formation rate and shown as a percentage.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】以上の表1の結果から、実施例1において
印加電圧Vp-p を13kVとした場合と、比較例1にお
いて印加電圧Vp-p を17kVとした場合の成膜速度が
ほぼ同じとなっている。また、印加電圧Vp-p が同じで
ある場合、実施例1の方が成膜速度が速くなっており、
実施例1が成膜速度及び低電圧の点で優れていることが
わかる。
From the results shown in Table 1 above, the film forming speeds when the applied voltage Vp-p was 13 kV in Example 1 and when the applied voltage Vp-p was 17 kV in Comparative Example 1 were almost the same. ing. In addition, when the applied voltage Vp-p is the same, the film forming speed is higher in the first embodiment,
It can be seen that Example 1 is excellent in terms of the film forming speed and low voltage.

【0041】ここで、Si(OCH3 )4 を原料として
成膜を行う場合、TEOS(テトラエトキシシラン)に
比べて反応性が高いため、17kV以上の印加電圧で成
膜した場合、成膜面が白濁し粉状になるが、実施例1の
場合、表1の結果から明らかなように、印加電圧を17
kV以下に抑えても、成膜速度を上げることができるの
で、良質なSiO2 薄膜を効率よく成膜することができ
る。 <実施例2>まず、この実施例2に用いる実験装置を図
4に示す。この図4の実験装置は、上部電極211と下
部電極212からなる平行平板型の対向電極210が、
チャンバ201内に設置されている。下部電極212は
接地されており、上部電極211に接続された高電圧パ
ルス電源202からのパルス電界を対向電極210の電
極間に印加することができる。なお、チャンバ201に
は、図示はしないが、減圧用のポンプとN2 ガス供給装
置が接続されており、チャンバ201をN2 ガスで置換
することができる。
Here, when a film is formed by using Si (OCH3) 4 as a raw material, since the film is formed with an applied voltage of 17 kV or more because the reactivity is higher than that of TEOS (tetraethoxysilane), the surface of the film is formed. Although it became cloudy and powdery, in the case of Example 1, the applied voltage was 17
Even if the voltage is suppressed to kV or less, the film formation rate can be increased, and a high quality SiO2 thin film can be efficiently formed. <Embodiment 2> First, an experimental apparatus used in this embodiment 2 is shown in FIG. The experimental apparatus shown in FIG. 4 includes a parallel plate-type counter electrode 210 including an upper electrode 211 and a lower electrode 212.
It is installed in the chamber 201. The lower electrode 212 is grounded, so that a pulse electric field from the high voltage pulse power supply 202 connected to the upper electrode 211 can be applied between the opposing electrodes 210. Although not shown, a pump for reducing pressure and an N2 gas supply device are connected to the chamber 201, and the chamber 201 can be replaced with N2 gas.

【0042】そして、この実施例2では、図4の実験装
置において、上部電極211及び下部電極212をそれ
ぞれステンレス(SUS304)で製作し、その上部電
極211の表面に固体誘電体として二酸化アルミニウム
(Al2 O3 )を厚み0.8mmで溶射コートし、下部
電極212の表面については、下記の表2に示す材料・
厚みの条件で固体誘電体を溶射コートし、これらの各条
件〜での放電特性を測定した。その結果を表2に示
す。なお、高電圧パルス電源202にはハイデン研究所
Xパルス電源を使用し、この高電圧パルス電源202か
らのパルス電界を、対向電極210の電極間(1mm)
に印加して放電プラズマを発生させた。
In the second embodiment, in the experimental apparatus shown in FIG. 4, the upper electrode 211 and the lower electrode 212 are each made of stainless steel (SUS304), and the surface of the upper electrode 211 is made of aluminum dioxide (Al 2) as a solid dielectric. O3) is spray-coated with a thickness of 0.8 mm, and the surface of the lower electrode 212 is made of the material and material shown in Table 2 below.
The solid dielectric material was spray-coated under the thickness condition, and the discharge characteristics under these conditions were measured. Table 2 shows the results. The high-voltage pulse power supply 202 is a Heiden Labs X-pulse power supply, and the pulse electric field from the high-voltage pulse power supply 202 is applied between the opposing electrodes 210 (1 mm).
To generate a discharge plasma.

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】この表2の結果から明らかなように、溶射
材料を変えることで放電開始電圧を下げることが可能で
あり、また、固体誘電体の表層をAl2 O3 としても、
その下層をBaTiO3 とすることにより、固体誘電体
がAl2 O3 単層である場合と比較して放電開始電圧を
下げることができる。
As is evident from the results in Table 2, it is possible to lower the firing voltage by changing the thermal spraying material. Further, even when the surface layer of the solid dielectric is made of Al 2 O 3,
When the lower layer is made of BaTiO3, the firing voltage can be reduced as compared with the case where the solid dielectric is a single layer of Al2 O3.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電プラ
ズマ薄膜製造装置によれば、対向電極に形成する固体誘
電体の比誘電率を高めることができるので、対向電極間
に印加する電圧を従来と同じとすれば、成膜速度を速く
することができ、良質な薄膜を効率良く成膜することが
できる。さらに、成膜速度が速くなることで原料効率も
向上する。また、印加電圧を下げることが可能なり、反
応性の高い原料の成膜も可能になる。しかも、固体誘電
体の表層に二酸化アルミニウム層を積層して表面の滑り
・平滑性をよくしているので、連続成膜を行う際に基材
が傷つく可能性が少なくなる。
As described above, according to the discharge plasma thin film manufacturing apparatus of the present invention, the relative dielectric constant of the solid dielectric formed on the counter electrode can be increased, so that the voltage applied between the counter electrodes can be reduced. If it is the same as the conventional case, the film formation rate can be increased, and a good quality thin film can be efficiently formed. Further, the raw material efficiency is improved by increasing the film forming speed. Further, the applied voltage can be reduced, and a highly reactive raw material can be formed. In addition, since an aluminum dioxide layer is stacked on the surface of the solid dielectric to improve the smoothness and smoothness of the surface, the possibility of damaging the substrate during continuous film formation is reduced.

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

【図1】本発明の実施形態の構成を模式的に示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に用いる吹出用ガスノズルの
正面図(A)及び縦断面図(B)である。
FIG. 2 is a front view (A) and a longitudinal sectional view (B) of a blowing gas nozzle used in the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態に用いるロール電極の要部断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a main part of a roll electrode used in the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2に用いる装置を模式的に示す
図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an apparatus used in Embodiment 2 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 チャンバ 2 高電圧パルス電源 3 処理用ガス供給装置 4 真空ポンプ 5 巻き出しロール 6 巻き取りロール 7,8 シール装置 11 ロール電極 110 固体誘電体 111 チタン酸バリウム層 112 二酸化アルミニウム層 12 曲面電極 13 吹出用ガスノズル 14 吸引用ガスノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 High voltage pulse power supply 3 Processing gas supply device 4 Vacuum pump 5 Unwind roll 6 Take-up roll 7,8 Sealing device 11 Roll electrode 110 Solid dielectric 111 Barium titanate layer 112 Aluminum dioxide layer 12 Curved electrode 13 Blowing Gas nozzle 14 Gas nozzle for suction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C08J 7/00 C23C 26/00 H01L 21/205 H01L 21/31 H05H 1/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16/56 C08J 7/00 C23C 26/00 H01L 21/205 H01L 21/31 H05H 1 / twenty four

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 混合ガス雰囲気中で、対向電極間に電界
を印加して放電プラズマを発生させ、その放電プラズマ
を用いて基材上に薄膜を形成する薄膜製造装置におい
て、対向電極の少なくとも一方の電極表面に、チタン酸
バリウム層または二酸化ジルコニウム層と酸化アルミニ
ウム層の2層からなる固体誘電体が、その酸化アルミニ
ウム層を表層として積層されていることを特徴とする放
電プラズマ薄膜製造装置。
In a thin film manufacturing apparatus for generating a discharge plasma by applying an electric field between opposed electrodes in a mixed gas atmosphere and forming a thin film on a substrate using the discharge plasma, at least one of the opposed electrodes is provided. A discharge plasma thin film manufacturing apparatus, characterized in that a solid dielectric comprising two layers, a barium titanate layer or a zirconium dioxide layer and an aluminum oxide layer, is laminated on the electrode surface with the aluminum oxide layer as a surface layer.
【請求項2】 チタン酸バリウム層または二酸化ジルコ
ニウム層と酸化アルミニウム層の2層からなる固体誘電
体の厚みが、0.05〜4mmであることを特徴とする
請求項1記載の放電プラズマ薄膜製造装置。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the solid dielectric comprising a barium titanate layer or a zirconium dioxide layer and an aluminum oxide layer is 0.05 to 4 mm. apparatus.
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